Синфазные антенные решетки для приема сигналов ТВ

Синфазная антенная решетка представляет собой сложное направленное радиотехническое устройство, состоящее из ряда отдельно расположенных слабонаправленных антенн, которые размещены в пространстве с определенной геометрией. Их настройка осуществляется таким образом, чтобы сигналы, наведённые в каждой из них, находились в одинаковой фазе. Все антенны решетки соединены между собой и должны функционировать в режиме общего согласования с нагрузкой. Как правило, компоненты решетки создаются из однородных элементов, расположенных в нескольких вертикальных и горизонтальных рядах, что обеспечивает их оптимальную работу.

Конструкция соединения антенн должна строго соблюдаться так, чтобы не нарушалось их синфазное состояние, поскольку только при одинаковых фазовых сдвиге сигналы, поступающие во нагрузку, будут складываться конструктивно. Вместе с тем, схема должна обеспечивать согласование всей системы с нагрузкой, чтобы избежать отражений энергии. Если входное сопротивление решетки не совпадает с сопротивлением нагрузки, часть энергии отразится обратно и будет излучена в пространство, что негативно скажется на коэффициенте усиления всей антенны.

Замена одной одиночной антенны на коллективную систему из нескольких идентичных элементов, объединённых в синфазную решетку, ведет к увеличению выходного сигнала, сужению диаграммы направленности и, как следствие, — к повышению коэффициента усиления по сравнению с одним элементом. Такой прирост достигается благодаря двум основным причинам.

Во-первых, в каждой антенне электромагнитное поле, создаваемое передатчиком, наводит сигнал с мощностью, равной той, что был бы у одиночной антенны того же типа, а мощность всех сигналов, принятых и соединённых в нагрузке, складывается. Поэтому результирующая мощность выхода системы, состоящей из нескольких антенн, увеличивается пропорционально количеству элементов. В результате, если в решетке расположено, скажем, четыре одинаковые антенны, мощность на выходе повышается в четыре раза; при девяти — в девять раз.

Во-вторых, сопротивление нагрузки при этом остаётся постоянным, независимо от количества элементов. Однако уровень напряжения результирующего сигнала на выходе решетки возрастает не в столько раз, сколько антенн, а в корень квадратный из их числа. Так, при четырёх антеннах напряжение увеличивается в два раза (на 6 дБ), а при девяти — примерно в три раза (около 9,5 дБ). Поэтому коэффициент усиления системы увеличивается соответственно, и с ростом количества элементов достигается более высокая эффективность.

Еще один важный фактор — увеличение размеров решетки по сравнению с одиночной антенной. Большая площадь поглощения электромагнитной энергии способствует сужению диаграммы направленности системы, что служит дополнительным способом повышения её коэффициента усиления. Иначе говоря, при увеличении поверхности антенны поглощение электромагнитного поля происходит в большей области, что ограничивает ширину диаграммы; существенным образом это повышает уровень сигнала.

Диаграмма направленности решетки сужается благодаря тому, что только сигналы, приходящие строго с главного направления (обычно перпендикулярного плоскости решетки), оказываются синфазными и складываются конструктивно. В случае же сигналов, приходящих под углом, возникают задержки во времени и фазовые сдвиги, так как сигналы достигают антенн с разными затримками. В результате их векторное складывание дает сумму, которая по модулю оказывается меньше арифметической суммы напряжений, наведённых при главном обзоре. Увеличение размеров решетки — а значит, и её площади поглощения — ведет к увеличению фазовых сдвигов и, соответственно, — к уменьшению результирующего сигнала при приеме.

По мере увеличения поверхности поглощения диаграмма направленности становится всё более узкой, а коэффициент усиления — выше. Вертикальное расширение решетки позволяет снизить диаграмму в вертикальной плоскости, а горизонтальное — в горизонтальной. В теоретическом плане, увеличение площади вдвое должно давать прибавку в коэффициенте усиления около 3 дБ.

