Самодельная ДМВ антенна

[ТИВ]

12.2 Трансформаторы сопротивления 1:4.

Есть ещё широко распространённая схема трансформатора сопротивлений 1:4.




В принципе, тут всё понятно. Две симметричные линии намотаны на ферритовом кольце. В начале линии соединены параллельно в конце последовательно, образуя удвоенное напряжение, что и требуется. Про синфазные токи в таких линиях я писал, они есть здесь и конечно влияют на диаграмму направленности антенны и на потери. Но в данном случае симметрии напряжения они не мешают, так, как одинаково влияют на обе линии.
Сама симметричная линия должна иметь сопротивление 150 Ом. При параллельном включении двух линий получим 75 Ом, при последовательном 300 Ом. Наматывается такая линия параллельными проводами диаметром 0,1-0,2 мм, 5-7 витков, на кольце диаметром 8-10 мм. Работает неплохо в диапазоне до 800мГц. Улучшить можно, намотав обмотки на отдельных кольцах, кольца установить так, как я уже писал в 11.5.
Для уменьшения синфазной составляющей применяют ещё одну симметричную линию.




Разместить дополнительное кольцо можно также, как в 11.5.
Применив конструкцию описанную в 11.5, мне удавалось получить трансформатор до 1500 мГц.




Удалив феррит с симметричной линии удалось расширить верхнюю границу диапазона до 1700 мГц.




Для стабильной работы все симметрирующие устройства и трансформаторы должны быть заключены в металлический корпус.
Ещё раз обращаю внимание, что все описания конструкций упрощены, не все процессы описаны.

[plyrvt]

В принципе, тут всё понятно. Две симметричные линии намотаны на ферритовом кольце.

Несколько уточнений.
Балуны бывают токовые (current) и напряжения (voltage).
Балуны напряжения обычно предпочтительнее, т.к. более толерантны к рассиметрированию входных импедансов в плечах и поддерживают равные напряжения в плечах относительно земли (не для всех токовых такое условие выполняется). Если для петлевого диполя это неважно (он весьма симметриный и мало что может его испортить), то например популярная антенна ASP-8 ужасно несимметричная, особенно из-за организации коробки куда входит кабель.

Балун на схеме - это токовый 4:1 балун запатентованный Gustav Guanella

У него есть пару нюансов.


1) Критично чтобы линии внутри были именно симметричным линиями (бифилярная намотка). Причем важно чтобы собственное волновое сопротивление этой линии (которое зависит от диаметра жил, от расстояния между ними и диэлектрика) было равно половине симметричного (или удвоенное несимметричного).
Если это условие не выполняется, то КСВ будет >1.
Он трансформирует не произвольные 4 в 1, а проектные. Для проектирования балуна 300:75 надо эти линии делать как можно ближе к 150 Ом, а для балуна 200:50 - к 100 Ом.

2) Сердечники должны быть независимые. Совмещение на едином сердечнике удешевляет балун, но ухудшает характеристики, причем тем больше чем несимметричнее входы. Включение последовательно двух и более пар сердечников улучшает работу балуна (хотя и неоправдано удорожает). Сердечник-бинокль с 2 дырками - компромисс по цене между 2 независимыми и 1 тороидальным.

3) Линии не обязательно должны проходить через феррит.

оба этих балуна - имеют одинаковую схему приведенную выше. Полоски на плате слева - печатные аналоги бифилярной обмотки. В идеале их волновое сопротивление должно быть 150 Ом (зависит от ширины дорожек, зазора и проницаемости материала платы). Чем длиннее - тем шире полоса пропускания вниз. Чем короче тем сильнее обрезается низ (ослабляет нежелательные сигналы <250 MHz)

4) У токового балуна 4:1 равны только токи в плечах, а потенциалы напряжений (относительно земляного провода) отличаются в 3 раза (1.5х и 0.5х входного). Если соединить оплетку коаксиала к нейтральным частям антенны (например рефлектор-мачта у польской), то потенциалы в плечах вибратора относительно земляного рефлектора будут сильно отличаться и антенна будет несимметричной. Вероятно по этой причине разработчики ASP-8 заизолировали её, и поэтому она так сильно подвержена выгоранию от атмосферной статики. Если бы разработчики ввели в коробку земляной провод (от рефлектора), для подсоединения к зажиму оплетки коаксиала - то МШУ не будет выгорать после каждой грозы, но и антенна работать будет крайне плохо (хотя куда уже хуже)

[plyrvt]

Соединив два ромба, получим синфазную антенную решётку с входным сопротивлением около 58 Ом, называемую антенной Харченко.

