Изготовление антенны для приёма дециметрового диапазона электромагнитных волн от ближайшего ретранслятора из подручных средств

Автор: Дудка Галина Дмитриевна

Организация: МКОУ СОШ №1 с. Дивное Апанасенковского р-на

Населенный пункт: Ставропольский край, Апанасенковский р-н, с. Дивное

Цель работы: научиться принимать дециметровые электромагнитные волны от конкретного источника излучения с помощью самостоятельно изготовленной антенны и изучить факторы, влияющие на качество и силу принятого сигнала.

Разработанность исследуемой проблемы: в Российской Федерации завершается переход на цифровое телевидение в дециметровом диапазоне. Метровые волны с аналоговым сигналом больше использоваться не будут. Можно ли с помощью подручных средств самим изготовить приёмную антенну для приёма телевизионного сигнала в дециметровом диапазоне? Как правильно установить её? Как определить характеристики принимаемого сигнала? Большинство населения использует готовые приёмные устройства. Но что, если мы окажемся вдали от дома и нужно будет принять сигнал определённой частоты, а исправно работающих устройств не будет? Потренируемся на изготовлении приёмной антенны для ДМВ телевизионного сигнала.

Задачи исследования:

1. Изучить принципы приёма ЭМВ.

2. Определить характеристики принимаемого сигнала.

3. Рассчитать линейные размеры приёмной антенны.

4. Изготовить антенну.

5. Проверить на практике направление поляризации принимаемого сигнала, влияние экранирующей поверхности антенны, пространственного положения антенны на силу и качество принятого сигнала.

Гипотеза исследовательской экспериментальной работы: действительно ли можно самим изготовить антенну для приёма определённого сигнала?

Предмет исследований: изготовление устройства для приёма заданного сигнала.

Объект исследований: процесс приёма электромагнитных волн самодельным устройством.

Актуальность: смена вещания телевидения аналогового метрового сигнала на цифровой дециметровый.

Проблема: старые антенны не принимают новый сигнал, новые либо дороги, либо часто выходят из строя. Как из подручных средств собрать дешёвую и не ломающуюся антенну, которая бы хорошо принимала телевизионный сигнал от ближайшего ретранслятора.

Методы и методики, которые использовались в работе:

1. Изучение литературы по данной теме и информации о принимаемом сигнале.

2. Проведение расчётов для определения размеров антенны и её конструкции.

3. Изготовление антенны.

4. Проведение опытов и исследований по расположению антенны и изменения её конструктивных особенностей.

5. Анализ полученных данных.

Вывод:

1. В процессе исследования была разработана и изготовлена конструкция антенны для доказательства выдвинутой гипотезы.

2. Доказано, что из подручных материалов можно изготовить надёжную и дешёвую антенну, которая может выполнять свои функции.

3. Приём нужного диапазона часто можно организовать, зная длину волны и её связь с размерами принимающего контура, устройством антенны. Также нужно соблюдать рекомендации по расположению антенны относительно ретранслятора.

4. При проектировании устройства антенны в школьных мастерских и на производстве можно успешно использовать разработанную конструкцию дециметровой антенны.

  1. В процессе получения качественного через антенну на телевизор была получены информация о свойствах телесигнала.

 

 

 

Теоретическое обоснование проекта

 

Наблюдение в астрономии – основной метод получения информации. Носителем информации является фотон или квант энергии электромагнитной волны (ЭМВ). Звёзды испускают ЭМВ в широком диапазоне частот. От частоты зависят физические свойства излучения. Волны из разной части спектра по-разному себя ведут при прохождении земной атмосферы (поглощение, отражение, преломление, ослабление…). Для фиксации и дальнейшего преобразования излучения необходимы разные приборы. На основании поставленных задач по изучению звёзд учёные выбирают определённый диапазон ЭМВ и подбирают необходимы инструменты для его наблюдения.

Оптические телескопы используют только ночью при безоблачном небе в диапазоне видимых волн. Это сильно ограничивает возможности получения информации и из-за малого времени наблюдения и малой части спектра ЭМВ.

Радиотелескопы могут наблюдать Вселенную в более широком диапазоне частот круглые сутки. Именно они получают большую часть информации о космосе. Эти телескопы могут не только менять направление наблюдения, но и настраиваться на волну определённой частоты. Полученный приёмником сигнал записывается, преобразуется и анализируется. Далее эта информация либо служит ответом на поставленный вопрос, либо поводом для получения новой информации.

