Конструкции 

Расчет зигзагообразная антенна харченко для цифрового тв. Как сделать антенну цифрового телевидения своими руками для дачи и дома. Исполнение в стандарте DVB-T2

Антенна для приема цифровых сигналов, рассчитанная и собранная инженером Харченко, чисто внешне выглядит как обычный двойной квадрат, изготовленный из толстого медного провода. Своими незамкнутыми углами эти квадраты объединяются в общий контур, а к зоне их стыковки подпаивается отвод телевизионного кабеля (рисунок ниже).

Классическая дмв антенна Харченко своими руками изготавливаемая в домашних условиях, помимо двух квадратов, содержит в своем составе отражатель из проводящего материала (он позволяет повысить показатель эффективности направленного приёма).

При соблюдении ряда условий такая антенна может использоваться для приема сверхвысоких частот мобильных каналов в формате 3g, в частности.

Особенности конструкции антенны

Дециметровый вариант

Особенностью конструкции антенны Харченко является фиксированное соотношение между периметром каждого из ее двух квадратов и длиной принимаемых волн (они должны быть равны). Для получения нужной напряженности наведенного поля также важно правильно подобрать диаметр провода рамки.

Поскольку эфирное вещание ранее было ориентировано на метровый диапазон, для приема такого сигнала потребовался бы провод диаметром порядка 12 см. В этом случае зигзагообразная антенна получалась слишком громоздкой и неудобной в эксплуатации, а ее размеры не позволяли бы пользоваться ей в домашних условиях.

Второе свое рождение зигзагообразные антенны Харченко пережили в момент появления эфирного вещания в дециметровых диапазонах.

Дополнительная информация. Рассчитанная на приём ДМВ сигнала зигзагообразная антенна должна иметь фиксированные размеры, которые будут рассмотрены в следующих разделах.

Волновое сопротивление, на которое рассчитываются такие самодельные конструкции, составляет обычно порядка 50 Ом. Этот показатель, тем не менее, хорошо согласуется с типовой коаксиальной линией с соответствующим параметром, равным 50-ти (75-ти) Омам. Для расширения полосы пропускания телевизионного сигнала такая антенна изготавливалась не из простой проволоки, а из плоской медной или алюминиевой шины, отдельные части которой соединялись в биквадрат посредством заранее отобранных алюминиевых заклепок (фото ниже).

В местах сочленения полос из меди антенна диапазона ДМВ дополнительно пропаивалась; при этом за ее длину принималось расстояние между заклепками. В тех случаях, когда с целью уверенного приема приходилось пользоваться стандартным антенным усилителем, разработчики обходились без второго квадрата (для уверенного приема достаточно было и одного).

Исполнение в стандарте DVB-T2

Цифровое вещание, обозначаемое стандартом «dvb t2», ведется, как известно, на частотах дециметрового диапазона, соответствующих ТВ каналам с 21 по 69-ый, с использованием формата «мультиплекс». Во многих городах России местные телевизионные станции постепенно переходят на формат вещания тв dvb, что вызывает определенный интерес к обеспечению его уверенного приема.

В связи с этим пользователь обязан знать, что самодельная конструкция для т2 должна иметь те же размеры, что и классическая антенна для дециметрового цифрового вещания.

Важно! Современные телевизионные приемники, в комплект которых входит антенна для цифрового сигнала, при близком расположении передающей станции могут ослаблять его.

В особых ситуациях, когда передатчик для т2 диапазона находится совсем близко, при использовании старой рамочной конструкции придется либо полностью снять второй квадрат (или экран), либо выбрать менее чувствительный усилитель.

В качестве вариантов изготовления дцв конструкции можно выбрать следующие решения:

  • Сделать совершенно новое приемное устройство для t2 своими руками;
  • Попробовать соорудить комбинированную антенну, содержащую элемент в виде окружности из проволоки длиной 55,5 см (смотрите фото ниже);
  • С ее помощью можно будет принимать все известные форматы (включая 3g мобильной связи).

В том случае, когда нужно изготовить конструкцию для приема сигналов Интернета, включая каналы Bluetooth, WiFi (3g, 4g) или мобильной связи, работающие на сверхкоротких волнах, габариты такой антенны будут совсем миниатюрными.