Квадратная Харченко очень узкополосна, что очень хорошо подходит для многих применений кроме эфирного телевидения.

Антенна Харченко (даже в квадратном варианте) есть 1-лямбдовая и 1.5-лямбдовая.
У первой сопротивление низкое (40-80 Ом можно сделать подбирая расстояние до рефлектора), усиление ~10 dBi
У второй сопротивление высокое (300-500 Ом), усиление на 1.5-2 dB выше

Высокое сопротивление крайне удобное чисто механически - копеечные (~1) телевизионные МШУ со встроенным симметризатором Guanella 4:1 (на тороидальном трансформаторе) с прямым монтажом в разрыв.

Высокое сопротивление излучения R гарантирует резкое расширение полосы пропускания, потому что тот же самый реактанс "растворяется" в большом комплексном сопротивлении.

Вот мой пример 1.5-волнового 300-Омного Харченко, который покрывает все 6-12 каналы (VHF-Hi) по КСВ<1.5 и усилению 10+ dBi
https://ypylypenko.livejournal.com/13530.html

Аналогичный 1.5 волновый для ДМВ я уже неоднократно показывал

Такая же квадратная на 75 Ом будет покрывать 1-2 канала по КСВ, и усиление будет 8-9 dBi

[Гляделкин]

У меня ситуация следующая тюнер Т2 Eurosky ES-15
Антенна самодельная из алюминиевой проволоки д-5мм.
Два квадрата со стороной 14см. Восьмой этаж панельного дома.
Два окна выходят прямо на север – Киев. До Киева 80 км.
Одно окно выходит на юг – до ретранслятора вышки Т2 1км.
Одна антенна прямо на стекле на юг ловит стандартных 32 канала, уверено и без проблем. А вот такая же антенна и тюнер, которые смотрят на север принимают около 60 каналов. Я знаю, что радиус Т2 из Киева 115 км.
Но проблема в том, что тюнер в автоматическом поиске находит практически все каналы за исключением чисто Киевских по паре. То есть Интера -2 штуки, Украина – 2 штуки и так далее. Я сначала редактором удалил двойников без разбора. Но затем увидел, что некоторые каналы начали рассыпаться мозаикой. И потом мне дошло, что я на антенне, которая выходит на север удалил Киевские каналы, а оставил то, что прошло через плиты стен с юга. Также я заметил, что некоторые Киевские каналы работают не устойчиво. Очевидно, что нужно будет подумать об усилителе или лучшей антенне.

[Sefirot]

Если бы разработчики ввели в коробку земляной провод (от рефлектора), для подсоединения к зажиму оплетки коаксиала - то МШУ не будет выгорать после каждой грозы, но и антенна работать будет крайне плохо (хотя куда уже хуже)

Самі підсилювачі заземлювати не потрібно. Навіть, якщо заземлений лише рефлектор, то підсилювачі не горять. Які моделі не використовував, ніразу ніякі не горіли.
А з’єднання оплітки кабеля з рефлектором дійсно виводить польську антену з ладу (незалежно, чи вона з підсилювачем, чи з симетризатором). І особливо це помітно в умовах прийому слабких сигналів.
Якщо по простому, то якось так

[frez]

Интересные посты,но не грузятся рисунки выкладываемые " ТИВ".
И с 65 страницы только 2 кнопки "пожаловаться на сообщение и ответить с цитатой".

[plyrvt]

Интересные посты,но не грузятся рисунки выкладываемые " ТИВ".

там картинки на Яндексе, если украинский провайдер без прокси - то обязаны блокироваться

[frez]

Интересные посты,но не грузятся рисунки выкладываемые " ТИВ".

там картинки на Яндексе, если украинский провайдер без прокси - то обязаны блокироваться

До... понял!

[ТИВ]

13.1 Усилитель. Динамический диапазон, линейность.

