Изготовление комнатной многоканальной телевизионной антенны

XIX- Муниципальная научно-исследовательская конференция «Шаг в науку - 2020»

Российская Федерация

Забайкальский край, город Борзя

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 41

Проект

Тема: «Изготовление комнатной многоканальной телевизионной антенны».

Направление: «Физика и познание мира»

Автор: Володькин Андрей Игоревич

Муниципального общеобразовательного учреждения

Средней общеобразовательной школы №41, 11 класса

Научный руководитель: Хабарова Светлана Евгеньевна

учитель математики и физики высшей категории

Муниципального общеобразовательного учреждения

Средней общеобразовательной школы  №41

2020г.

Содержание

1. Краткая аннотация        3
2. Аннотация        4
3. План исследования        5

1. Пояснительная записка        5
2. Описание метода        5
3. Результаты исследований        6

4. Научная статья        7

1. Введение        7
2. Основная часть        7

1. Расположение электромагнитных волн для радиосвязи        8
2. Разновидности электромагнитных волн        9
3. Распространение радиоволн        9
4. Общие свойства радиоволн        10
5. Диапазоны радиоволн        10
6. Ионосфера и ее свойства        10

5.Заключение        11

6.Информационные ресурсы        12

 7. Приложение

Иллюстрации к теоретической и практической части проекта

 Презентация в программе MSPowerPoint

Проект «Изготовлениекомнатной многоканальной телевизионной антенны».

Автор: Володькин Андрей Игоревич

Российская Федерация

Забайкальский край, город Борзя

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 41_________________

1.Краткая аннотация

    В нашу жизнь активно входит цифровое телевидение. На сегодняшний день уже во многих домах установлены антенны для приема такого сигнала. Очень широкий выбор всевозможных конструкций телевизионных антенн представлен на рынках как отечественными, так и зарубежными производителями. Но что делать тем, кто живет в пригороде, деревнях? Они не могут позволить купить себе хорошую антенну. Выход довольно прост – это самодельная антенна для цифрового телевидения, которая может стать недорогой и надежной альтернативой заводскому изделию. И это очень актуально на сегодняшний день. Меня давно мучил вопрос: «Возможно ли изготовить телевизионную антенну своими руками, способную принимать цифровые каналы» Учитель физики Светлана Евгеньевна поддержала мой интерес. Мы составили план работы, который позволил расширить мой кругозор и прикоснуться к исследовательской деятельности. В ходе исследовательской работы я, презентовал свой проект и провел анкетирование на базе своей школы.

И поэтому, я решил попробовать сделать телевизионную антенну сам из подручных материалов, которые у каждого есть дома. Или же у вас сломалась антенна, но идти покупать новую не хочется, в этом случае можно сделать самодельную антенну.

Проект: «Изготовление комнатной многоканальной телевизионной антенны».

Автор: Володькин Андрей Игоревич

Российская Федерация

Забайкальский край, город Борзя

Муниципальное общеобразовательное учреждение

                  Средняя общеобразовательная школа № 41_________________

2.Аннотация

 Цель работы: изготовление телевизионной антенны, изучив механизм распространения радиоволн.

Исходя из цели, мы сформулировали следующие задачи:

1. Изучить научные труды по данной теме.
2. Изготовить и проверить изделие на практике
3. Сформулировать выводы о теме работы

Объект исследования: телевизионная антенна

Предмет исследования: качественный прием телевизионных каналов

Новизна: изготовили самодельную телевизионную антенну для качественного приема телепередач.

Предметно-содержательная область: физика, информатика

Практическая значимость: пользуется спросом у знакомых.

Методы и приемы:

• Аналитический:Анализ дополнительной литературы и интернет –сайтов по данному разделу физики.
• Эмпирический: Систематизация полученных знаний о распространении радиоволн.
• Метод экспертной оценки: сравнение и обобщение результатов.

Участники: я, дедушка, учитель физики,ученики 9-х, 10-го, 11-го классов.

Продолжительность проекта: 8 месяцев

Получение данных:

• Изготовили телевизионную антенну для приема телеканалов.
• Телевизионные антенны получили широкое применение среди наших родственников.

Выводы:

• Можно изготовить самодельную телевизионную антенну, обладающую хорошим приемом телеканалов.
• Провеланкетирование и презентовал свой проект.
• Продолжить исследование новых интересных самодельных антенн.

