KUNOVAC NIKOLA 82/94

KUNOVAC NIKOLA 82/94

MIKROTALASNA TEHNIKA

TELEVIZIJSKE PRIJEMNE ANTENE

- semestralni rad -

Banja Luka , juni 2004

U V O D

I VRSTE PRIJEMNIH TV ANTENA I OSNOVNI POJMOVI

Antene koje se danas koriste za prijem radio i televizijskog programa mogu se, prema tipu, podeliti u nekoliko grupa. U ranim godinama televizije, gotovo sve antene za prijem su bile jagi antene i to za VHF, poto je tada TV emitovana samo na VHF podruju (kanali 5-12). Danas, predajnici se nalaze ili u VHF (kanali 5-12) ili UHF (kanali 21-69) podruju.

Dijagram zraenja je funkcija raspodele gustine snage zraenja na sferi koja u centru ima antenu. Funkcija je dva ugla u polarnom koordinatnom sistemu. Poto sferni dijagram nije praktian za prikaz, a dijagram zraenja antene esto poseduje odreenusimetriju, izgled dijagrama zraenja se esto crta u horizontalnoj ili vertikalnoj ravni koje prolaze kroz maksimum.

Impedansa antene je odnos napona i struje na prikljucima antene.

U optem sluaju to je kompleksna veliina,

gdje je ,

EMBED Equation.3 Direktivnost definie se kao odnos maksimalne gustine izraene snage i srednje gustine izraene snage, usrednjene po cjeloj sferi koja okruuje antenu (to je ukupna izraena snaga podeljena sa 4 ).

Problem u definiciji direktivnosti je da se u njoj ne uzimaju u obzir gubici u anteni. Stoga se umesto direktivnosti vie koristi dobitak.

Dobitak antene se definie kao proizvod stepena iskorienja antene i direktivnosti D.

Stepen iskorienja je uvek manji od jedan, jer se deo snage privedene anteni gubi u obliku toplote.

Efektivna povrina antene je kolinik snage koju antena predaje prijemniku i

gustine snage elektromagnetnog polja na mestu prijemne antene:

II JAGI ANTENE

Ova poznata, kvalitetna i vrlo popularna antena konstruisana je jo davnih dvadesetih godina ovog veka od strane dvojice japanskih inenjera po kojima je i dobila svoje ime: Uda-jagi antena.

Slika 1 . Tipina izvedba 3-elementne Yagi antene za VHF II

frekvencijsko podruje (frekvencije za FM radiodifuziju radijskih programa) i pripadajui dijagrami zraenja u H-ravnini (puna crta)

odnosno E-ravnini (isprekidana crta)

Dobre osobine ove antene su njeno veliko pojaanje i velika usmerenost u obe ravni - i horizontalnoj i vertikalnoj.

Ova osobina se pokazala vrlo korisnom kada je potrebno eliminisati smetnje od dva predajnika koji rade na istom kanalu, a dolaze iz razliitih pravaca, ili kada je potrebno neki veoma jak signal oslabiti u odnosu na neki slab signal koji dolazi iz drugog pravca.

Dobra jagi antena mora imati simetrian, ist i pravilan dijagram sa dobro i otro definisanim glavnim snopom i dobro potisnutim sporednim snopovima i duboke, nepopunjene minimume, tzv. nule izme|u njih. Ovakav dijagram ukazuje na dobro i optimalno projektovanu antenu kod koje su izbegnute sve one zamke i povoljno rjeni svi oni kompromisi koji se susreu u ovom poslu.

Jagi antene po svojoj prirodi, tj. nainu funkcionisanja su rezonantne antene i samim tim mogu da rade u jednom dosta ogranienom frekvencijskom opsegu, obino desetak procenata ispod i iznad rezonanatne frekvencije.

Rezonantne antene, kao to im i samo ime kae, tako su projektovane i izraene da stupaju u rezonansu sa signalima odrene frekvencije i time je njihov radni frekvencjski opseg ogranien samo na one frekvencije signala sa kojima oni stupaju u rezonansu.

Nerezonantne antene, sa druge strane, tako su konstruisane da nemaju posebno izraene rezonantne osobine i njihov rad se upravo zasniva na tom svojstvu jer im ono obezbuje vrlo iroko radno frekvencijsko podruje.

Ove antene zasnivaju svoj rad, tj. svoja kolektorska svojstva, na drugaijim principima nego rezonantne antene i najee se tu radi o tzv. antenama sa progresivnim talasom (romb, Beverid, long-wire, itd.), posebno oblikovanim reflektorskim povrinama, kao to su to recimo paraboline antene, ili delovima oblikovanih talasovoda, kao to su rog ili horn antene.

Ima i mnogo tipova antena koje koriste razne kombinacije ovih gore pomenutih principa, sve u cilju isticanja nekih posebnih osobina antene za specifinu namenu.

III KONSTRUKCIJA

Osnovnom aktivnom elementu antene dipolu su dodavani pasivni parazitni elementi, tzv. reflektori i direktori, koji su pogodnim razmetajem u prostoru, kao i svojim fizikim dimenzijama uticali da se formira vrlo usmeren dijagram.

Slika 2. Elementi Yagi antene

Horizontalno postavljeni dipol ima dijagram usmerenosti koji u vertikalnoj ravni ima oblik kruga, a u horizontalnoj oblik broja 8. Ako se paralelno dipolu na odrenom rastojanju postavi jos jedan dipol koji za razliku od prvog nije aktivan, tj. na njega nije prikljuen napojni koaksijalni kabl, onda se zbog uticaja tog dodatog parazitnog, pasivnog elementa dijagram usmerenosti promeni. Pogodnim izborom rastojanja izmu ova dva elementa kao i duine parazitnog elementa moe se postii da se u smeru ka parazitnom elementu dijagrami usmerenosti svakog od elemenata potiru, a da se u suprotnom smeru sabiraju, tako da kao posledicu dobijemo usmerenu dvoelementnu antenu. injenica da se u smeru ka parazitnom elementu dobija minimum pojaanja tj. usmerenosti antene, implicira da se parazitni elemenat ponaa kao reflektor radio talasa koji spreava prostiranje u tom smeru.

Ovaj parazitni elemenat - reflektor - obino se nalazi na oko etvrt talasne duine od dipola i desetak procenata je dui od njega.