Делать усилитель самому не выгодно. Выпускаемые серийно усилители всегда дешевле. Поэтому поговорим не о цене, а о том, как делаются усилители. Я уже представлял схему без номиналов, сейчас полностью готовое решение. Питание +5В, для того, что бы впоследствии можно было просто ничего не переделывая подключиться к цифровой приставке. Однако надо сказать, что хотя многие биполярные транзисторы работают при напряжении 1-1,5В между эмиттер – коллектор, но наилучшие результаты он показывают при напряжении близком к 10В. Поэтому, если есть возможность, лучше использовать источник питания 12В.




Один из основных параметров «антенного» усилителя это его шумы. Поэтому первый каскад усилителя всегда делают на малошумящем транзисторе. Выбирал самый дешёвый малошумящий транзистор, 2SC3355 за 0,6$, минимальный шум 1,1 дБ. Второй каскад усилителя не обязательно должен быть малошумящий, главное, с большим динамическим диапазоном и малыми интермодуляционными преобразованиями IP3 (высокой линейностью). Он должен «выдержать» усиленный сигнал. Делают его на более мощном транзисторе и выбирают больший рабочий ток. Я не стал обременять себя поиском более мощного транзистора, сделал второй каскад на том же 2SC3355. Добавил ещё один виток обратной связи, что должно увеличить IP3 на 5 дБ и увеличил ток коллектора в три раза до 21 мА, что тоже должно добавить ещё 5-6 дБ. В сумме получилась прибавка, порядка 10-11дБ. Зачем это нужно? В усилителе всегда есть противоречие между усилением и нелинейными преобразованиями. Увеличиваем усиление - снижаем линейность. Как с этим борются? Выбирают компромисс между усилением и линейностью. Обычно, в проектировании приёмников, что бы сильно не ухудшать линейность и динамический диапазон, стараются, что бы IP3 последующего каскада были выше предыдущего на коэффициент передачи предыдущего каскада плюс 3 дБ. В нашем случае усиление первого каскада 8 дБ, прибавляем к ним 3дБ, получаем, что IP3 второго каскада усилителя должна быть на 11 дБ выше предыдущего. Приблизительно, у меня так и получилось.




Усиление же должно быть таковым, что бы компенсировать потери следующего каскада с запасом в 3 дБ. В моём случае к антенне идет 10 м кабеля с потерями на частоте 800 мГц, порядка, 0,4 дБ/м. Во всём кабели потери составят 4 дБ. Тогда коэффициент усиления усилителя должен быть 4 дБ+3 дБ, то есть 7 дБ.




В этом случае кабель надо подключать не сразу к телевизору, а ещё к одному усилителю. Данный усилитель, совместно с предыдущим, должен компенсировать потери во входных цепях (фильтрах) и потери или шумы (что больше то и компенсируем) в смесителе. Такое построение позволяет снизить требования к IP3 последующих каскадов. Но в телевидение так не делают. Делают, как проще и дешевле, один усилитель с максимальным усилением. Я сделал также, только за усилением не стал гнаться, в моем случае 15 дБ вполне достаточно. Данное усиление компенсирует потери и сильно не испортить линейность приёмного тракта.

[ТИВ]

13.2 Усилитель. Конструктив.

Теперь о схеме и конструктиве. Последний раз делал и измерял такой двухкаскадный усилитель более 35 лет назад, использовал транзисторы КТ3120 (на транзисторах 2SC3355 должно быть лучше). Характеристики буду приводить по памяти. АЧХа такого усилителя была, примерно, следующая.




IP3=20 дБ/мВт, Кш=2 дБ, КСВ не хуже 2.
Для усилителя купил ферритовые кольца диаметром 7мм, 30ВН, по 0,6$, остальные детали были. Получается затраты 2,4$, правда и антенные усилители у нас по цене не менее 4$. Теперь о намотке. Первым делом наждачкой обточил края ферритовых колец. Затем свил три обмоточных провода (типа ПЭВ1) диаметром 0,14. Сделал 5 витков на кольце, затем смотал один провод, оставив 2 витка, на другом кольце оставил 3 витка. Витки пришлось сдвинуть в «кучу», что бы выводы обмотки обратной связи сделать минимальные.