Основной вывод таков: коэффициент усиления синфазной антенной решетки зависит в первую очередь от характеристик входных антенн — их собственного коэффициента усиления. Для повышения общего параметра рекомендуется увеличивать число элементов и их площадь поглощения по сравнению с одиночным приемником. Однако важно учитывать, что обычное заблуждение — при расчёте исходят только из характеристик единичной антенны и поверхностей, а игнорируют влияние взаимного расстройки элементов и несовершенства цепей фазирования и согласования.

Понимание этого важно, поскольку при росте числа антенн входящая мощность на каждую из них уменьшается, следовательно, снижается и излучаемая энергия каждым элементом. В случае же, когда каждой антенне передается индивидуально из отдельного передатчика, общий уровень излучения приняты в решетке мощностей увеличивается, так как площадь системы — сумма площадей отдельных элементов.

На практике, при удвоении числа элементов и такой же площади поглощения, расчетные показатели увеличения коэффициента усиления — примерно 6 дБ — при этом в реальности данный прирост составляет около 4,5 дБ из-за непредвиденных эффектов перекрытия и расстройств цепей.

Форма диаграммы направленности зависит как от индивидуальных характеристик антенн, входящих в решетку, так и от их конфигурации: количества рядов, этажей и межэлементных расстояний. Например, при использовании двух нисходящих антенн, расположенных на расстоянии половины длины волны, в горизонтальной плоскости их диаграмма выглядит как знак бесконечности (8), и уровни боковых лепестков заметно меньше главного. При увеличении расстояния между элементами ширина главного лепестка сужается, а боковые лепестки становятся заметнее. При расстоянии между антеннами равном 0,6 длины волны боковые лепестки достигают примерно 31% уровня основного, а ширина диаграммы уменьшается в 1,2 раза относительно решетки с расстоянием в ?/2.

Если межэлектронное расстояние возрастает до 0,75 длины волны, боковые лепестки увеличиваются до 71% главного, а диаграмма направленности сужается в 1,5 раза. При расстоянии в полную длину волны боковые лепестки сравниваются с главным, и ширина диаграммы снижается вдвое по сравнению с ?/2. Из этого видно, что наиболее оптимальный эффект достигается при расстояниях между антеннами, равных длине волны, что обеспечивают максимально узкую диаграмму направленности.

Боковые лепестки, как правило, не вызывают опасений, если в решетке используются направленные антенны; они просто не воспринимают сигналы, приходящие из боковых направлений. Располагать антенны ближе половины длины волны не рекомендуется, поскольку поверхность поглощения перекрывается, и эффект снижается. Аналогично, слишком большое межэлементное расстояние ведет к появлению нежелательных боковых пиков в диаграмме.

Синфазные решетки могут быть собраны из разнообразных типов антенн. На практике предпочтение отдается одинаковым элементам для упрощения согласования и фокусировки фаз, хотя возможна и смесь различных типов антенн в одной решетке.

В радиолюбительских условиях при приеме телевизионных передач часто используют синфазные решетки из антенн типа ‘Волновой канал’ или рамочных моделей. Однако, у таких систем есть свой недостаток: даже при точных конструктивных чертежах и использовании одинаковых материалов, отдельные элементы оказываются настроенными по разным параметрам, что создает дополнительное расстройство и влияет на их согласование.

В результате из-за различий в фазах сигналов, поступающих на выходы антенн, добиться их синфазного соединения практически невозможно. Это неизбежно ведет к наличию расфазировок, что существенно снижает коэффициент усиления всей антенной решетки.

Для радиолюбителей допустимо использовать синфазные антенны, собранные из трехэлементных структур типа ‘Волновой канал’. Такой вариант считается предпочтительным, поскольку из-за минимальной натуральной расстройки эти антенны не требуют индивидуальной настройки каждой единицы и фазирования элементов в составе решетки.

