GR1010348B

GR1010348B - Small-sized and high performance tv antenna

Info

Publication number: GR1010348B
Application number: GR20220100412A
Authority: GR
Inventors: Νικολαος Ορφανιδης
Original assignee: Ηλεκτρονικα Ν. Ορφανιδης Και Σια Οε Με Δ.Τ. Mistral,
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2022-12-02

Abstract

The invention relates to a small-dimensioned high -performance television antenna. The antenna consists of three boards of different sizes, where the largest of all (2) is behind the other two and acts as a reflector, the middle board (3) is located between the largest (2) and the smallest board (5). The output of the antenna to the user is made from the end of the middle board (3) via a capacitor (8), which contributes to a 75? impedance. Two waveguides (6), (7) are placed to the right and left of the middle board (3), closing the horizontal receiving lobe in favor of the performance.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION

ΚΕΡΑΙΑ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗΣ ΜΙΚΡΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ SMALL DIMENSIONS TELEVISION ANTENNAS

ΚΑΙ ΥΨΗΛΗΣ ΑΠΟΛΑΒΗΣ AND HIGH ENJOYMENT

Η συγκεκριμένη συσκευή αφορά μία εξελιγμένη κεραία τηλεοράσεως UHF καναλιών 21 - 48, διαφορετική από τις συνήθεις, με σκοπό την υψηλή σχετικά απολαβή σε όσο το δυνατόν μικρές διαστάσεις. Η συγκεκριμένη κεραία δύναται να διατίθεται με ενισχυτή και χωρίς ενισχυτή. This particular device concerns an advanced UHF television antenna of channels 21 - 48, different from the usual ones, with the aim of relatively high gain in as small a size as possible. This antenna can be available with and without an amplifier.

Μέχρι σήμερα οι συνήθεις κεραίες τηλεοράσεως χαρακτηρίζονται από την μορφή που έχουμε συνηθίσει, δηλαδή ένα κύριο οριζόντιο στέλεχος επάνω στο οποίο υπάρχει το δίπολο της κεραίας σε μία θέση λίγο πριν του πίσω μέρος της κεραίας. Πιο πίσω από το δίπολο στο άκρο της κεραίας συναντούμε και τον ανακλαστήρα. To date, conventional television antennas have been characterized by the form we are used to, that is, a main horizontal member on which the antenna dipole is located in a position just before the rear of the antenna. Further behind the dipole at the end of the antenna we also find the reflector.

Μπροστά από το δίπολο και έως την αρχή της κεραίας υπάρχουν μία σειρά στοιχείων συγκεκριμένων διαστάσεων και αποστάσεων μεταξύ τους, που όλα αυτά δίνουν μία ικανοποιητική απολαβή. Όσο περισσότερα στοιχεία έχει η κεραία τόσο αυξάνει και η απολαβή της. Συνήθως οι διαστάσεις αυτών των κεραιών κυμαίνονται από 30 εκ έως και 220 εκ αναλόγως τις ανάγκες του πελάτη. In front of the dipole and up to the beginning of the antenna there are a series of elements of specific dimensions and distances between them, all of which give a satisfactory gain. The more elements the antenna has, the higher its gain. Usually the dimensions of these antennas range from 30 cm to 220 cm depending on the customer's needs.

Το πρόβλημα όμως αυτών των κεραιών είναι ιδίως η αντιαισθητική παρουσία των μεγάλων κεραιών κυρίως στα νεότερα σπίτια, καθώς και σε παραδοσιακούς οικισμούς όπου δεν επιτρέπονται οι εξωτερικές κεραίες τηλεοράσεως. Επιπρόσθετα οι διατάσεις τους δεν μπορούν να τροποποιηθούν (βασικά να περιοριστούν), λόγω των φυσικών νόμων που τις διέπει και εξαιτίας της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας, αυτό είναι αδύνατον να γίνει χωρίς τη μείωση της απολαβής. But the problem with these antennas is especially the unsightly presence of large antennas mainly in newer houses, as well as in traditional settlements where external TV antennas are not allowed. Additionally their voltages cannot be modified (basically limited), due to the physical laws that govern them and due to electromagnetic theory, this is impossible to do without reducing the gain.