Na isti nain sa suprotne strane od reflektora mogue je postaviti druge parazitne elemente koji e takoe dalje modelirati dijagram usmerenosti. Ovi elementi za razliku od reflektora imaju funkciju usmeravanja radio talasa i time poveanja direktivnosti antene, pa se i zovu direktori.

Za razliku od reflektrora koji je jedini sa zadnje strane antene, tj. iza dipola, ispred dipola u smeru iz koga je najbolji prijem antene moe biti ak nekoliko desetina direktora koji su postavljeni na odre|enim rastojanjima od dipola i uvek su krai od njega.

Slika 3 . Uticaj duine parazitnog dipola na oblik zajednikog dijagrama zraenja:gore: jednake duine aktivnog i parazitnog dipola,

u sredini: parazitni dipol dui od aktivnog (reflektor),

dole: parazitni dipol krai od aktivnog (direktor).

Jagi antena je u frekvencijskom pogledu uskopojasna antena jer je po sredi klasian primerak rezonantnog tipa antene. irina radnog frekvencijskog opsega je obino nekoliko desetina procenata rezonanatne frekvencije dipola. Van ovog relativno uskog opsega karakteristike antene se vrlo naglo kvare, tako da postaje skoro neupotrebljiva.

Postojanje nosaa elemenata kod jagi antena je nuno zlo i njegovo neminovno prisustvo utie na rad antene.

injenica da ne moemo napraviti antenu bez nosaa koji e da nosi elemente i da izbegnemo njegov uticaj na efektivnu elektrinu duinu elemenata, stavlja konstruktore antena pred dilemu kako da priu rejeavanju ovog problema. U praksi su uobiajena tri pristupa rjeavanju naina privrenja elemenata za nosa od kojih svaki ima i dobrih i loih strana.

Prvi nain montae je postavljanje elemenata na nosa ali tako da su oni izolovani od nosaa.

Pri ovakvoj montai potrebno je voditi rauna o tome da elementi budu dovoljno daleko od metalnog nosaa kako bi se smanjio njegov kapacitivni uticaj na elemenat. U praksi je dovoljno da elemenat bude udaljen od nosaa za rastojanje koje je vee od polovine prenika nosaa. Druga bitna stvar je da izolacioni materijal koji se nalazi izmeu elementa i nosaa ima dobre visokofrekventne karakteristike, tj. male gubitke i malu relativnu dielektrinu konstantu. Takoe je vano da je postojan, tj. da je materijal od koga je napravljen (obino neka plastina masa) otporan na dejstvo ultravioletnog sunevog zraenja. Naravno povrh svega su vane i mehanike karakteristike upotrebljenog materijala, koji mora da bude vrst ali ne i krt.

Pri ovakvoj montai elemenata simulira se neposotojanje nosaa, te tako nije potrebna nikakva korekcija na elementima antene, jer je uticaj nosaa sveden na minimum.

Drugi nain je postavljanje elemenata na nosa tako da oni nisu izolovani, tj. privreni su direktno na metalni nosa.

Ovakva montaa izvodi se pomou raznih metalnih delova koji uvruju elemenat na nosau.

Zavisno od naina na koji su elementi postavljeni, potrebno je izvriti kompenzaciju elemenata antene kako bi se uticaj metalnog nosaa i tih metalnih delova uraunao pri proraunu dimenzija antene. Ovo je vrlo vana stavka jer ukoliko se ne izvri ova kompenzacija dimenzija elemenata, projektovana antena uopte nema one karakteristike koje su oekivane!

Vano je zbog gubitaka, kod ovog tipa privrenja elemenata, da elementi imaju uvek jako dobar kontakt sa nosaem, koji ne sme da se menja u zavisnosti od toga da li je antena vlana ili suva i da li duva vjetar ili ne. Korozija metala i elektrini gubici, naroito na spojevima raznorodnih metala, je ono to ovaj tip privrenja elemenata stavlja u inferiornu poziciju u odnosu na prethodno opisanu montau sa izolovanim elementima.

Trea varijanta bila bi postavljanje elemenata tako da oni prolaze kroz nosa. Ovde imamo dve mogunosti: ili da elementi koji prolaze kroz nosa budu u elektrinom kontaktu sa nosaem ili da budu izolovani od njega. Obe ove mogunosti se u praksi iroko koriste.

Ukoliko elementi prolaze kroz nosa i nisu izolovani imamo vrlo slinu situaciju kao kod montae elemenata na nosa neizolovano, tj. pomou metalnih delova za privrenje. I u ovom sluaju vai sve to je reeno u pogledu dobrog kontakta, elektrinih gubitaka i problema sa korozijom. Ovaj tip privrenja najbolje se izvodi zavarivanjem elemenata na nosa i tada je potpuno ravnopravan po kvalitetu sa izolovano postavljenim elementima.

Ukoliko se elementi montiraju tako da prolaze kroz nosa, ali su od njega izolovani onda imamo situaciju slinu onoj kod izolovano postavjenih elemenata na nosa, jedino to ovde uticaj nosaa ne moe biti minimiziran udaljavanjem elementa od nosaa, pa je neophodna korekcija dimenzija elemenata. Dobre osobine ovakvog naina uvrenja su jednostavnost, dobra mehanika vrstoa i velika trajnost i stabilnost elektrinih karakteristika antene.

Po kvalitetu rjeenja ovaj tip privrenja je u istoj ravni sa zavarenim elementima, kao i sa izolovanim elementima montiranim na nosa.

IV IMPEDANSA ANTENE

Impedansa predstavlja radnu elektrinu otpornost koju ona prikazuje na svojim prikljucima, tj. onu otpornost koju vidi generator koji tu antenu napaja visokofrekventnom strujom odreene frekvencije.

Ova otpornost ili tanije impedansa antene je fiziko svojstvo antene koje je veoma mnogo zavisno od fizikih i elektrinih osobina antene i prostora u njenoj okolini. Pod karakteristikama prostora podrazumevaju se svi objekti u prostoru oko antene: krovovi, stubovi sa drugim antenama, zgrade, visina od zemlje i sve ostalo to naruava i izobliava prirodni oblik prostornog dijagrama usmerenosti antene.

Pojave koje menjaju elektrine osobine prostora (magla, padavine, led, inje, vegetacija itd.) imaju uticaj na impedansu antene.