Размеры антенны для 3g из-за высокой частоты будут ограничены длиной в 10 сантиметров, а все возможные разновидности самодельного изделия можно будет собирать, используя один и тот же чертеж.

Существенные различия, касающиеся всевозможных вариантов исполнения миниатюрной антенны (для Bluetooth или для сотового телефона), проявятся только в размерах самой приемной конструкции.

Дополнительная информация. При необходимости расчета такой антенны вы можете использовать онлайн-калькулятор.

Порядок расчета в этом случае задается методикой использования конкретного сетевого ресурса (эти методики широко представлены в сети как для т2, так и для других форматов тв сигнала).

Самостоятельное изготовление

ДМВ антенна

После того, как произведены расчеты антенны Харченко для телевизора, можно будет переходить к ее изготовлению своими руками.

Для того чтобы сделать антенну качественно, обязательно потребуются следующий материал и инструменты:

  • Толстый одножильный провод (лучше, если он будет медный);
  • Электропаяльник, обычные плоскогубцы, а также линейка и быстро схватывающийся клей;
  • Отрезок кабеля с Rволн., равным 50-ти Омам;
  • Фольгированный стеклотекстолит, старый DVD (CD) диск и/или, в крайнем случае, банка из-под шпрот (они нужны для изготовления отражающего экрана зигзагообразной антенны).

И, наконец, следует изготовить особую прокладывающую стойку, задающую нужное расстояние между шиной антенны и экраном (в качестве такой прокладки может использоваться крышка бутылки из пластика).

Всю процедуру, по ходу которой изготавливается антенна своими руками, лучше всего разбить на ряд этапов, а именно:

  • Сначала нужно снять с медного провода защитную изоляцию;
  • Затем посредством линейки четко наметить места будущих сгибов тв антенны;
  • После этого с помощью плоскогубцев следует перегнуть проволоку в размеченных ранее местах;

Обратите внимание! Чем точнее делается разметка провода и аккуратнее сгибы, тем антенна для цифрового телевидения будет лучше принимать сигнал.

  • По завершении формовки рамки участки присоединения антенного кабеля тщательно лудятся посредством паяльника;
  • Затем подводящий провод припаивается к залуженному участку, но прежде на отрезок кабеля последовательно нанизываются стойка и защитный экран;
  • На завершающей стадии сборки вся получившаяся конструкция проклеивается типовым силиконом (рисунок далее по тексту).

Повышение качества WiFi и Bluetooth

Известно, что сигнал WiFi передается, подобно другим видам эфирной связи, по радиоканалу, что позволяет использовать антенную конструкцию для улучшения приема роутера или подобных ему устройств. По мнению ряда умельцев из числа разработчиков антенн 3g, если в рассмотренной выше конструкции в качестве экрана будет взята параболическая тарелка, усиление на WiFi частотах удается повысить до 31 дБ.

Дополнительная информация. Такой экран может быть изготовлен из выгнутой определенным образом консервной банки.

При изготовлении отражателя для 3g или WiFi кривизна его поверхности подбирается обычно экспериментальным путем. Для этого на приемо-передающем устройстве (роутере, например) должна быть инсталлирована программа, способная фиксировать уровень поступающего на прибор сигнала.

Воспользовавшись такой программой, можно будет, меняя кривизну поверхности самодельного экрана, следить за всеми изменениями коэффициента усилении (в реальном времени).

Технология расчета

Расчет параметров в данном случае ориентирован на рабочую частоту 2445 МГц (смотрите фото).

Отметим, что для расчета такой антенны потребуется знать следующие ее характеристические размеры:

  • Диаметр медной плоской проволоки – 2,5 мм;
  • Объем запаса всего материала (провод длиной 256,6 мм);
  • L1 – наружная сторона одного квадрата, равная примерно 30,8 мм;
  • L2 – его внутренняя сторона (29,6 мм);
  • L3 – длина рабочей рамки (84 мм);
  • L4 – ее эффективная ширина (43 мм).

Помимо этого, нужно будет рассчитать такой характеристический параметр, как L5 (его называют зазором для подключения), который выбирают обычно равным 1,9 мм. Добавим к этому высоту дополнительных стоек D – 13,6 мм, а также ширину экрана B – 122 мм и, наконец, его рабочую длину H – 122 мм.