Двухрядная антенная решетка

На примере, показанном на рисунке 1, изображена двухрядная антенная структура, сформированная из двух элементов ‘Волновой канал’. Она предназначена для приёма вертикально поляризованного сигнала в зоне, где наблюдается граница прямой видимости и полутень. Усиление подобной антенной системы составляет около 10 дБ.

Рис. 1. Двухрядная синфазная антенна.

Элементы конструкции сделаны из металлической трубки диаметром 12—20 мм для диапазонов 1-5 каналов или 8—15 мм для диапазонов 6-12 каналов. В качестве стрел используют либо металлические, либо деревянные материалы, а мачта должна быть выполнена из изоляционного материала. Обязательно на высоте примерно 2 м ниже антенны допускается использование металлической мачты.

Габариты каждой антенны определяются из таблицы 2, а расстояние между элементами и длина кабельных шлейфов — согласно таблице 1.

Таблица 1. Размеры для двухрядной трёхэлементной антенны.

Номер канала	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Расстояние H, мм	4500	3800	2900	2600	2400	1280	1230	1180	1130	1090	1050	1000
Длина шлейфа Ш, мм	1418	1202	932	848	778	420	402	386	370	356	343	331

Для согласования сигнала используют двухоконные линии и симметрирующий короткозамкнутый четвертьволновый шлейф. Входное сопротивление каждой антенны при заданных размерах составляет примерно 150 Ом.

Таблица 2. Размеры элементов ‘Волновой канал’ для трехэлементной антенны, мм.

Номер канала	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Р, мм	3350	2840	2200	2000	1830	990	950	905	870	840	805	780
В, мм	2760	2340	1790	1620	1510	815	780	745	720	690	665	640
Д, мм	2340	2000	1550	1400	1290	690	660	630	610	585	560	545
а, мм	900	760	590	535	490	270	255	240	230	225	220	215
в, мм	600	510	395	355	330	180	170	160	155	150	145	140
П, мм	1865	1581	1227	1116	1023	553	529	508	488	469	452	436

Две одинаковые линии, изготовленные из коаксиального кабеля с сопротивлением 75 Ом длиной, по сути, имеют волновое сопротивление 150 Ом и обеспечивают хорошее согласование с антеннами. Их длина может быть произвольной, однако обе линии обязаны иметь одинаковую длину. В точках соединения линий два сопротивления по 150 Ом образуют параллельное сопротивление 75 Ом.

К этим точкам также подключается фидер через симметрирующий шлейф, выполненный из такого же кабеля. Гарантировать синфазность антенн помогает одинаковость используемых элементов, линий и их правильное соединение. Для этого точки подключения ‘а’ на линиях должны совпадать с верхними концами вибраторов антенн, что обеспечивает синфазность сигнала в решетке.

При повороте всей антенны на 90° так, чтобы элементы расположились горизонтально, получится двухъярусная структура, предназначенная для приёма передач с горизонтальной поляризацией. Такой вариант может использоваться, например, для расширения диаграммы направленности или при необходимости приёмов более широкого диапазона сигналов.

Рис. 2. Синфазная решетка с увеличенным коэффициентом защитного действия.

Возможность повышения коэффициента КЗД за счет такой конструкции позволяет эффективно подавлять сигналы и помехи, поступающие с противоположных направлений. Для этого одну из антенн (например, нижнюю) выдвигают вперёд на четверть длины волны, а соответствующую линию — удлиняют ровно на ту же величину. В результате сигналы, идущие спереди, поступают к обеим антеннам чуть с задержкой, но их фазовое совпадение сохраняется, и они складываются.

Помехи сзади также подвергаются задержке: сигнал, приходящий к нижней антенной, опаздывает на 1/4 периода, а длиная соединительная линия дополнительно задерживает его ещё на ту же величину. В итоге возникающая задержка делает помеховые сигналы противофазными при входе в точку соединения линий, что вызывает их взаимное подавление и на выходе результирующего сигнала.