Svaka promena dijagrama usmerenosti antene izazvana spoljnim faktorima proizvodi odgovarajuu promenu impedanse antene.

Antena ima funkciju da svojim transformatorskim osobinama izvri prilagoavanje impedanse slobodnog prostora na impedansu prijemnika ili predajnika.

Pri tome svaka i najmanja promena stanja u prostoru oko antene biva transformisana kao drugaija impedansa, tj. antena promenom svoje impedanse reaguje na promene u prostoru oko nje.

Rezonantne antene reaguju selektivno i to tako to najvie reaguju na one promene u prostoru koje su tako|e selektivne na istom opsegu frekvencija.

Kod rezonantnih antena promena impedanse antene je osim promenom stanja prostora oko nje uslovljena i frekvencijom signala koji prima ili emituje.

Upravo ova promena impedanse sa frekvencijom predstavlja onaj faktor koji nam ograniava upotrebljivost antene na jedan opseg frekvencijskog spektra. Van tog opsega antene nemaju one osobine koje imaju unutar opsega i zbog toga su obino neupotrebljive.

V DOBIT JAGI ANTENE

Pravilan i simetrian dijagram usmerenosti, osim to garantuje veliku dobit omoguava i lake i bolje slaganje vie antena u sistem u cilju dobijanja to vee dobiti. Poznato je da je pojaanje ili dobit jagi antene zavisna od njene duine. U cilju poveanja dobiti grade se sve due i due antene, ali naalost postoje i praktine, mehanike granice do kojih se moe ii sa poveanjem duine. Svako udvostruavanje duine antene poveava dobit za oko 2.3 dB.

Kada se eli poveanje dobiti i preko granica koje prua jedna dugaka jagi antena, dalje poveanje dobiti postie se slaganjem (stacking) dve ili vie antena u sistem.

Optimalno rastojanje izmeu anena u sistemu je ono pri kome se efektivne povrine antena upravo dodiruju. Jedino tako se moe sa svakim udvostruavanjem broja antena u sistemu poveati dobit za oko 2.5 2.8 dB. Teorijski maksimum je 3 dB. Antene se mogu slagati u horizontalnoj ili u vertikalnoj ravni i pri tome se optimalna rastojanja razlikuju prema duini antene, tj. njenom osnovnom dijagramu zraenja kao i prema ravni u kojoj se vri slaganje antena. Slaganje antena u jedinstven sistem ima smisla i podrazumeva korienje istovetnih antena uz upotrebu sistema za napajanje antena koji obezbjeuje jednako deljenje snage mu njima, tj. pravilno sabiranje signala pojedinih antena na prijemu.

Slaganje antena u sistem lake je izvesti sa neto kracim antenama od praktinog maksimuma, kao i sa onima koje imaju pravilniji i istiji dijagram. U tom sluaju rezultati su mnogo izvesniji. Posebno su antene sa vrlo niskim vrednostima otpornosti zraenja teke i neizvesne za slaganje u sistem.

Sa druge strane, upotreba velikog broja vrlo kratkih antena vezanih u sistem umesto jedne dugake, obino daje iste ili ak i loije rezultate nego odgovarajua dugaka antena, zbog gubitaka u kablovima i razdelnicima kojima se napajaju antene.

Prilikom prorauna rastojanja izmedju antena u sistemu mora se nainiti kompromis izmeu rastojanja na kome se postie najvea dobit i onog na kome imamo neto manju dobit ali istiji dijagram. Zavisno od namene antenskog sistema moe se ovaj kompromis rjeavati razliito.

Jagi antene danas predstavljaju VHF/UHF antene sa najveom dobiti u poreenju sa svojim fizikim dimenzijama. To plaaju svojim vrlo uzanim radnim frekvencijskim opsegom i dosta kritinim dimenzijama. Sa druge strane njihov dijagram usmerenosti predstavlja vrlo monu alatku u otklanjaju smetnji selekcijom signala prema pravcu iz koga dolaze. Jadan od najjednostavnijih naina izbegavanja smetnji od predajnika na istom ili susednom kanalu je korienjem Yagi antene tako da se ometajui signal smesti u neku od nula u dijagramu usmerenosti. Obino se koristi prva nula kada su smerovi iz kojih dolaze koristan i ometajui signal bliski.

Mnogo fleksibilnije i kvalitetnije rjeenje otklanjanja smetnji moe se napraviti pomou dve iste Jagi antene.

Kod otklanjanja smetnji sa jednom antenom koristi se osobina antene da korisni signali koji dolaze iz glavnog pravca prijema u svakom elementu antene indukuju takve struje koje se meusobno sabiraju i pojaavaju, pa tako imamo dobit ili pojaanje antene. Meutim, sa druge strane ta ista konstrukcija omoguuje da ometajui signali koji dolaze pod nekim uglom u odnosu na smer maksimalnog prijema indukuju u elementima antene struje koje se meusobno ponitavaju i na taj nain slabe signal.

Poto je ovde u igri prostorna geometrija, tj. uglovi iz kojih dolaze signali su ono to odreuje da li e se indukovane struje sabrati ili ponititi, to je onda mogue razliitim konstrukcijama antene menjati i poloaje nula u odnosu na smer maksimalnog prijema.

Uzmimo dve identine jagi antene sa istim i dobro definisanim nulama i snopovima u dijagramu zraenja. Ove dve antene moemo koristiti tako da ih poveemo preko jednakih deonica kabla i one onda vie ne rade kao pojedinane antene nego kao sistem od dve antene. Dijagram svake pojedinane antene e zajedno sa dijagramom one druge formirati zajedniki rezultantni prostorni dijagram koji e zavisiti od pojedinanog dijagrama svake antene i njihovog meusobnog rastojanja i orijentacije u prostoru.

Uzmimo za poetak, da su antene usmerene u istom smeru i da se nalaze na vrlo malom meusobnom rastojanju, nosa uz nosa. Zajedniki ili rezultujui dijagram e biti istovetan za dijagramom pojedinane antne, tj. sistem od dve antene e raditi kao da je u pitanju samo jedna antena, jer je njihovo meusobno rastojanje tako malo da se efektivne povrine antena preklapaju.