Важно! Прием антенны для роутера или мобильного формата будет тем уверенней, чем точнее выдержаны все указанные выше размеры.

Экран может быть сделан из небольшого куска фольгированного стеклотекстолита, оставшегося от старых плат. С целью повышения механической прочности его дополнительно припаивают к оплетке отводящего сигнал кабеля. В качестве экрана принято использовать старый CD диск с тонким слоем фольги, на котором обычно фиксируется полезная информация.

В данном случае, чтобы собрать антенну для цифрового тв, можно будет воспользоваться старым боксом из-под ненужных CD дисков.

Хорошие специалисты посчитают данные, воспользовавшись для этого собственным опытом и домашними наработками. А вот неспециалистам придется прибегнуть к помощи широко представленных в открытой сети онлайн-калькуляторов или их аналогов.

В заключительной части обзора, посвященного тому, как самостоятельно изготовить антенну Харченко, отметим следующие важные моменты этого предприятия. Перед началом самостоятельного ее изготовления главное – это правильно учесть все ее характеристические параметры и показатели (включая прием 3g формата и ряда других сверхвысокочастотных сигналов).

Лишь при этом условии с помощью такой сравнительно простой самоделки удается принимать сигнал дмв диапазона на приличном удалении от телецентра (на расстояниях до 2 километров).

Видео

Хочу представить вашему вниманию вариант антенны для дальнего приёма цифрового вещания. Ничего принципиально нового в моём изделии конечно нет, но возможно кому-то пригодится идея совмещения усилителя с антенной. Антенна Харченко привлекает прежде всего своей простой в изготовлении, хорошей повторяемостью, достаточной широкополосностью, приличным коэффициентом усиления (заявлено до 9дб с рефлектором, а измерять мне всё равно нечем) при малых габаритах. На мой взгляд она работает лучше знакомой всем «сушилки».

Итак, о причинах, побудивших желание создать сие произведение. У нас в городе конечно есть вышка, с которой идёт вещание первого мультиплекса «цифры» и обещают включить второй (вот уже два года), но я-то хочу здесь и сейчас, как и многие. В соседнем городе второй пакет уже давно включен, но у нас он на комнатную антенну конечно не принимается, да и на внешнюю без усилителя тоже. Была у меня такая антенна в саду, недавно соседу отдал в обмен на материал, поэтому появилась возможность показать как я её делаю.

При изготовлении не требуются остродефицитные материалы, даже если всё покупать выйдет дешевле заводской, не говоря уже о супер разрекламированных с обещанием приёма 80(?) каналов (есть такие, сам про этот развод читал) .

Материалы:
1. Отрезок кабеля 4х16мм² - 1,5м.
2. Отрезок провода СИП – 1.5-2м.
3. Листовой алюминий толщиной 1-1.5мм. 60х200мм. (я вырезал из старой кастрюли)
4. Антенный усилитель от «сушилки».
5. Хомуты для крепления антенны к мачте.
6. Герметик силиконовый
7. Ну и конечно кабель и штекер.
8. Маленькая распаячная коробка.
9. Винты М5 (потайная головка) с гайками и шайбами- 2шт.

Инструменты:
1. Ножовка по металлу
2. Ножницы по металлу
3. Дрель (я пользовался ручной)
4. Свёрла 1.5 и 5мм.
5. Напильник личнёвый или плоский надфиль.

Первым делом рассчитываем нашу антенну. Особо не заморачиваясь я взял данные об интересующих меня частотах из . В моём городе это 602 МГц (37 канал) первый пакет и 770 МГц (58 канал) обещанный второй. Меня же интересуют данные соседей -546 МГц (30 канал) первый и 498 МГц (24 канал) второй мультиплексы, вот на них и буду делать антенну. Полученные частоты, точнее среднюю частоту, подставил в онлайн калькулятор из и получил требуемые размеры.

На следующем этапе готовим материал- раздеваем кабель

и СИП для получения голого провода.


Из старой кастрюли добываем кусок листового алюминия.


Из жилы кабеля 16мм² (ø5,1мм) пассатижами выгибаем «восьмёрку» антенны.


Место соединения «восьмёрки» делаем внахлёст, стачивая половину диаметра напильником.


Места соединения сверлим ø1.5мм под заклёпки.


Приклёпываем к месту соединения кабеля полоски из алюминия шириной 7мм, длиной- 50 (с запасом).