Με σκοπό την επίλυση των ανωτέρω προβλημάτων που είναι ήδη γνωστά στη στάθμη της τεχνικής, σχεδιάστηκε μία κεραία τηλεόρασης μικρών διαστάσεων και υψηλής απολαβής. Αυτή η κεραία δεν αντίκειται με την ηλεκτρομαγνητική θεωρία, διατηρεί υποχρεωτικά τις κρίσιμες διαστάσεις οι οποίες αφορούν το πλάτος της κεραίας και έχουν άμεση σχέση με την συχνότητα λειτουργίας UHF. In order to solve the above problems which are already known in the state of the art, a television antenna of small dimensions and high gain was designed. This antenna does not contradict the electromagnetic theory, it necessarily maintains the critical dimensions which concern the width of the antenna and are directly related to the UHF operating frequency.

Υπάρχουν όμως και κάποιες παράμετροι οι οποίες με την κατάλληλη σχηματική μορφή πετυχαίνουν καλύτερη απολαβή, έτσι ο κατασκευαστής επωφελείται διότι μειώνει το κόστος παραγωγής από απόψεως πρώτων υλών, καθώς δεν περιέχει καθόλου αλουμίνιο για την κατασκευή του κύριου οριζοντίου στελέχους, όπως και σωληνάκια αλουμινίου για την κατασκευή δίπολου, αναλκαστήρα και στοιχείων, έτσι έχει λιγότερα εργατικά, λιγότερο κόστος συσκευασίας και διανομής, λόγω των μικρότερων κατά πολύ διαστάσεων. However, there are also some parameters which with the appropriate schematic form achieve a better profit, so the manufacturer benefits because it reduces the production cost in terms of raw materials, as it does not contain any aluminum for the construction of the main horizontal member, as well as aluminum tubes for the construction dipole, hoist and elements, so it has less labor, less packaging and distribution costs, due to the much smaller dimensions.

Ο χρήστης επωφελείται με την μικρή αυτή κεραία, διότι έχει μία μικρή κεραία με την ίδια απολαβή, όσο μιας τριπλάσιας σε μέγεθος κεραίας, τύπου Yagi. The user benefits with this small antenna because he has a small antenna with the same gain as a Yagi type antenna three times the size.

Για να καταστούν εφικτά τα προαναφερθέντα, θα πρέπει να καταργηθούν το δίπολο, ο ανακλαστήρας και τα στοιχεία στην μορφή που τα γνωρίζουμε έως τώρα, δηλαδή οτιδήποτε έχει σχέση με σωληνάκια αλουμινίου θα πρέπει να αντικατασταθεί με επίπεδες πλακέτες συγκεκριμένων διαστάσεων ύψους και πλάτους. Αυτές οι πλακέτες συγκεντρώνουν περισσότερη ενέργεια λόγω του εμβαδού που έχουν σε σύγκριση με στοιχεία από σωληνάκια. Σκοπός του σχεδιασμού της κεραίας είναι η αξιοποίηση του επιδερμικού φαινομένου. Σύμφωνα με το επιδερμικό φαινόμενο, το εναλλασσόμενο ρεύμα έχει την τάση να κατανέμεται μέσα σε έναν αγωγό με τέτοιο τρόπο, ώστε η πυκνότητα ρεύματος να είναι μεγαλύτερη κοντά στην επιφάνεια του αγωγού και να μειώνεται εκθετικά σε μεγαλύτερα βάθη στον αγωγό. Για να μπορέσει κανείς να αξιοποιήσει το συγκεκριμένο φαινόμενο, πρέπει να αυξήσει την επιφάνεια του αγωγού, χωρίς να μεγαλώσει το βάθος του αγωγού. To make the above possible, the dipole, the reflector and the components as we know them so far should be removed, that is, everything related to aluminum tubes should be replaced with flat boards of specific height and width dimensions. These boards collect more energy due to their surface area compared to tube elements. The purpose of antenna design is to exploit the skin effect. According to the skin effect, alternating current tends to distribute within a conductor in such a way that the current density is greatest near the surface of the conductor and decreases exponentially at greater depths in the conductor. To be able to take advantage of this phenomenon, one must increase the surface area of the duct, without increasing the depth of the duct.

Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται ενδεικτική εφαρμογή της επινόησης, ώστε αυτή να καταστεί κατανοητή στον σχετικό με τη στάθμη της τεχνικής. In Figure 1 an exemplary implementation of the invention is presented, so that it becomes understandable to the person related to the state of the art.

Η συγκεκριμένη κεραία διαθέτει τρεις παράλληλες και επίπεδες πλακέτες διαφορετικών διαστάσεων, ελλειψοειδούς σχήματος, στηριζόμενες πάνω σε επίτοιχη ή επιδαπέδια βάση (1). Οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων είναι κατασκευασμένες από εποξικό υλικό, κατηγορίας FR4, με επίστρωση χαλκού. Η επιλογή των συγκεκριμένων υλικών προσφέρει μειωμένο βάρος, ευκολία στη διαχείριση τους καθώς και τα απαραίτητα χαρακτηριστικά για να λειτουργεί σωστά η κεραία. This particular antenna has three parallel and flat plates of different dimensions, ellipsoidal in shape, supported on a wall or floor base (1). The printed circuit boards are made of epoxy material, category FR4, with a copper coating. The choice of specific materials offers reduced weight, ease of management as well as the necessary characteristics for the antenna to function properly.

Η μεγαλύτερη πλακέτα (2) λειτουργεί ως ανακλαστήρας και ευρίσκεται στο πίσω μέρος της κεραίας, η δεύτερη πλακέτα (3) με την μεσαία διάσταση, βρίσκεται σε συγκεκριμένη απόσταση μπροστά από τον ανακλαστήρα (1), ουσιαστικά και οι δύο μαζί αποτελούν τους οπλισμούς ενός πυκνωτή με διηλεκτρικό τον αέρα. Η δεύτερη πλακέτα (3) είναι το ενεργό στοιχείο λήψης της κεραίας. The largest board (2) acts as a reflector and is located at the back of the antenna, the second board (3) with the middle dimension, is located at a certain distance in front of the reflector (1), essentially both together form the armatures of a capacitor with air dielectric. The second board (3) is the active receiving element of the antenna.

Η συγκεκριμένη διάσταση μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή καθορίζει το εύρος λειτουργίας της κεραίας, δηλαδή για συχνότητες UHF 470 - 700 MHz, η απόσταση αυτή πρέπει να είναι 25 χιλιοστά. The specific distance between the armatures of the capacitor determines the operating range of the antenna, i.e. for UHF frequencies 470 - 700 MHz, this distance must be 25 millimeters.

Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα που εισέρχεται στον οπλισμό του πυκνωτή αναπτύσσει οριζοντίως ρεύματα που διατρέχουν την πλακέτα δεξιά - αριστερά και αναπτύσσουν υψηλή τάση στα άκρα της πλακέτας και μέγιστο ρεύμα στο κέντρο της πλακέτας, όπως προβλέπει και η ηλεκτρομαγνητική θεωρία. The electromagnetic wave entering the armature of the capacitor develops horizontal currents that run across the board from right to left and develop a high voltage at the ends of the board and a maximum current in the center of the board, as predicted by electromagnetic theory.

Το ερώτημα είναι από ποιο σημείο θα δοθεί η έξοδος της κεραίας προς τον χρήστη. Συνήθως η λήψη γίνεται από την άκρη της μεσαίας πλακέτας (3), και επειδή το σημείο αυτό έχει υψηλή σύνθετη αντίσταση περίπου 5000 Ω, η προσαρμογή στα 75 Ω, γίνεται μέσω ενός πυκνωτή (8) πολύ μικρής χωρητικότητας, ο οποίος βρίσκεται πίσω από τον αριστερό κυματοδηγό. The question is from where the antenna output will be given to the user. Usually the reception is from the edge of the middle board (3), and since this point has a high impedance of about 5000 Ω, the adjustment to 75 Ω is made through a capacitor (8) of very small capacity, which is behind the left waveguide.

