3380

1. Транзисторный мультивибратор. Так как нам нужна ультразвуковая частота, то не все схемы соответствуют этим требованиям, а схемы вырабатывающие частоту от 17 кГц, имеют высокое выходное сопротивление, что нам не подходит, так как сопротивление первичной обмотки трансформатора 1,2 Ом. Данная схема показана на рис. 1.

Рис.1. Мультивибратор на транзисторах

2. Мультивибратор на микросхеме. Этот вариант интереснее, так как микросхема не требует настройки, имеет документацию, где указаны все номиналы используемых деталей для определенной частоты. Выбрана схема на микросхеме - NE555. Схема имеет минимум обвязки и широкий диапазон частот (от 0,25 Гц, до 20 кГц). Данная схема показана на рис. 2.

Рис.2. Мультивибратор на микросхеме

Следующим шагом является изготовление самой схемы повышения напряжения. Генераторов высокого напряжения на этой микросхеме очень много, но они

161

являются ненадежными из-за отсутствия защиты самой микросхемы и в скором времени сгорают или из-за бросков обратного напряжения, или из-за высокого напряжения питания.

Основой этой схемы является генератор прямоугольных импульсов собранный на микросхема NE555. Частота генератора выставляется цепочкой R1, R2, C1. При этих номиналах (R1680 Ом, R2-2 кОм, С2-0.01 мкФ) частота приблизительно равна 30 килогерц. На выход генератора через токоограничивающий резистор R3 подключается составной транзистор Т1-Т2. Первичная обмотка строчного трансформатора подключается к коллектору транзистора Т1-Т2. Диод VD1 защищает схему от бросков обратного напряжения. Супрессорный диод VD2 защищает микросхему DD1. Так как максимальное напряжение питания микросхемы 15 вольт, супрессорный диод необходимо подобрать на напряжение открывания не более данного значения. При работе схемы на вторичной обмотке трансформатора напряжение достигает 15-20 киловольт. Это напряжение поступает на излучатель озона. Он выполнен в виде алюминиевой трубы и иглы, которая направлена в центр трубы. Благодаря этой конструкции можно отказаться от вентилятора, так как из трубы дует холодный ветер. Этому есть объяснение: фотоны вылетают со скоростью света и как о стену ударяются об окружающий воздух, в следствии последнего воздух начитает перемещаться. Также в озонатор был установлен компрессор от аквариума (переделанный на питание от 9 В) для озонирования воды. Схема прибора показана на рис. 3.

Рис.3. Схема прибора

162

В качестве материала корпуса была выбрана фанера, так как ее легко обрабатывать и придавать нужную форму. Готовый прибор показан на рис. 4.

Рис.4. Готовое изделие

Домашний озонатор безопасен как для людей, так и для окружающей среды. Он не влияет на рН воды даже после ее очистки. Кроме того, он предотвращает загрязнение. А также его можно использовать для лечения небольших ранок и порезов.

Эти свойства озонатора и легли в основу проекта предназначенного в том числе и для сохранения с\х продукции. Проживая в сельской местности и выращивая на личном подсобном хозяйстве площадью 3000 м2 овощи и фрукты, не всегда возможно их хранить долгое время. При обычном хранении теряется до 2/3 урожая, а вот урожай 2016 года удалось сохранить полностью благодаря использованию озонатора и обеззараживая подвальное помещение раз в неделю.

Но есть один важный вопрос: не является ли озон вредным для клеток организма? Концентрации озона, создаваемые бытовыми озонаторами, подавляют вирусы и микроорганизмы, но не повреждают клеток организма, т.к. озон не повреждает кожу. Здоровые клетки организма имеют естественную защиту от повреждающего действия окисления (антиоксидантную). Иначе говоря, действие озона избирательно по отношению к живым

163

организмам. Поэтому удалось спокойно испытать прибор, соблюдая все правила техники безопасности, и отметить хорошую работоспособность и отличное самочувствие даже в конце рабочего дня.