Эта методика позволяет увеличить КЗД антенны примерно на 20 дБ при противоположных направлениях источников сигнала и помех (угол 180°), а при углах до 150° эффективность также сохраняется. Особенно актуально это при приёме слабого сигнала от удаленных передатчиков, когда наличие сильных локальных источников или помех мешает качеству приёма.

При реализации конструкции с повышенным КЗД важно помнить, что длина волны в кабеле примерно в 1,52 раза короче свободного пространства. В таблицах приведены размеры элементов и линий для корректной настройки на нужные частоты.

Таблица 3. Размеры для трехэлементных рамочных антенн для метровых волн, мм.

Номер канала	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Д, мм	1255	1060	825	750	688	370	354	340	325	312	300	290
В, мм	1485	1260	975	890	812	438	418	400	385	370	357	345
Р, мм	1810	1530	1190	1080	990	532	510	488	470	450	435	420
А, мм	630	532	412	375	345	185	177	170	163	157	150	145
Б, мм	915	775	600	545	500	270	258	246	237	228	220	210
Н, мм	5600	4600	3600	3200	3000	1680	1600	1500	1450	1400	1350	1300
Ш, мм	1500	1260	970	880	800	430	410	390	375	360	350	335
Т, мм	1000	840	640	580	530	280	270	260	250	240	230	220

Для реализации выдвижения одной антенны вперед на четверть длины волны (соответствующий размер из таблица 3 и 1), а также удлинения кабеля внутри линии — на такую же величину, необходимо соблюдать различие в размерах: Ш и Т. Первая указывается для настройки на центральную частоту изображения, вторая — на среднюю частоту канала.

Четырехэтажная синфазная решетка

На рисунке 3 изображена конструкция четырехэтажной синфазной решетки, собранной из четырех элементов ‘Волновой канал’. Блочное расположение элементов в четыре уровня позволяет значительно сузить диаграмму в вертикальной плоскости, что особенно важно при приеме телевизионных сигналов с линии горизонта. Коэффициент усиления такой системы достигает порядка 14 дБ.

Рис. 3. Четырехэтажная синфазная решетка.

При использовании подобной антенны в дальнем приеме необходимо учитывать, что минимальные размеры элементов определены таблицей 2. Согласование системы осуществляется путём соединения между этажами через линии с сопротивлением 150 Ом. Концы линий, соединяющих первый с вторым этажем, и третий с четвертым, должны иметь длину, равную половине волны в кабеле.

Поскольку сигнал, движущийся по длинным линиям, задерживается на половину своей периоды, при этом его фаза меняется на обратную, для компенсации используются перекрещенные участки кабеля. В точках подачи питания антенн на втором и третьем этажах соединены два сопротивления по 150 Ом параллельно, что в результате дает сопротивление 75 Ом. К этим точкам подключены трансформаторы, выполненные из отрезков кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом и длиной Т (Т — некоторый выбранный параметр), изготовленные из кабеля с 100-омным сопротивлением.

Таким образом, в точках «в-в» входные сопротивления нижних и верхних этажей оказываются по 150 Ом, соединенные параллельно. В результате получается сопротивление 75 Ом. В эти точки подключают фидер через четвертьволновый симметрирующий шлейф, длина которого обозначена Ш. Размеры трансформаторов Т и шлейфа Ш подбираются в соответствии с характеристиками, указанными в ранее опубликованных таблицах.

На концах линий и трансформаторов оплетки кабеля скрепляют между собой. Центральная жила фидера соединяется с центральной жилой и оплеткой шлейфа, при этом их подключают к левому и правому точкам «в», отвечающим за симметрию. Оплетки трансформаторов остаются несоединенными с оплеткой фидера.

Возьмем, например, семиэлементную широкополосную антенну типа АТВК-7/6-12, предназначенную для приема передач по любому из каналов в диапазоне с шестого по двенадцатый. Большая ширина полосы достигается за счет взаимной расстройки элементов, однако такое решение снижает коэффициент усиления.