Το βύσμα της κεραίας (4), τύπου F, ευρίσκεται ακριβώς από το πίσω μέρος, η γείωση του οποίου εφάπτεται στην μεγάλη επιφάνεια, δηλαδή στον ανακλαστήρα (2). The antenna plug (4), type F, is located right at the back, the ground of which is in contact with the large surface, i.e. the reflector (2).

Η τρίτη και μικρότερη πλακέτα (5) από τις τρεις, τοποθετείται ως οδηγός σήματος εμπρός από τον πυκνωτή σε μία κρίσιμη απόσταση 70 χιλιοστών. Λόγω των διαστάσεών λειτουργεί ως οδηγό στοιχείο λήψης προς τον πυκνωτή. The third and smallest board (5) of the three is placed as a signal guide in front of the capacitor at a critical distance of 70mm. Due to the dimensions it acts as a lead receiving element to the capacitor.

Αυτό δεν αρκεί μόνο για να δώσει ένα σημαντικό προβάδισμα από μία κεραία ίδιων διαστάσεων τύπου Yagi, εάν δεν προστεθούν δύο κυματοδηγοί (6), (7) συγκεκριμένων διαστάσεων, ένας δεξιά (6) και ένας αριστερά (7) στη μεσαία πλακέτα (3). This alone is not enough to give a significant lead over a Yagi antenna of the same dimensions, unless two waveguides (6), (7) of specific dimensions, one right (6) and one left (7) are added to the middle board (3). .

Με του δύο αυτούς κυματοδηγούς (6), (7) κλείνει επιπλέον ο οριζόντιος λοβός λήψης προς όφελος της απολαβής. With these two waveguides (6), (7) the horizontal receiving lobe is additionally closed for the benefit of the gain.

Αυτές οι πέντε πλακέτες (2), (3), (5), (6), (7), μαζί με τον πυκνωτή (8) που βρίσκεται πίσω από τον αριστερό κυματοδηγό (7), περιέχονται σε ένα πλαστικό ελλειψοειδές πλήρως στεγανό κουτί. These five boards (2), (3), (5), (6), (7), together with the capacitor (8) located behind the left waveguide (7), are contained in a plastic ellipsoidal fully sealed box .

Η κεραία θα παραχθεί και με ενισχυτή, ο οποίος ευρίσκεται σε κατάλληλη υποδοχή στο πίσω μέρος της κεραίας. The antenna will also be produced with an amplifier, which is located in a suitable slot on the back of the antenna.

Αυτή η μικρών διαστάσεων κεραία διεκδικεί μια θέση στο χώρο της κεραίας, για καταναλωτές που θέλουν την υψηλότερη δυνατή απόδοση, με μία όσο το δυνατόν αδιάκριτη κεραία. This compact antenna claims a place in the antenna space, for consumers who want the highest possible performance, with an antenna as inconspicuous as possible.

Claims

1. Small-dimensions high-gain television antenna, consisting of a base (1) on which three parallel printed circuit boards, of different sizes, made of copper-coated epoxy material, the largest of which (2) is located at the rear, middle of them board (3) in front of the bigger board (2) and the smaller board (5) in front of the other two, with antenna plug (4), type F, behind the big board (2), two waveguides (6) , (7) to the right and left of the middle board (3) respectively, with a capacitor (8) behind the left waveguide (7), characterized by the fact that the middle board (3) is placed exactly 25 mm in front of the larger board ( 2) and the smaller board (5) is placed exactly 70 mm in front of the middle board (3).

2. Small size and high gain television antenna, according to claim 1, characterized by having an amplifier at its back.

3. Small-dimension, high-gain television antenna according to claims 1 and 2, characterized in that the boards (2), (3), (5), the waveguides (6), (7) and the capacitor (8) ) are placed inside a sealed box.