Проект: «Изготовление комнатной многоканальной телевизионной антенны».

Автор: Володькин Андрей Игоревич

Российская Федерация

Забайкальский край, город Борзя

Муниципальное общеобразовательное учреждение

                                    Средняя общеобразовательная школа № 41_________________

План исследования

3.1 Пояснительная записка

      В нашу жизнь активно входит цифровое телевидение Т2.На сегодняшний день уже во многих домах установлены антенны для приема такого сигнала. Очень широкий выбор всевозможных конструкций телевизионных антенн представлен на рынках как отечественными, так и зарубежными производителями. Но что делать тем, кто живет в пригороде, деревнях? Они не могут позволить купить себе хорошую антенну. Выход довольно прост – это самодельная антенна для Т2, которая может стать недорогой и надежной альтернативой заводскому изделию. И это очень актуально на сегодняшнийдень.

Проблема: можно ли изготовить недорогую самодельную телевизионную антенну для получения высококачественного изображения и чистого звука?

Гипотеза: если мы изготовим телевизионную антенну, то получим возможность просмотра качественных телевизионных каналов.  

            Новизна моего проекта состоит в том, что подобную телевизионную антенну в нашей школе еще никто не создавал.  

3.2 Описание метода.

Для того чтобы решить данную проблему мы:

1. Взяли необходимые материалы:

• Медную пластину длинной 58 сантиметров.
• Телевизионный кабель.
• Антенный штекер.
• Органическое стекло (доска).
• 4 ножки.
• 6 болтиков, 2 длинных, 4 коротких, 2 гайки.

 Берем медную пластину и разрезаем ее пополам по 29 сантиметров каждая часть (рис.3). Далее нужно зачистить наждачной бумагой или специальным кругом на дрель каждую пластину (рис.4). Размечаем по 6 сантиметров 3 части пластины и сгибаем в форму квадрата (рис.5). После того как получился квадрат сверлим на концах пластины отверстие диаметром 4 миллиметра (рис. 6). Дальше нам нужно выпилить из большого куска органического стекла 2 пластины разного размера (рис.7). Размеры: первая пластина- 7,5 х 31см. Вторая пластина- 4 х 28 см. Далее нам нужно зачистить наждачной бумагой разной зернистости, сначала более грубой, потом все мельче и мельче. Берем дрель, вставляем полировочную насадку, намазываем пастой ГОИ, и полируем всю поверхность. Далее нам нужно отмыть поверхность от полировочной пасты.  Теперь нам нужно просверлить 8 отверстий, 2 в маленькой пластине, 6 в большой, сверлом 4 миллиметра, как показано на (рис.8). В большой пластине нам нужно сверлом на 6,5 миллиметров просверлить до половины все предыдущие отверстия для того чтобы спрятать болтики (рис.9). Теперь зачищаем телевизионный кабель с обеих сторон, с одной стороны нужно немного больше. Разъединяем экран от алюминиевой фольги и проволоки, чтобы они не касались друг друга(рис.10) Подсоединяем антенный штекер. Изолируем алюминиевую фольгу и проволоку изолентой (рис.11). Начинаем собирать нашу конструкцию по схеме (рис.13)

    Прикрутим ножки (рис.12). Потом просверлим отверстие на 7,5 миллиметров, для того чтобы просунуть кабель (рис.14). Ставим маленькую пластину и прикручиваем к ней наши медные пластины, к ним же присоединяем наш кабель, отдельно экран и алюминиевую фольгу, и проволоку(рис.15). Подтягиваем гайки и идем проверять работает ли наша антенна. При подключении ее к телевизору мы можем смотреть 20 каналов в хорошем качестве.

2. Изучили научные труды:

• Бушуй Л.А. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн:

Методические указания по изучению теоретического курса раздела «Распространение радиоволн». Оренбург: ГОУ ОГУ. 2003.-41 с.

• Григорьев И.Н. Антенны. Настройка и согласование: Справочное пособие М.: ИН Радио Софт. 2002.- 272 с.

3. Систематизировали полученные знания распространения радиоволн.
4. Связали механизм распространения радиоволн со школьным курсом физики.
5. С помощью эксперимента применили теоретические знания на практике.