Для своего усилителя я намотал дроссель 30 витков, в навал (так меньше межвитковая ёмкость) на ферритовом стержне диаметром 3мм, 600НН, проводом типа ПЭВ1, диаметром 0,06мм, лишнею длину стержня отломил.




Вывод дросселя припаял к микрополосковой линии, так, что бы он отходил вертикально вверх.




Марка феррита, в принципе, может быть любая, феррит, в диапазоне 470-790 мГц, больше нужен, как поглотитель, для устранения паразитных резонансов. Микрополосковую линию вырезал ножом, надрезал фольгу, не нужные участки фольги, подцеплял и отдирал. Фольга должна быть толщиной 35мик и более, фольга 18мик рвётся при обдирании. Площадки вырезал приспособлением из двух игл забитых в деревяшку, одна из которых сточена под углом.




У конденсаторов отпаял выводы, сделав их безвыводными.




Трансформаторы и дроссели приклеил клеем «момент», он густой и плохо подходит для этих целей, получилось не очень красиво, но другого клея у меня не было.




Сделал корпус из жести и впаял туда плату усилителя.




К недостаткам усилителя можно отнести:
1. Небольшой спад на верхних частотах ДМВ диапазона.
2. Слабую развязку входа и выхода усилителя.
3. Некоторую сложность при намотке трансформаторов.

[ТИВ]

13.3 Усилитель. Конструктив.

На СВЧ конструкция и топология определяет многое. Повторять то, что сделано по толстоплёночной технологии (гибридные микросхемы), а тем более по тонкоплёночной технологии (интегральные микросхемы) не имеет смысла. Бывает принятые там решения не оптимальные, и это не по тому, что разработчики не грамотные, просто технология изготовления ставит их в такие условия. Эта же технология позволяет создать столь малые паразитные параметры, что всё это работает и, как правило, лучше, чем на дискретных элементах. Это не значит, что на дискретных элементах ничего нельзя сделать, тут есть свои приёмы, рассмотрим их на конкретных примерах.
Начну я с линии передачи. Прямая микрополосковая линия хорошо согласуется с коаксиальным кабелем, не требует специальных переходов, и имеет небольшие потери.




Теперь мы начинаем её «портить» вставляя в неё конденсаторы, транзисторы, диоды, резисторы и прочие элементы. Все они включены в разрыв линии.




Это её портит, но не сильно, особенно если элементы безвыводные. Хуже обстоит дело с подключением к линии «параллельных» элементов. Например, резисторов. Они вносят в микрополосковую линию, в основном, паразитные ёмкости.




Хуже дело обстоит с дросселем, типа, ДМ-0,1. Он имеет не только паразитные ёмкости, но и образует между намоткой и металлической подложкой, что-то похожее на микрополосковую линию.




Дроссели надо делать так, как я описал ранее. Малая толщина проволоки создаёт маленькие паразитные ёмкости, отходящий от микрополоска вертикально вверх провод создает линию с большим сопротивлением.




Дроссель такой конструкции почти идеален, если намотать в навал 20 витков провода диаметром 0,06мм, на ферритовом стержне диаметром 1,6мм, то такой дроссель вносит потери в микрополосковую линию, на частоте 5ГГц, не более 0,1дБ. К недостаткам этого дросселя можно отнести маленький протекающий ток, не более 30-40мА. При большем токе надо использовать провод большего сечения, что увеличивает потери. Провод надо защищать от воздействия среды, особенно уличной. Его надо покрывать лаком (герметик может содержать элементы, которые разрушат провод) или делать герметичный корпус.
Транзисторы то же стараются подключить к линии с минимальными паразитными параметрами. Для транзисторов с двумя выводами эмиттера есть такой прием. В место микрополосковой линии используют копланарную. Показать это можно на популярной схеме, используемой от НЧ до СВЧ диапазона.




Эмиттеры транзисторов с линией соединяются с минимальными паразитными параметрами. Конденсатор С3 «состоит» из четырёх конденсаторов по 1нФ, конденсатор С4 «состоит» из двух по 10нФ. Все резисторы находятся с обратной стороны.




Резисторы находятся с обратной стороны и приподняты над стеклотекстолитом на 2-3мм. Под резистор перед пайкой подкладывают полоску стеклотекстолита толщиной 2мм, после пайки убирают.