Сигналы из космоса не имеют модуляции и их расшифровывать не надо как радио- или телесигналы. Но они несут много невидимой глазу информации о процессах во Вселенной, её объектах, их движении, физических характеристиках и изменениях в них.

Мне интересен процесс получения сигналов из далёкого космоса. Я хочу научиться принимать ЭМВ определённого диапазона. Имея под рукой простейшие материалы и минимальные навыки, я хочу для начала отработать приём дециметровых волн от нашего ретранслятора, проверить какую поляризацию имеет телевизионный сигнал от ретранслятора, что влияет на качество приёма, куда и как нужно устанавливать антенну по отношению к передатчику ЭМВ.

Для начала на сайте www.карта.РТРС.РФ я нашла ближайший ко мне передатчик телесигнала и выписала информацию о нём.

Ставропольский край, Апанасенковский район, с. Дивное.

Расстояние 0,554 км, Направление 185.

Пакет телеканалов РТРС-1, ТВК 24 (498 МГц)

Пакет телеканалов РТРС-2, ТВК 45 (666 МГц).

Для начала мне нужно найти длину волны сигнала, так как нам известна частота каждого из пакетов телеканалов.

 

ЭВМ с такими длинами волн относится к радиодиапазону. Эти значения лежат на границе между УКВ метрового и УКВ дециметрового диапазонов. УКВ излучение распространяется в пределах прямой видимости с помощью ретрансляторов. В стране завершается переход с метрового диапазона на дециметровый, так как чем больше несущая частота, тем больше независимых станций, не мешающих друг другу может передавать сигналы. Таким образом увеличивается объём передаваемой информации. Ширина канала связи равна удвоенной основной частоте. Частота в четвёртой степени прямо пропорциональна интенсивности гармонической электромагнитной волны. То есть увеличение частоты ЭМВ, которую излучает приёмник, позволяет уменьшить мощность излучателя и экономить электроэнергию. Но интенсивность сигнала уменьшается обратно квадрату расстояния до приёмника, что ограничивает зону уверенного приёма сигнала. В зону покрытия ретранслятора попадает всё село Дивное, что указано на схеме сайта www.карта.РТРС.РФ.

За приём ЭМВ отвечает антенна. В ней радиоволны, излучаемые передатчиком, вызывают вынужденные колебания электронов. Устройство антенны должно способствовать наилучшему приёму нужных частот, и не принимать посторонние сигналы-помехи. Антенна должна резонировать, то есть иметь собственную частоту колебаний равную частоте принимаемых ЭМВ. Собственная частота колебаний зависит от линейных размеров антенны. В антенне должны создаваться колебания с длиной волны кратной влине волны ЭМВ. Для расчёта возьмём большую длину волны, то есть 0,6024 м, так как меньшая длина волны – 0,4505 м тем более сможет поместиться в данный параметр.

Конфигурация электрода приёмной антенны может быть круглой, овальной, ромбообразной, квадратной и так далее. Для простоты изготовления возьмём квадратную форму и продублируем её. То есть антенна будет из двух квадратов с периметрами, равными длине волны принимаемого сигнала. Оба квадрата будут принимать нужную волну и усиливать её сигнал.

Рассчитаем сторону квадрата

а= λ/4=0,6024/4=0,15 м.

Электрод антенны должен иметь маленькое сопротивление. Этого можно достичь применением материалов с маленьким удельным сопротивлением, большой площадью сечения провода и уменьшением длины электрода. На длину для уменьшения сопротивления мы повлиять не можем, не ухудшив приём, а взять толстую алюминиевую или медную проволоку можем. Я нашла толстую алюминиевую проволоку нужной длины, хотя медная была бы лучше.

Рассчитаю сопротивление принимающего электрода по формуле:

Сопротивление кабеля, с помощью которого электрод будет соединяться с телевизором должен иметь сопротивление 50-75 Ом. Его нам нужно купить или использовать старый, от метровой антенн, которая сейчас бесполезна. Я купила 10 м коаксиального кабеля и новый разъём.

Для усиления сигнала и отсечения помех я хочу прикрепить за электродом металлический экран в виде сетки. Сетка будет экранировать, то есть отсекать ЭМВ с противоположной от приёма стороны. Она должна иметь размеры равные половине длины волны, чтобы при огибании волной сетки она ослаблялась, так как волны будут иметь разницу хода волн ½ λ (в противофазе).

Размер сетки должен быть от 23 см до 30 см с одной стороны и от 45 см до 60 см с другой стороны. Я нашла сетку с размерами 24 см на 48 см, что входит в нужный диапазон размеров.