Ako sada ponemo da razmiemo antene, efektivna povrine e poeti da se sabiraju, a glavni snop dijagrama zraenja poee da se suava. U jednom momentu dostiiemo rastojanje meu antenama pri kojem e se efektivne povrine antena dodirivati i ukupna rezultujua efektivna povrina e biti dvostruko vea od pojedinane. To znai da e u tom momentu pojaanje sistema biti dva puta vee od pojaanje pojedine antene, tj. spajanjem dve antene na optimalnom rastojanju dobili smo teorijsko poveanje dobiti ili pojaanja za 3 dB.

Sa daljim poveanjem rastojanja izme|u antena glavni snop zajednikog dijagrama usmerenosti se prvo sve vie suava a zatim i cjepa. Uglovi izmeu smera maksimalnog prijema i prve nule kao i uglovi izmeu pojedinih susednih nula se smanjuju. Meutim i irina glavnog snopa se srazmerno suava.

Pri dosta velikom meusobnom rastojanju antena, recimo desetak talasnih duina, dobijamo zajedniki dijagram koji bi slikovito mogli opisati kao dijagram u vidu otvorene ake sa rairenim prstima. Ako se paljivo pogleda ovaj dijagram, lako e se prepoznati da je to ustvari prvobitni dijagram jedne antene koji je sitno iseckan nulama i snopovima. Ako se vrhovi svih maksimuma meusobno spoje dobie se opet polazni dijagram jedne antene. Sa promenom rastojanja antena dolazi do pomeranja ovih nula i snopova zraenja (listova) dok forma ukupnog dijagrama ostaje relativno stalna.

To znai da, pogodnim izborom meusobnog rastojanja antena u horizontalnoj ravni, moemo dobiti da obe antene budu usmerene u smeru iz koga dolazi koristan signal, a da nam nula prijema padne tano na smer iz koga dolazi ometajui signal.

Obe antene su vezane tako da rade sinfazno, tj. preko jednakih duina kablova do sabiraa (razdjelnika) 1:2.

Postoji nekoliko naina za promenu zajednikog dijagrama usmerenosti ovakvog sistema od dve antene.

Prvi nain modeliranja dijagrama usmerenosti je pomou prostornog razmetaja dveju antena na takvo me|usobno rastojanje koje omogu}ava da se dobije ta~no ode|eni ugao izme|u smera maksimalnog prijema i nule.

Na mestu prijema je mogue jednostavno pomou promene meusobnog rastojanja antena postii najbolje potiskivanje ometajueg signala, tj. najboljeg odnosa signala i smetnje.

Drugi metod se sastoji u tome da su antene na nepromenljivom rastojanju ali da se pomou promene duine kabla jedne antene menja njihov zajedniki dijagram. Ovaj sistem funkcionie na potpuno istom fizikom principu kao i prethodni, s tom razlikom to se promena faze signala, tj. uslova sabiranja i ponitavanja signala, postie promenom duine puta koji signal mora da proe kroz kabl dok se ne sabere ili poniti sa onim iz druge antene, umesto da se antene u prostoru pomeraju i time proizvede ista promena faznog stava signala.

Trei nain je kombinacija oba prethodna i vrlo je fleksibilan, ali zahteva malo vie poznavanja elektromagnetike, jer je vrlo korisno i poneto unapred izraunati kako bi se optimizirao dizajn i dobijeni rezultati samim tim to se upotrebom vie promenljivih elemenata i broj kombinacija uveao.

etvrti nain je manje korien jer je komplikovaniji i podloniji promenama kvaliteta izazvanim temperaturnim i drugim promenama, ali ga treba spomenuti i zbog toga to u nekim vrlo specifinim okolnostima moe da bude jedino rjeenje.

Naime, radi se takoe o dve antene od kojih je jedna glavna a druga sporedna. Vano je napomenuti da one, za razliku od prethodnih varijanti, nisu smjetene tako da predstavljaju jedan sistem. Obino su dovoljno udaljene jedna od druge i usmerene tako da je meu njima minimalan uticaj. Glavna antena je usmerena prema korisnom signalu a pomona prema ometajuem. Signali se dovode preko tano odreenih duina kablova i oslabljivaa kako bi se na mestu gde se kablovi spajaju doveli ometajui signali iz jedne i druge antene u protivfazi i sa jednakim amplitudama. Na ovaj nain se pomona antena koristi da bi se uhvatio ometajui signal koji e pogodnom obradom (promenom faze i amplitude) biti iskoriten da poniti samog sebe, tj. ometajui signal iz glavne antene.

Vrlo specifian je sluaj kada je potrebno otklanjanje smetnje koja dolazi tano iz suprotnog smera u odnosu na koristan signal. Ovo se rjeava pomou prostornog pomeranja jedne antene za etvrtinu talasa u nazad. Antene su meusobno povezane preko dionica kabla koje se meusobno razlikuju. Unazad pomerena antena ima krai kabl za elektrinu etvrtinu talasa. Na ovaj nain dobijamo sistem koji signale, koji dolaze sa prednje strane sabira u fazi, znai zadrana je dobit sistema. Ovo se postie time to signali koji su doli sa zakanjenjem u unazad pomerenu antenu prelaze krai put do mesta sabiranja ime se prostorni pomeraj jedne antene kompenzuje.

S druge strane, signali koji dolaze sa zadnje strane posle prijema tako|e prelaze razliite puteve ali tako da onaj koji je zaksnio zbog prostornog razmetaja antena (sada je to ona druga antena) prolaze duim kablom i dodatno kasne tako da na mesto spoja stiu u protiv fazi sa signalom iz druge antene. Kao uzgredna korist od ovakvog postavljanja antena dobija se vea frekvencijska irina u pogledu impedanse antenskog sistema to moe biti bitno na niim frekvencijama.

VI GREKE PRI UPOTREBI JAGI ANTENA

Ukoliko je antena dua utoliko ima veu dobit (pojaanje), ali i ui dijagram, pa je zbog toga pogodna za prijem iz samo jednog smera!

Rjeenje je koritenje nekoliko Jagi antena vezanih, obavezno, preko kanalne skretnice.

Druga vrlo esta greka koja se pravi pri koritenju Yagi antene je posledica vrlo uskog radnog frekvencijskog opsega ovih antena, koja se previa i antena se koristi kao da je irokopojasna.

To za posledicu ima vrlo slab prijem onih kanala koji se nalaze daleko van radnog opsega antene.