Некоторые радиолюбители пытаются создавать из таких антенн синфазные решетки для повышения коэффициента усиления и их использования в условиях дальнего приема. Однако эти попытки нередко оказываются безуспешными по нескольким причинам. Антенна АТВК-7/6-12 рассчитана на работу в непосредственной близости от телевизионных передатчиков, поэтому она не согласована по сопротивлению с кабелем, а только симметрируется посредством кабельной петли.

Обеспечить полное согласование таких антенн с волновым сопротивлением фидера по всему диапазону невозможно, поскольку согласование достигается резонансными элементами — трансформаторами сопротивления, выполненными из отрезков кабеля длиной в 1/4 волны. Такой трансформатор эффективно работает лишь в определенной частоте, при которой его длина равна 1/4 волны, а при другой — уже теряет трансформирующие свойства, вызывая рассогласование. К тому же, фазовые характеристики антенн этого типа могут заметно отличаться, даже если они визуально выглядят одинаковыми, что приводит к различиям в фазах сигналов на их выходах.

Это касается и случаев, когда из антенн собираются решетки, предназначенные для работы только на одном конкретном канале. В таких условиях широко полосные антенны лучше не использовать, поскольку их преимущество исчезает, а согласование усложняется.

Гораздо более целесообразно выбрать или простые одноблочные антенны с одинаковым усилением и стабильной фазой, или узкополосные антенны с высоким коэффициентом усиления, которые лучше подходят для формирования решеток. Те же принципы справедливы и для других широкополосных антенн: создавать из них синфазную решетку зачастую невыгодно и трудно из-за сложности согласования и фазировки.

Двухэтажная синфазная рамочная антенна

Отдельные хорошие результаты показывают синфазные решетки, собранные из рамочных антенн. В диапазонах метровых волн особенно популярны двухэтажные и двухрядные конструкции, сделанные из двухэлементных рамочных антенн.

На рис. 4 изображена двухэтажная синфазная рамочная антенна, а также схема симметрирующе-согласующего устройства для нее. Самые антенны этой решетки выполнены по схемам, представленным на рис. 5 и в таблице 4.

Рис. 4. Двухэтажная синфазная рамочная антенна.

Формирование симметрии осуществляется за счет четвертьволновых короткозамкнутых шлейфов, которые не искажают входное сопротивление антенн и обеспечивают правильную фазировку.

Рис. 5. Двухэлементная рамочная антенна.

Номер канала	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
В	1450	1220	930	840	770	410	390	370	360	345	330	320
Р	1630	1370	1050	950	870	460	440	420	405	390	375	360
А	900	760	580	530	480	250	240	230	220	210	210	200
Н	4500	3800	2900	2600	2400	1280	1230	1180	1130	1090	1050	1000
Ш	1500	1260	970	880	800	430	410	390	375	360	350	335
Т	1000	840	640	580	530	280	270	260	250	240	230	220

Благодаря такому соединению линии, выполненные из кабеля с сопротивлением 75 Ом, прекрасно согласуются с антеннами. Длины линий выбираются произвольно, но одинаковой для всех участков. В точках соединения сопротивления по 75 Ом, соединенные параллельно, дают импеданс 37,5 Ом.

Для согласования сопротивления 37,5 Ом с сопротивлением фидера в 75 Ом используют трансформатор, выполненный из кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом, длиной в 1/4 волны.

Рассчитать характеристики трансформатора можно по формуле: сопротивление трансформатора — квадратный корень произведения сопротивлений на входе и выходе, что дает 53 Ом. Следовательно, для такого трансформатора подходит кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.

При отсутствии подходящего кабеля на 50 Ом можно использовать альтернативную схему, показанную на рис. 6, где все элементы выполнены из кабеля с сопротивлением в 75 Ом. В этой схеме задействованы два последовательных трансформатора: первый — из трех параллельных кабельных отрезков, дающий сопротивление 25 Ом, и второй — из двух отрезков кабеля, обеспечивающих 37.5 Ом. В итоге, входное сопротивление решетки равно 37,5 Ом, на выходе первого трансформатора оно уменьшается до 16,7 Ом, а после второго — увеличивается до 84,4 Ом.