• Изготовили комнатную многоканальную телевизионную антенну для приема цифровых каналов.
• Убедились, что наша антенна обладает хорошими техническими параметрами

Проект: «Изготовление комнатной многоканальной телевизионной антенны».

Автор: Володькин Андрей Игоревич

Российская Федерация

Забайкальский край, город Борзя

Муниципальное общеобразовательное учреждение

                                    Средняя общеобразовательная школа № 41_________________

3.3 Результаты исследования

Исследование №1: Исследование местоположения антенны для приема телевизионных каналов.

Цель исследования:определить место антенны в доме, для лучшего приема телевизионных каналов.

1. Включил телевизор без антенны (рис.17)
2. Подключил антенну (рис.18)
3. Поменял местоположение антенны (рис.16)

Вывод: определил местоположение антенны.

Исследование №2: Выявление достоинств и недостатков телевизионной антенны.

Цель исследования: выявить достоинства и недостатки телевизионной антенны.

В ходе исследования были выявлены достоинства

• Удобство в применении
• Небольшие габариты
• Низкая стоимость

Недостатки

• Местоположение антенны может повлиять на качество изображения.
• Чувствительность к посторонним факторам.

Вывод: выявил достоинства и недостатки самодельной телевизионной антенны.

Исследование №3: Анкетирование(приложение 1,2)

Цель работы: выявить знания учеников об устройстве и работе телевизионной антенны.

Вывод: выявил знания учащихся об устройстве и работе телевизионной антенны.

Проект: «Изготовление комнатной многоканальной телевизионной антенны».

Автор: Володькин Андрей Игоревич

Российская Федерация

Забайкальский край, город Борзя

Муниципальное общеобразовательное учреждение

                                     Средняя общеобразовательная школа № 41_________________

4.Научная статья

                                                             4.1 Введение

Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/с). Кстати, свет- это тоже электромагнитные волны, обладающие схожими с радиоволнами свойствами (отражение, преломление, затухание и т.п.).

Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний. А рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток, или, когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока

2. Основная часть

       4.2.1 Расположение электромагнитных волн для радиосвязи

При использовании электромагнитных волн для радиосвязи как источник, так и приемник радиоволн чаще всего располагают вблизи земной поверхности. Форма и физические свойства земной поверхности, а также состояние атмосферы сильно влияют на распространение радиоволн. Особенно существенное влияние на распространение радиоволн оказывают слои ионизированного газа в верхних частях атмосферы на высоте 100—300 км над поверхностью Земли. Эти слои называют ионосферой (рис 1). Ионизация воздуха верхних слоев атмосферы вызывается электромагнитным излучением Солнца и потоком заряженных частиц, излучаемых им. Проводящая электрический ток ионосфера отражает радиоволны с длиной волны λ> 10 м как обычная металлическая пластина. Но способность ионосферы отражать и поглощать радиоволны существенно меняется в зависимости от времени суток и времен года. Именно по этой причине радиосвязь, особенно в диапазоне средних длин волн (100—1000 м), гораздо надежнее ночью и в зимнее время. Устойчивая радиосвязь между удаленными пунктами на земной поверхности вне прямой видимости оказывается возможной из-за способности радиоволн огибать выпуклую земную поверхность (явление дифракции). Это огибание выражено тем сильнее, чем больше длина волны. Поэтому радиосвязь на больших расстояниях за счет огибания волнами Земли оказывается возможной лишь при длинах волн, значительно превышающих 100 м (средние и длинные волны).Как и любые электромагнитные волны, радиоволны характеризуются длиной и частотой волны. С длиной волны частота связана соотношением:

f = c/λ,

где f – частота волны;

λ - длина волны;

c - скорость света.

                                               4.2.2 Разновидности электромагнитных волн

Длинные, или километровые, волны (от 1 км до 10 км, частота 300 кГц – 30 кГц) также подвергаются дифракции, поэтому способны распространяться на расстояния до 2 000 км. 

Средние, или гектометровые, волны (от 100 м до 1 км, частота 3000 кГц – 300 кГц) хуже огибают препятствия на поверхности Земли, сильнее поглощаются, поэтому гораздо быстрее затухают. Они распространяются на расстояния до 1 000 км.