Deava se da nam iz istog smera dolaze slabi signali koji su veoma udaljeni po frekvenciji (recimo 26. i 58. kanal) i onda je prijem sa jednom uskopojasnom Yagi antenom praktino nemogu, bez obzira to su signali iz istog smera! Moramo koristiti dve antene usmerene u istom smeru, jednu koja radi na niskim i drugu koja radi na visokim kanalima! Ali to to dobijemo u prijemu sa takvim sistemom nijedan drugi ne moe da nam prui!

Radni frekvencijski opseg uobiajene Jagi antene iznosi nekoliko procenata od centralne frekvencije za koju je projektovana, {to na UHF podruju iznosi 2-3 kanala iznad i ispod kanala za koji je antena projektovana.

Ukoliko je iz antene izvueno vee pojaanje utoliko ona ima ui dijagram usmerenosti ali i ui radni frekvencijski opseg i veu osetljivost na okolne objekte, posebno na druge antene iz istog opsega frekvencija, pa se mora vie udaljiti od njih da bi normalno radila.

VII LOGPERIODINE ANTENE

Antena koja je uspela, gotovo potpuno, da istisne jagi antenu je tzv. logaritamsko periodina antena koja se esto naziva i skraeno logaritamska, logperodina ili samo loga antena. Veliku popularnost ove antene poslednjih godina moemo objasniti njenom vrlo jednostavnom konstrukcijom, koja je, samim tim i vrlo jeftina za proizvodnju, pa je i cena ove antene na tristu neverovatno niska.

Jo jedna dosta vana osobina ove antene uinila je popularnom posebno kod kombinovanih VHF/UHF antena, a to je njena izuzetna irokopojasnost u pogledu radnog opsega frekvencija. Ovaj tip antene, praktino bez ikakvih problema pokriva veoma iroko podruje frekvencija uz ouvanje svojih karakteristika, tako da se vrlo lako prave kombinovane antene za prijem i VHF i UHF opsega, sto je, sa ekonomskog stanovita, vrlo dobro.

Ova mogu}nost je dodatno doprinela da ova antena u poslednjih nekoliko godina preuzme, od jagi antena, vodee mesto.

Naziv antene oznaava i princip njene konstrukcije. Naime, kod ove antene, koja se sastoji samo iz aktivnih dipola poreanih na nosau koji ujedno predstavlja i dvoini simetrini vod za napajanje, elektrine osobine (dobit i impedansa) periodino se ponavljaju sa logaritmom frekvencije unutar radnog opsega antene. Pogodnim matematikim modeliranjem mogue je ove promene unutar jedne periode minimizirati tako da se karakteristike antene svode na priblino konstantne u celom radnom opsegu frekvencija.

Ovakvom konstrukcijom je omogueno da antena moe da pokrije vrlo irok opseg frekvencija tako to pojedine grupe dipola rade na pojedinim frekvencijama. Maksimalna i minimalna radna frekvencija odreene su dimenzijama najdueg i najkraeg elementa (dipola) na anteni.

Na ovaj nain postignuto je da se relativno vrlo irok opseg frekvencija pokrije sa jednom antenom koja e u celom opsegu imati relativno konstantno pojaanje i prilagoenje ulazne impedanse.

Slika 4 . Konstruktivni izgled loga antene od 15 elemenata

Dijagram usmerenosti ovih antena je u cjelom radnom opsegu vrlo ujednaen i bez izraenih bonih snopova. Prilagoenje impedanse i odnos napred-nazad dijagrama usmerenosti su u celom opsegu priblino konstantni i vrlo dobri.

Imajui sve ovo u vidu log-periodina antena ili krae loga antena je skoro idealna antena za prijem radio signala koji su rasporeeni u irokom opsegu frekvencija, kao to je to sluaj kod TV difuzije, posebno na UHF podruju.

Loga antene, zbog svoje konstrukcije, omoguavaju i gradnju takvih multiband antena koje pokrivaju vie opsega, na primer FM, VHF i UHF opseg, to je sa jagi ili nekim slinim tipom rezonantne antene gotovo nezamislivo.

Maksimalna dobit u praksi je relativno mala i iznosi oko 10-10.5 dBi ili 8-8.5 dBd (dB u odnosu na dipol) i to je neto malo ispod teorijskog maksimuma za ovaj tip antena.

VIII KONSTRUKCIJA LOGA ANTENE

Loga antena je po svojoj konstrukciji dosta razliita od svih ostalih antena, ve i po tome to je nosa antene sastavljen iz dve metalne cevi koje su meusobno izolovane i predstavlaju simetrini dvoini vod za napajanje elemenata (dipola) antene.

Svi elementi loga antene su aktivni i upravo iz tog razloga je bilo poeljno da nosa antene bude ujedno i vod za napajanje elemenata antene. Ovo konstruktivno rjeenje je jednostavno, efikasno i jeftino jer su u dve cevi, koje su ujedno i nosa i dvoini vod, sa strane ubaeni elementi razliitih duina, koji u parovima predstavljaju rezonantne dipole na razliitim frekvencijama unutar radnog opsega antene.

Elementi su poreani tako da se idui od kraja antene na kome je prikljuen kabl ka drugom, duina elemenata poveava. Uvek je jedna polovina dipola vezana za jednu a druga za drugu cev nosaa i to tako da se svaki sljedei dipol napaja u protivfazi u odnosu na prethodni. Alternativne promene faze izvdene su tako to su elementi dipola naizmenino postavljani na jednu pa potom na drugu stranu na noseoj cevi.

Povezivanje koaksijalnog kabla i antene je na kraju na kome se nalaze najkrai elementi. I maksimum prijema loga antene je iz tog smera, tj. ona se usmerava tako da kraj sa najkraim elementima bude u smeru TV predajnika.

Ovakva konstrukcija loga antene zahtjeva i simetrino napajanje. Direktno (asimetrino) napajanje koaksijalnim kablom bilo koje simetrine antene je neto to je nepoeljno iz vie razloga. Tako napajana antena ima izoblien dijagram usmerenosti, gubitak pojaanja, prima vie smetnji, refleksija i uma iz okolnog prostora preko kabla, a u pogledu prijema osetljivija je na atmosferske uticaje kao to su kia, led i inje.