Хотя полное согласование сопротивления решетки с волновым сопротивлением фидера в 75 Ом не достигается полностью, рассогласование считается допустимым. Коэффициент бегущей волны при этом равен 0,89, что соответствует передаче около 98 % мощности сигнала от антенны к фидеру. Коэффициент усиления такой двухэтажной синфазной решетки из двух двухэлементных рамочных антенн достигает примерно 12-13 дБ.

Для повышения коэффициента полезного действия (КЗД) решетки, верхняя антенна может быть выдвинута вперед на расстояние Ш по направлению к телецентру, а ее линия — удлинена относительно нижней на длину Т.

Двухэтажная решетка из рамочных антенн обладает узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости и более широкой — в горизонтальной, что очень удобно для эксплуатации. Такой узкий вертикальный лепесток, ориентированный к горизонту, способствует дальнему приему телевизионных передач, а отсутствие необходимости точной ориентации по азимуту дает дополнительное удобство. Особенно эффективна эта конструкция в зоне полутени, близкой к зоне прямой видимости.

Двухэтажная двухрядная рамочная антенна

Если после экспериментальной наладки решетки из рамочных антенн выяснится, что ее коэффициент усиления недостаточен для стабильного получения качественного сигнала, можно дополнительно собрать еще две рамочные антенны и сформировать из четырех элементов двухрядную высотную решетку, расположенную в два этажа и два ряда. На рис. 7 изображена схема такой конструкции.

Рис. 7. Двухэтажная двухрядная рамочная антенна.

Все размеры элементов берутся из таблицы 4. Увеличение числа рядов приводит к сужению диаграммы направленности по горизонтальной оси и повышению коэффициента усиления до 16-17 дБ. Такая решетка будет особенно хорошей для приема на дальних дистанциях в зоне полутени.

Все части устройства симметрирующих и согласующих элементов выполняются из кабеля с сопротивлением 75 Ом. В конструкции входное сопротивление двух верхних антенн в точках соединения составляет 37,5 Ом, а верхний трансформатор повышает его до 150 Ом. Аналогично, нижние антенны имеют такое же входное сопротивление, а на точках соединения их сопротивления по 150 Ом параллельно соединены, образуя 75 Ом, что позволяет подключить фидер с хорошим уровнем согласования.

Обеспечение синфазности достигается за счет идентичных антенн и равной длины всех четырех линий, соединяющих их. Важно правильно подключать линии: центральные жилы — к левым концам рамочных элементов, оплетки — к правым, чтобы не произошло расфазирование сигналов.

Дополнительное выдвижение верхних антенн на расстояние Ш вперед и удлинение линий относительно нижних на длину Т позволяют повысить уровень усиления и обеспечить более устойчивую работу решетки.

При всей универсальности и высокой эффективности, конструкция требует использования изоляционных материалов для перекладин — например, текстолита, винипласта или деревянных реек, обработанных антигнилостным составом и окрашенных. Мачта из металлических элементов допускается при условии хорошей заземленности и изоляции всех частей.

Для предотвращения прогиба перекладин мачты её можно сделать так, чтобы верхняя часть выступала за границы антенны на высоту, равную половине её длины (Н/2). Все стрелы антенн рекомендуется закреплять к вершине мачты с помощью капронового шнура, избегая использования металлической проволоки. Такой подход позволяет добиться дополнительной жесткости и стабильности конструкции.

На вершине мачты допустимо установить громоотвод — заостренный металлический штырь, приваренный к металлической поверхности мачты, либо соединить его толстым проводом с деревянной мачтой и заземлить в основании. Металлическая мачта также подлежит надежной заземляющей защите для обеспечения электробезопасности и защиты от грозовых разрядов.