Короткие волны ведут себя иначе. Если мы настроим автомобильный радиоприёмник в городе на короткую радиоволну и начнём двигаться, то по мере удаления от города приём радиосигнала будет всё хуже, а на расстоянии примерно 250 км он прекратится совсем. Однако спустя некоторое время радиотрансляция возобновится. Почему так происходит?

Всё дело в том, что радиоволны короткого диапазона (от 10 м до 100 м, частота 30 МГц – 3 МГц) у поверхности Земли затухают очень быстро. Однако волны, уходящие под большим углом к горизонту, отражаются от верхнего слоя атмосферы – ионосферы, и возвращаются обратно, оставляя позади себя сотни километров «мертвой зоны». Далее эти волны отражаются уже от земной поверхности и снова направляются к ионосфере. Многократно отражаясь, они способны несколько раз обогнуть земной шар. Чем короче волна, тем больше угол отражения от ионосферы. Но ночью ионосфера теряет отражательную способность, поэтому в тёмное время суток связь на коротких волнах хуже.

А ультракороткие волны (метровые, дециметровые, сантиметровые с длиной волны короче 10 м), не могут отражаться от ионосферы. Распространяясь прямолинейно, они пронизывают её и уходят выше. Это их свойство используют для определения координат воздушных объектов: самолётов, стай птиц, уровня и плотности облаков и др. Но и огибать земную поверхность ультракороткие волны тоже не могут. Из-за того, что они распространяются в пределах прямой видимости, их применяют для радиосвязи на расстоянии 150 – 300 км.

По своим свойствам ультракороткие волны близки к световым волнам. Но световые волны можно собрать в пучок и направить его в нужное место. Так устроены прожектор и фонарик. Точно так же поступают и с ультракороткими волнами. Их собирают специальными зеркалами-антеннами и узкий пучок посылают в нужном направлении, что особенно важно, например, в радиолокации или спутниковой связи.

Миллиметровые волны (от 1 см до 1 мм), самые короткие волны радиодиапазона, схожи с ультракороткими волнами. Они также распространяются прямолинейно. Но серьёзной помехой для них являются атмосферные осадки, туман, облака.Субмиллиметровые волны, (от 1 мм до 0,1 мм) по международной классификации также относятся к радиоволнам. В природных условиях они почти не существуют. В энергии спектра Солнца занимают ничтожно малую долю. Поверхности Земли не достигают, так как поглощаются парами воды и молекулами кислорода, находящимися в атмосфере. Созданные искусственными источниками, применяются в космической связи, для исследования атмосфер Земли и других планет. Высокая степень безопасности этих волн для организма человека позволяет применять их в медицине для сканирования органов.

«Субмиллиметровые волны называют «волнами будущего». Вполне возможно, что они дадут учёным возможность изучать строение молекул веществ совершенно новым способом, а в будущем, может быть, даже позволят управлять молекулярными процессами»[1]

Как видим, каждый диапазон радиоволн применяется там, где особенности его распространения используются с максимальной пользой.

4.2.3 Распространение радиоволн

«1. В однородном пространстве радиоволны распространяются прямолинейно, скорость распространения волн в воздушном пространстве равна 300.000 км\с.

2. Распространение волн в проводящей среде (земле, воде, ионизированном газе) сопровождается поглощением энергии.

3. Если волны от одного и того же источника приходят в точку приема разными путями, происходит сложение этих волн - интерференция.

4. При встрече с препятствиями волны способны огибать их - это явление называется дифракцией. Дифракция уменьшается с уменьшением длины волны»[2]

4.2.4Общие свойства радиоволн

«1) Дифракция - явление огибания препятствий. Наиболее сильно дифракция сказывается в случае, когда геометрические размеры препятствий соизмеримы с длиной волны.

2) Рефракция - явление искривления или преломления волн при распространении их в неоднородной среде.

3) Интерференция - явление взаимодействия (сложения) волн.

4) Отражение от токопроводящих поверхностей.