Выгибаем полосы таким образом, чтобы к ним можно было при помощи винтов пристыковать усилитель.


В полосах сверлим отверстия ø5мм для винтов крепления усилителя, грубо говоря по месту, используя сам усилитель как шаблон, выдерживая расстояние 10мм (или какое нужно по расчетам) между пластинами. Отверстия зенкуем до диаметра 7мм (диаметр потайной головки винта).

Следующий шаг я назвал бы издевательством над усилителем.

Усилитель в данной конструкции не роскошь, а средство протолкнуть слабый сигнал по кабелю, в котором он бы затух на первом метре, до ресивера.

Так как он по габаритам не влезал в распаячную коробку, а вставить его было надо, то края его и штатное крепление кабеля были просто варварским способом- ножницами по металлу – обрезаны до нужных размеров, а в центре платы просверлено отверстие под крепёжный саморез. Жизненно важные органы усилителя при этой экзекуции не пострадали.


Рефлектор антенны сделан так же согласно онлайн расчётам. Рамки согнуты из той же жилы кабеля, что и антенна. Большая рамка выгнута по расчётным размерам рефлектора, а малая предназначена для крепления антенны к мачте, кронштейнов (металлических изоляторов) полотна антенны ну и попутно для увеличения жесткости решетки.


Рамки соединяем между собой полоской алюминия с последующей опрессовкой пассатижами.


Получаем вот такую конструкцию:


Решетку делается из одиночных жил СИПа, поочерёдно оборачивая вокруг длинных сторон рамок с шагом 10мм.


Для того, чтобы выдержать шаг решетки и размер (чтобы стянуть бока рефлектора в «песочные часы») рекомендую изготовить шаблон из 10мм рейки, пропилив в ней вырезы для рамок по размерам. У меня каким-то чудом сохранился старый шаблон (два года служил подкладкой под ножку комода), по этому не показываю как его сделать, и так понятно.

В результате рефлектор имеет вот такой вид:


Напоминающий решетку холодильника.
Вообще конечно можно обойтись и без рефлектора, но в моём случае нужно было не столько увеличить сигнал дальней станции, сколько ослабить сигнал ближней, хотя лишнее усиление (на мой взгляд некорректное выражение для антенны, правильнее коэффициент направленного действия) не помешает.

Соединение антенны с рефлектором сделано на кронштейнах («металлических изоляторах») из алюминия.


Все неразъёмные соединения выполнены на заклёпках, сделанных из одиночной жилы СИПа.

Кабель снижения, при наличии отсутствия (всё лишнее уже отрезано и отпаяно) штатного крепления просто припаиваем к плате усилителя.


Далее, прячем усилитель в распаячную коробку и, в связи с суровыми метеоусловиями эксплуатации, промазываем все стыки и отверстия силиконовым герметиком.


Приклёпываем полотно антенны через кронштейны к рефлектору, и получаем законченное изделие:

Харченко Константин Павлович

Родился 11 августа 1931г. В 1950г. в Ленинграде окончил с медалью среднюю мужскую школу N 158 и поступил в Военную инженерную академию связи им.С.М.Буденного на радиофакультет. В 1955г. зачислен в головной по связи институт МО СССР. В декабре 1958г. изобрел свою первую антенну, которая надолго стала основой многих средств связи ВС СССР и стран Варшавского договора. Благодаря журналу «Радио» (№3 1961г.) она безраздельно «завоевала» крыши домов «по всей Руси великой» и далеко за ее пределами в качестве телевизионной (в народе «восьмерка», «зигзаг», «бубновочка»). Шесть дипломов I степени от журнала «Радио» и более 40 лет сотрудничества. Более семи лет преподавательского труда в ЛВВИУС им.Ленсовета.

Предлагаем вашему вниманию, уважаемый аноним, антенну Харченко, оптимизированную для приема цифрового телевидения. Конечно же она с равным успехом годится как для аналогового так и для цифрового телевидения любого стандарта, которое транслируется в диапазоне ДМВ. Почему же мы позиционируем ее как «цифровую» антенну. Во первых, пройдет совсем немного времени и мы с вами об аналоговом ТВ будем вспоминать как о каком то антиквариате, по типу граммофона. А о «во вторых» следует рассказать подробнее...