Измерял характеристики такого усилителя на транзисторах КТ3115 (не самый лучший транзистор), было это давно, привожу характеристики по памяти.

[ТИВ]

13.4 Усилитель. Схемные решения.

Немного поднять усиление можно за сёт замены R3 на индуктивность L2.




С чем связано повышение усиления?
Во-первых, с увеличением напряжения на коллекторе VT2, так, как L2 почти не создаёт падения напряжения по постоянному току.
Во-вторых, с уменьшения шунтирования нагрузки. (RL2 намного больше R3, следовательно, меньше шунтирует Rтв.)
Всё равно нагрузки в 75 Ом для усилителя мало. Её можно трансформировать, увеличив сопротивление в четыре раза.




Обычно в приёмном тракте потери возрастают с увеличением частоты приёма. Например, в кабеле, идущем от антенны, на частоте 790мГц потери на 1-2дБ больше, чем на частоте 470мГц. Так же 1-2дБ потери больше в смесителе. Правда, антенны часто имеют подъём в верхней части диапазона на 1-2дБ, но всё равно для полной компенсации потерь усилитель должен иметь подъём в области высоких частот на 1-2дБ. Его можно организовать, снизив усиление в нижней части диапазона. Этого можно достичь несколькими способами. Самый простой, это уменьшить ёмкость разделительных конденсаторов C1 и С2, так, что бы их сопротивление было не существенным в верхней части диапазона и достаточно большим в нижней части диапазона. Такого же эффекта можно добиться, снижая индуктивность дросселя L2.




Ещё один способ снизить усиление в нижней части диапазона это ввести частотозависимую обратную связь. Для этого устанавливают конденсатор малой ёмкости параллельно R4. Модуль, суммарного сопротивления R4 и C3 уменьшается с ростом частоты, отрицательная обратная связь так же уменьшается.



Делать частотозависимую обратную связь не правильно, так, как в этом случае будут меняться характеристики усилителя в зависимости от частоты (динамический диапазон, линейность, входное сопротивление и прочие).

[ТИВ]

13.5 Усилитель. Обратная связь, и ещё раз, обратная связь!

Что главное в усилителе? Первое, что приходит на ум, это коэффициент усиления. Но это не так. Усиление, конечно, должно быть, но это не главное. Главное это полоса пропускания и АЧХ усилителя. Отрицательная обратная связь расширяет полосу пропускания, динамический диапазон, линейность усилителя и прочие характеристики. Если мы с помощью отрицательной обратной связи снизим, в приведённом выше, усилителе усиление до 15дБ, АЧХ примет следующий вид.




Организовать частотонезависимую обратную связь можно следующим образом.




Резистор R1 одновременно обеспечивает отрицательную обратную связь и задаёт рабочую точку транзистора. Если мы будем менять резистор R1, подбирая обратную связь, одновременно с этим будем менять рабочую точку транзистора VT2. Ничего хорошего из этого не получится. Лучше всего обратную связь сделать следующим образом.




Здесь ёмкость C5, достаточно велика, а её сопротивление мало, и не вносит существенного вклада в последовательное сопротивление C5 и R5. Теперь можно изменять R5 не меняя рабочую точку транзистора. Фактически, на VT1 собран «классический» однокаскадный усилитель с общим эмиттером, который может иметь два варианта обратной связи. Не будем вдаваться в особенность той или иной обратной связи, обозначим их просто схема 1 и схема 2.




Видно, что эти схемы сильно различаются (вторая схема напоминает усилитель с общим коллектором). Различаются и их характеристики. При полном согласовании усилителя по входу и выходу, можно провести оценку усиления и входного сопротивления следующим образом:
1 Коэффициент усиления по напряжению:
для первой схемы Кu=2R5-75/75.
для второй схемы, Кu=75/R4.
Отсюда коэффициент усиления по мощности
для первой схемы, около 9дБ,
для второй схемы 6дБ.
2 Входное сопротивление
для первой схемы, около Rус=Rтр(R1+R5)/Rтр+R1+R5, (при условии, R1 больше Rтв)
для второй схемы Rус=Rтр+КuR4
Сопротивление транзистора Rтр берём из datasheet.
Для усилителя на транзисторе 2SC3355, при токе 20мА и Uc=10V, активная часть входного сопротивления будет 50 Ом (видно, что транзистор 2SC3355 создавался для 50 Омной линии), тогда:
для первой схемы входное сопротивление усилителя будет около 42 Ом.
Эту схему можно использовать для согласования с антенной 160-180 Ом. На вход усилителя с Rус=42 Ом, подключаем симметрирующее-трансформирующее устройство 1:4,




для второй схемы входное сопротивление усилителя будет около 125 Ом.
Вторую схему можно использовать для подключения антенн сопротивлением 120-130 Ом через симметрирующее устройство без трансформатора.