5) Поглощениесредой при распространении.»[3]

4.2.5Диапазоны радиоволн

Дальность распространения электромагнитной волны зависит от ее частоты и  мощности излучения. Электромагнитные волны (радиоволны) распространяются в разных средах с разной скоростью. Скорость распространения радиоволн в вакууме приблизительно равна скорости света 300 000 км/сек. В воздухе радиоволны распространяются с чуть меньшей скоростью, но не на много, поэтому принимается та же цифра 300 000 км/сек. Поскольку обыкновенная вода обладает электропроводностью, то её поверхность для радиоволн является отражателем, а часть энергии радиоволн тратится на нагрев поверхностных слоев воды. Металлы не пропускают радиоволны, отражая всю энергию электромагнитных колебаний.

Длина электромагнитной волны связана с частотой колебаний через скорость её распространения в вакууме (скорость света): f=c/ λ где: f – частота, λ – длина волны, с – скорость света, равная 300 000 км/сек.

Радиоволны подразделяются на несколько диапазонов:

«Сверхдлинные "СДВ" – частотой 3 – 30 кГц, с длиной волны 100 - 10 км;

Длинные "ДВ" – частотой 30 – 300 кГц, с длиной волны 10 - 1 км;

Средние "СВ" – частотой 300 – 3000 кГц, с длиной волны 1000 - 100 метров;

Короткие "КВ" – частотой 3 – 30 МГц, с длиной волны 100 - 10 метров;

Ультракороткие "УКВ", включающие:

метровые "МВ" – частотой 30 – 300 МГц, с длиной волны 10 - 1 метра;

дециметровые "ДМВ" – частотой 300 – 3000 МГц, с длиной волны 10 - 1 дм;

сантиметровые "СМВ" – частотой 3 – 30 ГГц, с длиной волны 10 - 1 см;

миллиметровые "ММВ" – частотой 30 – 300 ГГц, с длиной волны 10 - 1 мм; субмиллиметровые"СММВ"– частотой300 – 6000 ГГц с длиной волны 1– 0,05мм;

Диапазоны от дециметровых, до миллиметровых волн, из-за их очень высокой частоты называют сверхвысокими частотами "СВЧ"»[4]

4.2.6Ионосфера и ее свойства

Под влиянием лучей Солнца, космических лучей и других факторов воздух ионизируется, т.е. часть атомов газов, входящих в состав воздуха, распадается на свободные электроны и положительные ионы. Ионизированный воздух оказывает сильное влияние на распространение радиоволн.

«Для различных газов максимум ионизации получается на разной высоте. Ионизированный слой атмосферы - ионосфера- состоит из нескольких слоев.

На высоте 60...80 км находится слой D, существующий только днем. Следующий слой Е располагается на высоте 90... 130 км. Еще выше находится слой F, имеющий ночью высоту 250...350 км, а днем разделяющийся на два слоя: F1 - на высоте 180...220 км и F2 - на высоте 220...500 км» (рис 2) [5]

Проект: «Изготовление комнатной многоканальной телевизионной антенны».

Автор: Володькин Андрей Игоревич

Российская Федерация

Забайкальский край, город Борзя

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 41_________________

5. Заключение.

Наша гипотеза подтвердилась. Мы достигли поставленной цели: изготовили комнатную многоканальную телевизионную антенну и получили возможность качественного просмотра двадцати телевизионных каналов.

Антенна такого типа оказалась очень востребована среди наших родственников, так как она очень удобна в эксплуатации и не дорогостоящая.

Даже с появлением компьютерной техники и сети интернет популярность телевидения не снижается. Большое количество различных передач и каналов удовлетворяет запросы малышей, и взрослых членов семьи. А некоторые домашние изобретатели отказываются от покупных устройств ради новых экспериментов. Такое хобби часто выручает и к тому же экономит семейный бюджет.

Проект: «Изготовление комнатной многоканальной телевизионной антенны».

Автор: Володькин Андрей Игоревич

Российская Федерация

Забайкальский край, город Борзя

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 41_________________

6. Информационные ресурсы

1. http://class-fizika.ru/11_4 7. html

2.https://studopedia.ru/8_61793_rasprostranenie-radiovoln.html

3.Общая теория радиолокации и радионавигации. Распро- странениерадиоволн : учебник / А.Н. Фомин, В.А. Копылов, А.А. Филонов, А.В. Андронов ; под общ. ред. А.Н. Фомина. – Красноярск :Сиб. федер. ун-т, 2017. – 318 с. ISBN 978-5-7638-3738-4

4.https://zdamsam.ru/a10355.html

5.https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fmeanders.ru%2Fradiovolny.shtml