Оригинальная антенна Харченко состоит их двух квадратных рамок периметром около 1λ, соединенных параллельно. Такая антенна имеет низкое входное сопротивление около 75 Ом, что очень удобно для прямого согласования с 75-омным фидером, а для симметрирования обычно достаточно проложить этот кабель вдоль одного из плеч рамки. Антенна Харченко, рассчитанная на 50 Ом, также отлично подходит для любительских диапазонов 144/433/1296 МГц, для CDMA-800, GSM-900, GSM-1800, WiFi-2400, чему посвящена на нашем сайте и пара онлайн-калькуляторов. Обратим ваше внимание, что ТВ вещание в 1961 г велось на метровых волнах и полосы пропускания антенны вполне хватало для приема 1-2 каналов, которыми и ограничивалось вещание в то время. Постепенно телевидение стало занимать ДМВ диапазон. Полосы пропускания антенны Харченко в этом случае стало не хватать. Для решения этой проблемы были предложены более широкополосные варианты для аналогового ТВ, вещание которого велось в диапазоне 470-622МГц (21-39 частотные каналы). Один из самодельных вариантов такой антенны, правда не очень удачный , изображен на рисунке. В настоящее время по стандарту OIRT для цифрового телевидения выделен диапазон 470-860 МГц (21-69 каналы) . При этом цифровые мультиплексы часто разбросаны по всему диапазону и относительно узкополосные антенны в этом случае не пригодны, разве что только для приема одного из мультиплексов. Для охвата такого широкого диапазона можно применить другие варианты антенны Харченко, которые имеют более высокое входное сопротивление. Например ромбические двойные рамки с периметром одной из рамок около 1.5λ имеют входное сопротивление около 300 Ом, что делает антенну более широкополосной и удобной для согласования с 300/75 Ом согласующими устройствами или антенными усилителями, которые в настоящее время широко распространены на рынке. Именно такая антенна была разработана пользователем под ником yurik82 путем цифровой оптимизации в NEC2 и последующей проверки в программе Ansys HFSS (подробности в конце статьи). Вы можете скачать архив с моделями 4NEC2 и HFSS для подробного изучения.Антенна полностью симметрична как по вертикальной, так и по горизонтальной осям, проходящим через центр антенны. Все размеры указаны от центра до центра провода, т.е по осям проводов. Расстояние до рефлектора измеряется от плоскости на которой расположены оси проводов рамки до поверхности рефлектора. Длины сторон рамок (по оси провода) :

  • AC (AD, BE, BF) = 156 (140) мм
  • CN (DM, EN, FM) = 192 (172) мм

В результате получилась простая антенна с входным сопротивлением 300 Ом, с усилением 9.5±0.5 dBi и полосой пропускания 470-760 МГц по критерию КСВ < 2. Антенна проста в изготовлении, имеет очень хорошую повторяемость, не требует настройки и может быть изготовлена своими руками из самых доступных материалов. В сравнении с классической антенной Харченко этот вариант имеет следующие особенности:

  • намного более широкая рабочая полоса при сравнимом усилении;
  • возможность прямого подключения к точкам N и M пластинчатых симметризаторов или усилителей SWA/PAE/ALN ;

К сожалению полный диапазон 470-860 МГц такая антенна не перекрывает, поэтому, если в местности где проживает аноним, часть мультиплексов работают на частотах выше 750 МГц - желательно антенну пересчитать вверх, уменьшив все размеры на 10%, пожертвовав усилением на нижних каналах 21-25. Этот вариант размеров рамки обозначен на чертеже в скобках . Размеры рефлектора и промежуток в месте подключения в этом случае не меняются.

В сравнении с популярными в интернете конструкциями - Тройной квадрат и антенной Туркина - этот вариант антенны Харченко имеет неоспоримые преимущества, такие как широкополосность при сравнимом усилении, некритичность к точности размеров, простота изготовления. Более того, мы не рекомендуем к повторению вышеупомянутые конструкции для приема цифрового телевидения, подробнее об этом можно .