Схемы усилители могут быть улучшены.




Дроссель L1 используется для снижения влияния делителя подключаемого к линии. Дроссель L2 позволяет лучше использовать напряжение источника питания, обеспечивая увеличение напряжения коллектор – эмиттер.
Для увеличения усиления, в обоих схемах, можно применить трансформатор.

[ТИВ]

13.6 Усилитель. Окончание.

Несколько слов о резисторе R4. В первой и второй схеме одна из основных функций R4 стабилизация рабочей точки транзистора. Падение напряжения на переходе база – эмиттер у кремневого транзистора, при температуре 20 градусов лежит в пределах 0,65-0,7В. При изменении температуры напряжение на переходе эмиттер – база меняется на 2-3мВ на градус. Рассмотрим следующею схему.




Допустим, что зимой у нас -25 градусов, а летом +35 градусов, следовательно, изменения температуры будут 60 градусов. Падение на переходе будет изменяться от 0,65В до 0,77В. Всем известно, что ток эмиттера можно вычислить следующим образом, вычитаем из напряжения на базе падение напряжение на переходе база – эмиттер и делим на R4 (Uб-Uэ/R4). В нашем случае ток эмиттера будет изменяться от 6,5мА до 7,7мА, в принципе не много. Если резистор R4 отсутствует, то температурное изменение напряжения на переходе база – эмиттер, на 60-100мВ, приводит к увеличению тока эмиттера в 10 раз. Как, видно, отказ от резистора R4 крайне не желателен.
Однако, резистор R4 и C3, вносят паразитные параметры. Что бы избавится от паразитных параметров, убирают R4 и C3, для этого есть красивое схемное решение. Транзистор питают не от источника напряжения, а от источника тока. Схема с общим эмиттером принимает следующий вид.




Стабилитрон VD1, с некоторым ухудшением стабилизации тока, можно заменить делителем R2,R3.
Такое построение усилителя обеспечивает наилучшие характеристики в широком диапазоне. Эта схема была основной «рабочей лошадкой» до тех пор, пока не появились арсенид – галлиевые полевые транзисторы. Усилители на арсенид – галлиевых полевых транзисторах превосходят усилители на биполярных транзисторах по всем параметрам. Правда, те транзисторы, которые я знаю, были сделаны под 50 Омную линию. Для 75 Омной линии, вроде, ничего из арсенид – галлиевых полевых транзисторах не было. Хотя, арсенид – галлиевые полевые транзисторы, широко стали применяться в начале 80-ых годов, усилителей для телевидения на них не делают. Не используют их, видимо, по экономическим причинам.

[plyrvt]

Однако надо сказать, что хотя многие биполярные транзисторы работают при напряжении 1-1,5В между эмиттер – коллектор, но наилучшие результаты он показывают при напряжении близком к 10В. Поэтому, если есть возможность, лучше использовать источник питания 12В.

AT-41511 (можно выдернуть из самого дешевого усилителя <$1 - PAE-65/TS) нормирован для работы при +2.7 и +5V
http://www.s-manuals.com/pdf/datasheet/ ... gilent.pdf

Он должен «выдержать» усиленный сигнал. Делают его на более мощном транзисторе и выбирают больший рабочий ток. Я не стал обременять себя поиском более мощного транзистора, сделал второй каскад на том же 2SC3355

опять же, во втором каскаде PAE-65/TS стоит BFR91A - специально разработанный для вторых каскадов транзистор с улучшеной линейностью

http://www.pci-card.com/bfr91a.pdf

Т.е менее чем за $1 на базаре можно взять сразу пару AT-41511 + BFR91A