Rjeenje napajanja koje se primenjuje kod loga antena predvi|enih za TV prijem djelimino ublaava ovaj problem. Naime, kako je loga antena tako konstruisana da mora biti privrena na stubu na jednom kraju a da je napajanje na suprotnom, provlaenjem koaksijalnog kabla kroz jedan od nosaa, i to uvek onaj koji je vezan za oplet (spoljni vod) koaksijalnog kabla, dobija se izvesno simetriranje, slino nekim transformatorima za simetriranje poznatim u elektrotehnici pod imenom bazuka.

Na ovaj nain se dobija poboljano (simetrinije) napajanje antene i ujedno se mehaniki uvruje kabl i dovodi u neposrednu blizinu stuba niz koji se onda dalje vodi do prijemnika.

Uobiajeni opseg ulaznih impedansi kod loga antene kree se izmeu 50 i 120 oma i moe se unapred odrediti, pogodnim dimenzionisanjem elemenata antene, tako da impedansa antene bude prilagoena kakrakteristinoj impedansi kabla kojim elimo da napajamo antenu. Za TV prijem se zato projektuju antene sa ulaznom impedansom od 75 oma kako bi se direktno koristio uobiajeni, standardni koaksijalni kabl predvien za ove svrhe.

Slika 5. Mehanki detalj naina prikljuenja koaksijalnog kabla na loga antenu

Slika 6. Izgled loga antene sa prikljuenim kablom.

IX KOLINEARNE ANTENE

Razmatrajui probleme vezane za prijem veeg broja TV signala, doli smo do zakljuka da je esto potreban nepraktino veliki broj jagi ili loga antena da bi se svi postojei signali na jednoj lokaciji primili sa dovoljno visokim kvalitetom.

Konaan prostor, tj. visina antenskog stuba, kao i neizbjeni destruktivni meusobni uticaji bliskih antena vode nas do take u kojoj moramo da razmiljamo o promeni koncepcije kompleksnog antenskog sistema kako bi izbegli ove neeljene efekte.

U praksi se prilikom izvoenja prijemnih antenskih TV sistema, vrlo esto dogaa da nam vei broj signala dolazi iz razliitih smerova. Nije rjedak sluaj da ti smerovi lee unutar ugla od oko 90 stepeni i da je vrlo nepraktino koristiti posebne antene za svaki od njih jer se smerovi relativno malo razlikuju jedan od drugoga, ali ipak dovoljno da je koritenje jedne jagi ili loga antene neprihvatljivo.

Razlog neprihvatljivosti uglavnom lei u injenici da i jagi i loga antene imaju tu osobinu da, ukoliko imaju vee pojaanje, obavezno imaju i uzak dijagram, i to ukoliko je pojaanje vee utoliko je i dijagram ui. Ovo posebno predstavlja problem pri pokuaju prijema veeg broja slabijih signala iz smerova koji se relativno malo meusobno razlikuju. Morala bi se koristiti antena sa irim dijagramom zbog razlike u smerovima, ali onda je nedovoljno pojaanje antene za kvalitetan prijem i obrnuto, uska antena bi imala dovoljno pojaanje ali je nemogu prijem svih signala.

Rjeenje ovog problema je u koritenju takve antene koja bi imala i irok horizontalni ugao prijema i veliko pojaanje koje, u tom sluaju, moe biti postignuto jedino smanjenjem vertikalnog ugla prijema, koji ionako ne treba da bude irok, jer svi prijemni signali lee u jednoj liniji liniji horizonta.

Antena koja u potpunosti obavlja ovu funkciju je tzv. kolinearna antena. To je antena koja se sastoji iz nekoliko dipola koji su pore|ani jedan iznad drugoga na odreenom odstojanju.

Obino se iza ove grupe dipola postavlja mrea koja slui kao reflektor. U profesionalnoj TV tehnici ove antene poznate su pod imenima etverac i osmerac sto ujedno odmah govori i o broju dipola koji su sloeni ispred aperiodinog reflektora.

Znamo da je polutalasni dipol vrlo neusmerena antena. Ako mu se doda reflektor onda se dobija neto usmerenija antena, ali je to jo uvek antena sa horizontalnim i vertikalnim snopovima od preko 100 stepeni. Pojaanje nije veliko, ali ako se iznad ili ispod postojeeg dipola na odogovarajuem rastojanju postavi jo jedan, onda se vertikalni dijagram usmerenosti tako dobijene antene prepolovi, dok horizontalni ostane nepromenjen. Pojaanje antene poraste za oko 3 dB. Ako sada nastavimo sa dodavanjem dipola, sa svakim udvostruenjem broja dipola ugao vertikalnog dijagrama usmerenosti e se prepoloviti a pojaanje skoiti za oko 3dB, dok e horizontalni ugao prijema ostati nepromenjen, tj. kao kod jednog dipola.

Na ovaj nain smo formirali antenu koja je zadrala vrlo irok ugao prijema u horizontanoj ravni, a zbog velikog broja vertikalno sloenih dipola ugao prijema u vertikalnoj ravni se nekoliko puta smanjio, ime je dobijeno pojaanje antene uz ouvanje irine horizontalnog ugla prijema.

Ovakva kolinearna antena moe da ima pojaanje od recimo 12 i vie dB uz prijemni ugao u horizontalnoj ravni koji je kao kod loge ili jagi antene od samo 6 dB pojaanja.

Veliki broj paralelno vezanih dipola i mrea kao reflektor daju kolineranoj anteni prilinu frekvencijsku irokopojasnost i relativno dobru reproducibilnost, tj. malu osetljivost na tolerancije dimenzija prilikom izrade.

Osim toga, zbog svojih relativno malih dimenzija na UHF podruju i pljosnate strukture ova skoro dvodimenzionalna antena je vrlo zgodna za montau uza zid ili u dnu antenskog stuba, ostavljajui tako slobodnim vrh i v}i deo stuba za ostale antene.

Slika 7 . Nain napajanja dipola u kolinearnoj anteni.Zbog irine prijemnog ugla kolinearna antena moe vrlo lako da zameni dve ili ak tri loge ili jagi antene, ime se smanjuje guva na antenskom stubu, ali i pojednostavljuje i pojeftinjuje sistem.

Osim toga pojednostavljuje se antenska filterska skretnica, ime se smanjuju prolazni gubici i poveava filtersko razdvajanje antena, to sve zajedno doprinosi viem tehnikom nivou, kvalitetu i optimizaciji prijemnog antenskog sistema.