Очень популярными являются синфазные решетки, собранные из трехэлементных рамочных антенн. Например, двухэтажная синфазная решетка, состоящая из двух таких рам, обладает приблизительным коэффициентом усиления около 19 дБ. А более сложная двухэтажная конструкция с двумя рядами из четырех таких антенн достигает примерно 23 дБ, что обеспечивает увеличение напряжения и уровня сигнала на выходе решетки примерно в 14 раз по сравнению с полуволновым вибратором.

Таблица 5. Габариты дециметровых рамочных антенн.

Каналы	Д	В	Р	А	Б	Н	Ш	Т
21-26	134	158	193	67	98	580	152	300
27-32	122	144	176	61	89	530	139	274
33-40	110	131	160	55	80	475	126	248
41-49	99	117	143	50	72	430	112	220
50-58	89	105	129	45	65	390	102	200
59-68	81	96	113	41	59	350	92	181
69-80	73	86	106	37	53	315	83	164

Габариты трехэлементных рамочных антенн для дециметрового диапазона можно взять из таблицы 5, а для метрового — из таблицы 3. Настройка осуществляется по схеме, приведенной на рис. 4 или 6 для двухэтажных решеток из двух антенн, или по рис. 7 — для двухэтажных решеток из четырех антенн. Именно по этим схемам выполняется и сама конструкция антенных решеток.

Несмотря на то, что конструкции двухэтажных двухрядных решеток из трехэлементных рамочных антенн оказываются довольно громоздкими при работе в метровых диапазонах (особенно для 1-го и 2-го каналов), они всё же рекомендуются для уверенного приема передач на дальних границах зоны полутени или в случаях, когда использование более простых антенн не обеспечивает нужного уровня сигнала.

Трехэлементная рамочная антенна

При сборке трехэлементных рамочных антенн для диапазона дециметровых волн расстояние между концами вибраторной рамки, согласно изображению на рис. 8, следует выбрать равным примерно 15 мм. Это минимальное значение обусловлено тем, что оно должно быть значительно меньше стороны квадрата рамки. Для антенн, предназначенных для метрового диапазона, допустимо увеличение этого расстояния до 40 мм.

Рис. 8. Трехэлементная рамочная антенна.

В таблице 3 указано максимально допустимое расстояние между тремя рамочными антеннами в вертикальной и горизонтальной плоскостях (Н), которое примерно равно длине волны, чтобы обеспечить максимальный коэффициент усиления. Если такие большие расстояния делают конструкцию слишком громоздкой, их можно сократить в полтора раза, что при этом снизит коэффициент усиления решетки примерно на 1 дБ.

Также можно уменьшить расстояние между этажами решетки в 1,5 раза, что снизит коэффициент усиления ещё на 1 дБ, если это необходимо. В целом, не обязательно, чтобы дистанции между этажами и рядами были одинаковыми — их параметры могут отличаться.

Двухэтажная двухрядная решетка имеет достаточно громоздкую конструкцию, особенно при приеме сигнала на 1-5 каналах. В условиях дальнего телевещания, когда передающая станция размещена за горизонтом, важно обеспечить, чтобы главный лепесток диаграммы направленности антенны был прижат к земле для более эффективного приема.

Трехэтажная рамочная антенна

Однако из-за узкой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и низкой интенсивности поля ориентировать такую антенну по азимуту становится сложнее. Поэтому более предпочтительным считается использование трехэтажной однорядной синфазной решетки из двух или трех рамочных антенн, схема которой изображена на рис. 9.

Рис. 9. Трехэтажная рамочная антенна.

Все размеры таких антенн идентичны тем, что применяются для уже рассмотренных рамочных конструкций и их синфазных решеток. Отличительной особенностью является необходимость использования двух соединительных трансформаторов для согласования с фидером. Первый трансформатор выполнен из параллельного соединения 75-омного и 50-омного кабелей, второй — из отдельного отрезка 50-омного кабеля.