Сам принимающий электрод антенны должен быть удалён от сетки на расстояние 0,175 λ. В нашем случае от 8 до 10,5 см. Я возьму 8,5 см.

Два квадрата не должны соприкасаться одним углом на 1 см. Поэтому две соприкасающиеся стороны квадратов уменьшим на 1 см так, чтобы одна проволока приняла форму биквадрата, это не уменьшит сопротивление при соединении и облегчит сборку антенны.

С помощью маркера на проволоке я отметила от середины по обе стороны 14 см, 15 см, 15 см и 14 см. Я оставила лишнюю длину для последнего соединения свободных концов, чтобы замкнуть контур.

Тисками и молотком я изогнула проволоку в одной плоскости в биквадрат. На свободных концах сделала напильником зазоры и соединила свободные концы проволоки. Проверила расстояние между внутренними углами 1 см и прикрепила к ним кабель так, чтобы обмотка коаксиального кабеля была прикреплена к одному внутреннему углу, а центральная жила – ко второму углу. Соединения я изолировала. Кабель пустила по боковой стороне электрода до внешнего угла.

Осталось соединить сетку-экран и антенну. Через сетку, трубку и внешние углы электрода я пропустила хомут и закрепила их посередине сетки, то же с другим внешним углом. Изолентой обмотаем места скрепления электрода и кабеля.

Антенна готова.

Испытаем качество приёма сигнала. Результаты замеров занесём в таблицу.

На основании анализа замеров можно сделать следующие выводы:

  1. Телевизионный сигнал имеет вертикальную поляризацию.
  2. Экранирующая сетка – необходимый элемент для уменьшения помех.
  3. Медный электрод лучше алюминиевого.
  4. Коаксиальный кабель должен идти по стороне одного из квадратов для улучшения качества приёма сигнала.
  5. Антенна должна висеть, а не лежать.
  6. Экранирующая сетка должна быть от ретранслятора, а электрод к ретранслятору и биквадрат должен располагаться вертикально.
  7. Чем выше, располагается антенна, тем лучше качество и сила сигнала.
  8. Изменение положения антенны даже в пределах 0,5 м влияет на качество принимаемого сигнала.
  9. Такая антенна легка в изготовлении и не ломается. Затраты на изготовление:

10 м коаксиального кабеля – 200 рублей

Разъём – 40 рублей

Сетка – отходы

Трубки пластиковые – отходы

Хомуты для крепежа – 10 рублей

Изоляционная лента, припой, канифоль, паяльник – нашли дома;

Итого: 250 руб и 4 часа времени.

 

 

Таблица результатов измерения качества и силы сигнала при разной ориентации и положении антенны.

№ опыта

Положение

антенны

 

Ориентация антенны

Качество сигнала

Сила сигнала

Примечания

1

2,5 м от пола, висит на окне, электрод расположен горизонально

Экранирующая сетка от ретранслятора

100

43

Кабель отходит от центра за экран

2

2,3 м от пола, висит на окне, электрод расположен вертикально

Экранирующая сетка от ретранслятора

100

75

Кабель отходит от центра за экран

3

2,3 м от пола, висит на левой стороне окна, электрод расположен вертикально

Экранирующая сетка к ретранслятору

0

51

Кабель отходит от центра за экран

 

4

2,3 м от пола висит на правой стороне окна, электрод расположен вертикально

Экранирующая сетка к ретранслятору

32

43

Кабель отходит от центра за экран

5

1,3 м от пола лежит на подоконнике

Экранирующая сетка к полу

0

0

Кабель отходит от центра за экран

6

2,3 м от пола, висит на правой стороне окна, электрод расположен вертикально

Экранирующая сетка от ретранслятора

100

47

Кабель отходит от центра за экран

7

2,3 м от пола, висит на левой стороне окна, электрод расположен вертикально

Экранирующая сетка от ретранслятора

100

79

Кабель отходит от центра за экран

8

2,3 м от пола, висит на левой стороне окна, электрод расположен вертикально

Экранирующая сетка от ретранслятора

100

83

Кабель идёт по одной из сторон квадрата

9

На крыше, 5 м от земли, вертикальная ориентация по направления на ретранслятор.

Экранирующая сетка от ретранслятора

100

75

Подобная антенна с электродом из алюминия

 

Полный текст статьи см. в приложении.
 

 


Приложения:
  1. file0.docx.. 112,2 КБ
  2. file1.pptx.zip.. 6,4 МБ
Опубликовано: 03.09.2021