Nedostatak ove antene je da nije pogodna za koritenje na VHF opsegu frekvencija zbog velikih dimenzija koje bi morala da ima na tom podruju zbog velike talasne duine VHF signala.

Takoe nikakve kombinovane VHF/UHF antene ovog tipa nisu pogodne iz istih razloga.

Ove antene su u odnosu na jagi i loga antene neto komplikovanije i skuplje za proizvodnju, pa ih je dosta tee nai na tritu, jer su se domai prozvoai uglavnom orijentisali na proizvodnju jednostavnijih i jeftinijih jagi i loga antena, posebno ovih poslednjih kojima je preplavljeno trite.

X KVAZI HORN ANTENA

Kvazi-horn antena je hibrid izmeu irokopojasnog (trakastog) dipola i V antene, koja se mnogo vie koristila na kratkotalasnom podruju kao aperiodina antena, zajedno sa romb, poluromb, Beverid i drugim ianim antenama sa progresivnim talasom.

Dobre osobine kvazi-horn antene su njena vrlo velika irina frekvencijskog opsega, relativno slaba usmerenost i jednostavnost. Pojaanje ovih antena se menja u dosta irokim granicama zavisno od radne frekvencije i veliine same antenske strukture, i kree se od par decibela na niim, pa ak do 8-9 dB na viim fekvencijama.

Prilagoenje relativno visoke impedanse antene na uobiajene vrednosti karakteristine impedanse koaksijalnog voda treba izvriti pomou irokopojasnog transformatora koji bi ujedno bio i prelaz simetrinog na asimetrino napajanje. Naalost, ovo se retko primenjuje, jer se ove antene uglavnom prave u kunoj radinosti gde su znanja iz ove oblasti vrlo skromna.

Paljivo i struno projektovani primerci ove antene pokazali su vrlo dobre osobine, ali na alost nikada nisu doivjele neku veu popularnost i ule u masovnu upotrebu na ovim prostorima.

Ove antene su dosta u upotrebi u ravniarskim predelima, gde su skoro svi signali koji se primaju ujednaenog i osrednjeg nivoa, tako da se svi lako pokupe sa jednom skoro omnidirektivnom (skoro krunom, slabo usmerenom) antenom malog pojaanja, kakva kvazi-horn antena upravo jeste.

Slika 8. Kvazi-horn antena: a),b) i c) konstruktivni detalji; d) dijagrami zraenja za razliite frekvencije.

Mana kvazi-horn antene je svakako njena ukupna veliina, kao i velika efektivna povrina antene izloena udarima vetra. Prilino divlja promena impedanse antene sa promenom radne frekvencije i njena transformacija na uobiajene vrednosti prihvatljive za napajanje koaksijalnim kablom, takoe moe ponekad biti tvrd orah.

XI KORNER REFLEKTOR ANTENA

Ova antena, kao to joj samo ime kae, sastoji se od jednog ugaonog reflektora i napojnog elementa, obino dipola. Reflektor se sastoji od dve ravne pravougaone povrine, obino napravljene od metalne mree, koje su meusobno spojene jednom stranicom i zaklapaju neki otar ugao, koji moe biti od 30 do preko 90 stepeni. Dipol se nalazi unutar tako formiranog ugaonog reflektora i njegov poloaj se tako bira da ima najpovoljniju impedansu. Ovo je vano, kako zbog to lakeg napajanja antene, tako i zbog irine frekvencijskog opsega u kome antena moe da radi, a da joj pojaanje i efikasnost ne spadnu ispod odreenih granica.

Dobre osobine ove antene su njeno relativno veliko pojaanje koje moe biti i do 14 dB, koje mahom izvlai iz vertikalnog dijagrama usmerenosti, tako da horizontalni ugao prijema ostaje relativno irok. Ova osobina je vrlo poeljna kod prijemnih antena, to smo videli i kada je bilo rjei o kolineranim antenama, koje takoe imaju izraenu ovu osobinu.

Preciznom lokacijom dipola unutar ugaonog reflektora, kao i podeavanjem dimenzija i ugla izmeu ravni reflektora, moe se unapred, dosta precizno, odrediti impedansa i pojaanje antene.

Na ovaj nain izbegavaju se promaaji u gradnji i razoarenja u performanse ve izgraenih antena.

Korner reflektor antene su po dijagramu usmerenosti sline kolinearnim antenama, ali mogu imati dosta vee pojaanje i time predstavljati vrlo dobre antene za prijem slabijih signala.

Slika 9. Dipol sa ugaonim reflektorom ili tzv. korner reflektor antena

Ako se uzme u obzir velika prediktabilnost performansi antene, relativno velika neosetljivost na tolerancije dimenzija, a time i velika reproducibilnost, zatim vrlo pristojna irina frekvencijskog opsega u kome antena moe da radi, onda pred sobom imamo antenu koja je u svakom sluaju ozbiljan kandidat za dobru prijemnu antenu. Ovome bi se moglo dodati da i pojedine profesionalne slube koriste ovaj tip antena, posebno na UHF opsegu, za usmerene radio-relejne i linkovske veze.

Loe osobine ovih antena su sline kao kod kvazi-horn antena. Velike povrine izloene vjetru, relativno velike dimenzije i dosta utroenog materijala. Me|utim, imajui u vidu i vrlo dobre osobine ovih antena, moe se slobodno rei da su vredne truda i novca uloenog u njihovu gradnju.XII LASTA

Pored pomenutih kvazi-horn i korner-reflektor antena mogu se sresti i antene koje se sastoje iz dvostruke kvadratne petlje sa reflektorom. Reflektor moe biti uraen ili u vidu mree, ili u vidu dva kvadratna iana rama koji su spojeni jednim svojim temenom. Ovakve antene izgledaju kao broj 8 koji moe biti postavljen ispred mrenog reflektora ili kao dve osmice postavljene jedna ispred druge, a poznate su na naem tritu pod komercijalnim imenom Lasta.

Ovaj tip antene ima sline karakteristike dijagrama usmerenosti kao kolinearna antena, a to znai irok horizontalni i relativno spljoten vertikalni ugao. Pojaanje je slino kao kod kolinearnih antena i kree se oko desetak decibela.