Литература

1.Притула А.Н. Проектирование адаптивной системы озонирования воздуха для двигателей внутреннего сгорания. [Текст] / Притула А.Н., Береснев А.Л., Полуянович Н.К., Соловьев М.А. // 2013. — №1. — С. 14-17.

2.В.Коровин. Малогабаритный аэроионизатор. [Текст] / В.Коровин // Радио №3, 2014г. – с.4-7.

3.С.Бирюков. «Люстра Чижевского» - своими руками. [Текст] / С.Бирюков // Радио №2, 2011г. – с.5-8.

4.Сидоров И.Н. Устройства электропитания бытовой РЭА. [Текст] / Сидоров И.Н // «Радио и связь», 2013г. – с.8-10.

5.Кудрявцев А.П. Здоровые города – здоровые дети. [Текст]/ Кудрявцев А.П // Экология и жизнь. – 2007. – № 6.- с.6- 9.

Воронежский государственный технический университет

164

УДК 621.396.677

Р.А. Перетокин, А.С. Самодуров

ХАРАКТЕРИСТИКИ И КОНСТРУКЦИЯ ЗИГЗАГООБРАЗНОЙ АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА

ЦИФРОВОГО ТВ

В данной статье представлено описание и расчет характеристик зигзагообразной антенны. Зигзагообразная антенна представляет собой конструкцию, обеспечивающую успешный приём электромагнитных волн в ультракоротковолновом диапазоне. Антенны такого типа отлично подходят для приема цифрового телевидения

Основные технические характеристики антенны

Антенна характеризуется рядом общетехнических и экономических показателей [1]. К ним относятся: степень сложности устройства, размеры, механическая прочность и надежность в работе, удобство в эксплуатации, стоимость антенны. Наряду с этими показателями имеются и специальные радиотехнические показатели, характеризующие антенну с точки зрения выполняемых ею специфических функций.

Вот некоторые из них:

Коэффициент полезного действия собственно антенны равен отношению полезной мощности, за которую принимают мощность излучения, к полной мощности, расходуемой антенной (последняя больше мощности излучения на величину потерь энергии в антенне).

Диаграмма направленности антенны - это графическое изображение распределения уровней мощности, излучаемой антенной на одинаковом расстоянии от нее в различных направлениях какой-либо плоскости, проходящей через центр или ось антенны.

Ширина диаграммы направленности антенны определяется как угол между двумя направлениями, в которых уровень мощности излучения равен половине уровня в максимуме.

Коэффициента защитного действия антенны. Под ним понимают отношение уровня излучения в обратном направлении к уровню излучения в главном направлении.

165

Коэффициента направленного действия антенны (КНД) показывает, во сколько раз пришлось бы увеличить мощность передатчика при переходе от направленной антенны к ненаправленной (изотропному излучателю) при условии сохранения прежней напряженности поля корреспондента.

Коэффициент усиления антенны (К) характеризует антенну в целом, как с точки зрения потерь энергии при ее преобразовании, так и с точки зрения распределения энергии в пространстве. Он численно равен произведению коэффициента полезного действия антенны и ее коэффициента направленного действия и поэтому всегда меньше последнего.

Принцип действия и конструкция зигзагообразной антенны

Зигзагообразная антенна (рис. 1) обладает простотой конструкции, хорошей повторяемостью и относительной широкополосностью [2].

Рис. 1. Схематическое изображение зигзагообразной антенны

В пределах диапазона частот, на который рассчитана антенна, она обладает постоянными параметрами и практически не тре-

166

бует настройки. Она представляет собой синфазную антенную решетку из двух ромбовидных элементов, расположенных друг над другом и имеющих одну общую пару точек питания (рис. 2).

Рис. 2. Схематическое изображение зигзагообразной антенны и токов, возбуждающихся в ней

Зигзагообразную антенну можно применять в качестве широкополосной антенны для приема программ телевидения. Зигзагообразная антенна с рефлектором (рис. 3) имеет одностороннюю диаграмму направленности в виде вытянутых эллипсов как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, причем задний лепесток практически отсутствует.