Zapravo ova antena i jeste derivacija kolinearne antene, gde su dva susedna vertikalno sloena dipola savijena i svojim krajevima meusobno spojena ime je dobijena zatvorena petlja poznatija kao kvad petlja zbog svog kvadratnog oblika. Postoje i antene kod kojih je petlja u vidu kruga i one se sreu pod imenom loop antene.

Dve kvadratne petlje od kojh se aktivni deo antene sastoji postavljene su tako da se obe napajaju u jednom svom temenu i obe su spojene paralelno na napojni vod u istim takama. Postavljanjem ovog para kvad petlji ispred reflektorske ravni dobija se usmerena antena vrlo slinih karakateristika kao i kolinearna antena. Meutim, ovakvo izvoenje antene je zgodno jer je izbegnut napojni vod koji je kod kolinearne antene bio neophodan radi napajanja vertikalno postavljenih dipola. Time su izbjegnuti mnogi mehaniki problemi pri gradnji antene, a sama antena je znaajno pojednostavljena.

Zbog napajanja petlji u temenu kvadrata i kosog poloaja stranica kvadrata ovakva antena sadri i znaajnu komponentu vertikalne polarizacije, pa tako moe da prima i vertikalno polarisane talase.

Umesto reflektorske mree mogu se koristiti i dva pasivna rezonantna reflektora, take u vidu kvad petlje, sa neto veom duinom stranica, slino kao kod jagi antena. Naravno, po istom principu, mogue je dodati i jedan ili vie pasivnih direktorskih kvad elemenata, ime se dobija jo vea usmerenost i pojaanje antene. Ovakva antena ima neto manju irinu radnog frekvencijskog opsega.

Oba tipa antene su vrlo dobro rjeenje i sve to je ranije reeno za kolinearne antene vai i ovdje. Prilagoenje antene na karakteristinu impedansu kabla relativno lako se postie jer je impedansa jedne petlje oko 140 oma i dve vezane u paraleli odmah daju oko 70 oma.

Ono to je kod ovog tipa antene vano je svakako to da se pri proraunu dimenzija maksimalno proiri radni frekvencijski opseg.

Slino kao kod jagi antene i ovaj tip, pogotovo verzija sa rezonantnim reflektorom, je dosta uskopojasna antena u pogledu radnog frekvencijskog opsega, zbog prirodnih osobina rezonantnih petlji. Upravo iz tih razloga ove antene se teko mogu sagraditi da imaju konstantne karakteristike u cjelom frekvencijskom UHF .

Kao i kod svih drugih antena i ovde su dobra mehanika rjeenja i kvalitet izrade uslov za dugotrajan i ispravan rad antene.

Slika 1 irokopojasni dipol ispred reflektora u dva nivoa ili tzv. dvostruka leptir antena

XIII IROKOPOJASNI DIPOL - LEPTIR

Jedna od najeih antena koje se grade u kunoj radinosti je irokopojasni dipol postavljen ispred reflektorske ploe. Antena se sastoji od irokopojasnog dipola koji je iskrojen od lima u vidu vrlo dugakog i uzanog ravnokrakog trougla. Dva takva trougla su zatim postavljena u jednu liniju tako da ine otvoreni dipol. Vrhovi trougla okrenuti su jedan ka drugom i na njima je prikljuen napojni kabl. Takav otvoreni dipol, koji se od take napajanja ka svojim krajevima iri kao lepeza, i lii na leptir manu, postavljen je ispred provodne reflektorske povrine obino od aluminijumskog ili pocinkovanog gvozdenog lima.

Ovakva antena, koja u sutini predstavlja dvoelementnu irokopojasnu antenu, ima relativno irok dijagram usmerenosti u obe ravni i samim tim malo pojaanje. Na nesreu, dimenzije antene se uglavnom jako razlikuju od nekih optimalnih, jer se zapravo antena pravi ili onako od oka, ili tako to se dobiju neke dimenzije koje su ko zna koliko puta ve modifikovane i prilagoavane raspoloivom materijalu raznih prethodnih graditelja. Osim toga, samo privrenje dipola uglavnom se vri pomou drvenih neimpregniranih odstojnika i to u takama visoke impedanse, odnosno napona, to znaajno kvari karakteristike antene i pri suvom, a kamoli pri vlanom vremenu.

Ovo je antena koja moe da pokupi sve jae, uglavnom lokalne, signale koji dolaze iz smerova koji su u okviru od oko 120 stepeni. Pojaanje antene iznosi svega par decibela (maksimalno 4-5) i to kada je relativno dobro napravljena.

Reanjem nekoliko dipola ispred reflektora po istom principu dobija se irokopojasna kolinearna antena, ali je problem njihovog pravilnog zajednikog napajanja neto to se teko rjeava bez ozbiljnijeg razmatranja dimenzija antene.

XIV LASTIN REP

Pored ovih pomenutih tipova antena moe se sresti jo mnogo drugih i vrlo neobinih antena. Meutim, i kod fabrikih antena ima dosta tipova antena koje se veoma razlikuju od onih koje lako prepoznajemo. Tako recimo postoji jagi antena sa elementima u vidu poloenog latininog slova V. Te antene se zovu u argonu lastin rep jagi antene, valjda zato to elementi oblikom podsjeaju na oblik lastinog repa.

To je u principu jagi antena koja je sastavljena iz veeg broja elemenata koji su sloeni i meusobno spojeni tako da ine sistem od 4 jagi antene na vrlo malom meusobnom rastojanju i zajednikom nosau.

Slika 11. Izgled antene sa elementima direktora u obliku lastinog repa.

Na ovaj nain, a i na mnoge druge, razni proizvoai pokuavaju da poboljaju karakteristike jagi antena, posebno po pitanju frekvencijske irokopojasnosti, koja je i najproblematinija pri njihovoj upotrebi za prijem TV programa.

LITERATURA

[1] Petar Koovi , Antene

[2] Dragoslav Dobrii , Prijemni antenski tv sistemi

[3] http://www:trivalantene.si/ [4] Rasinec Josip , '' Odailjai i veze, predavanja_PDF ''

[5] Zoran Dobrosavljevi , ''Antene ,vodovi i spreni sklopovi _PDF''

PAGE III

_1148145856.unknown

_1148145999.unknown

_1148146114.unknown

_1148146213.unknown

_1148145946.unknown

_1148145802.unknown