Полотно зигзагообразной антенны состоит из восьми замкнутых одинаковых проводников, которые образуют две ромбовидные ячейки для формирования диаграммы направленности антенны, в частности необходимо, чтобы излучатели были сфазированы и разнесены относительно друг друга.

Зигзагообразная антенна, в отличие от обычных синфазных вибраторных решеток, у которых число пар клемм питания равно числу вибраторов, входящих в решетку (из-за этого возникают трудности в их согласование с питающим фидером), имеет одну пару клемм питания, к которым непосредственно подклю-

167

чается фидер. При этом благодаря конструкции антенны ее проводники возбуждаются так, что образуется своеобразная синфазная решетка.

Рис. 3. Схематическое изображение зигзагообразной антенны с экраном-рефлектором

Выполнение полотна зигзагообразной антенны удобно тем, что ее конструкция сравнительно проста и отклонения в ту или иную сторону от номинальных размеров, неизбежные при изготовлении антенны, практически не сказываются на ее параметрах. Для увеличения направленности антенны, состоящей из зигзагообразного полотна, применяют плоский экранрефлектор. В его задачу входит отражение части высокочастотной энергии, падающей на экран, в сторону полотна антенны.

При требуемом сложение полей, экран примерно удваивает первоначальный коэффициент усиления антенны. На практике рефлектор выполняют в виде ряда проводников (реже в виде сплошного металлического листа), расположенных в одной плоскости параллельно вектору поля Е.

168

Длина проводников определяется максимальной длиной волны рабочего диапазона и размерами активного полотна антенны. Последнее не должно выступать за пределы экрана. В плоскости Е размер рефлектора обязательно должен быть несколько больше половины максимальной длины волны.

Имеется возможность улучшить согласование зигзагообразной антенны при помощи трансформатора сопротивлений, включенного между антенной и фидером [3]. Трансформатор можно выполнить в виде отрезка коаксиального кабеля, так что значения параметров трансформатора не критичны, но это облегчает его изготовление. Применение трансформатора позволяет приблизить полотно антенны к экрану и тем самым улучшить направленные свойства антенны.

Моделирование зигзагообразной антенны в программе MMANA

Моделируемая антенна будет предназначаться для приёма цифрового эфирного телевидения в городе Воронеж, которое имеет два мультиплекса: 650 и 722 МГц. Для того, что бы полоса пропускания антенны захватывала обе частоты, и антенна могла хорошо принимать оба мультиплекса, была выбрана резонансная (центральная) частота 685 МГц. Все параметры полотна антенны и экрана-рефлектора были вычислены исходя из длины волны на этой частоте.

Для антенны с размерными характеристиками полотна и экрана рефлектора, необходимыми для данной цели, в программе MMANA-GAL были произведены вычисления на трёх частотах: центральной (резонансной) 685 МГц, первого мультиплекса 650 МГц и второго – 722 МГц. Результаты вычислений приведены на рисунке 4. Как видно из расчётов, антенна на резонансной частоте имеет хороший коэффициент стоячей волны - 1.43 и коэффициент усиления 9.2 дБ, которые не сильно ухудшаются на частотах приёма, что позволяет хорошо и стабильно принимать цифровое эфирное телевидение.

169

Рис. 4. Результаты вычислений на двух принимаемых и резонансной частотах

Также были рассчитаны и построены графики зависимости от частоты для: диаграмм направленности (рисунок 5), коэффициента стоячей волны (рисунок 6), усиления моделируемой антенны и соотношения излучения вперед/назад (рисунок 7). Исходя из проведенных расчетов можно сказать что у диаграммы направленности в зависимости от частоты лишь незначительно изменяется уровень заднего лепестка, исходя из расчета КСВ резонансная частота выбрана не совсем верно, на низких частотах КСВ достигает 3, но еще большее изменение будет в следствие неточностей изготовления, минимально достижимым уровнем на требуемых частотах можно ожидать КСВ порядка 2. Коэффициент усиления антенны в заданном диапазоне частот изменяется незначительно.

170