При размерах рефлектора 40х50 см коэффициент использования апертуры достигает 130% на нижних каналах, т.е. для такого усиления это достаточно компактная антенна и её габариты целиком оправдываются достигнутым усилением. Ширина основного лепестка диаграммы направленности около 70°.В качестве вибратора можно использовать распространенный медный или алюминиевый электрический провод 4 мм 2 (Ø2.25 мм) или 10 мм 2 (Ø3.57 мм), с запасом достаточно 1.5 метра провода. Более толстый проводник предпочтительнее из-за жесткости и дополнительной несущей способности. Можно использовать другие подручные материалы - ленты из оцинковки или латуни. В качестве рефлектора можно использовать строительную оцинкованную сетку с ячейками 20х20 или 20х50 мм. Если антенна будет спрятана от ветра (например на чердаке, балконе, вплотную к фасаду) рефлектор можно сделать из сплошной жестяной оцинковки. Вершины вибратора (точки A и B) желательно крепить на металлических стойках/болтах, тогда вибратор будет соединен с рефлектором и мачтой по постоянному току, что способствует стеканию статических зарядов на заземленную мачту, а не на симметризатор и далее на телевизионный кабель. Параметры антенны не отличаются для заземленной вершины и для изолированной. Т.к. оцинкованная сетка не имеет жесткости и несущей способности, для поддержания её формы надо изготовить 2 горизонтальных поперечины (из дюралюминиевого уголка или полосы) на уровне вершин вибратора. Стойки крепления вибратора крепить к этим горизонтальным распоркам. Технологический зазор N-M в центре можно варьировать в небольших пределах в зависимости от используемой коробки, в которую будет спрятан симметризатор (балун) или антенный усилитель типа SWA/PAE/ALN .

Несколько слов для тех, кто самодельные антенны считает пережитком "совка" и "колхозно-гаражной" культуры. Скажем только, что в цивилизованном мире, к которому часто апеллируют такие анонимы, самодельные антенны разрабатывают и делают и астрофизики (как то антенну Ховермана) и профессора медицины , а не сидят и ждут пока это сделает дядя и привезет готовую антенну на рынок. Именно поэтому мир и становится цивилизованным, ребята.

P.S: Информация, полезная для специалистов по конструированию антенн от yurik82 :

Готового решения для перекрытия современного диапазон ДМВ в работах Харченко и Кисмерешкина нет, т.к. в то время используемый диапазон частот был меньше и нужды в таких антеннах не было. У БиКвада Харченко с фиксированным периметром рамки при полной симметрии двойной рамки есть 4 основных степени свободы:

  1. расстояние от центра симметрии до вершины A(B);
  2. расстояние от центра до линии CD(EF);
  3. длина этой линии;
  4. расстоянине от рамок до рефлектора;

Для того чтобы подобрать эти размеры оптимальным образом (для максимизации коэффициента усиления при ограничении КСВ<2), использовалcя разработанный Николаем Младеновым скрипт Python для движка NEC2:
http://clients.teksavvy.com/~nickm/scripts.html
Используя методы нелинейного программирования, такой скрипт в автоматическом режиме перебирает десятки тысяч комбинаций "степеней свободы антенны". В результате получается модель антенны у которой желаемые свойства максимизируются.
Конечный результат был также проверен в симуляторе Ansys HFSS (результаты в 4NEC2 и HFSS полностью совпадают)
https://ypylypenko.livejournal.com/20678.html

Направленная антенна «двойной квадрат» впервые была описана в литературе в 1948 г. и с тех пор продолжает привлекать к себе внимание со стороны радиолюбителей.

Антенна «двойной квадрат» (рис. 2-56), имеющая оптимальные размеры, обеспечивает коэффициент усиления по отношению к обычному вибратору 8 дб , что соответствует усилению, даваемому трехэлементной антенной «волновой канал». С практической точки зрения антенна «двойной квадрат» даже превосходит трехэлементную антенну «волновой канал», так как имеет большую направленность в вертикальной плоскости и пологий угол вертикального излучения, что особенно важно при установлении дальних связей. Антенна «двойной квадрат» обычно изготовляется из тонкого медного провода или, лучше, из антенного канатика и не требует дорогостоящих металлических трубчатых конструкций. Несколько сложнее изготовление несущей конструкции антенны.

На рис. 2-56 изображена схема антенны «двойной квадрат» в двух видах, в которых она обычно выполняется. Основным элементом является вибратор в виде проволочного квадрата с длиной стороны λ/4 и общей длиной 1λ. На расстоянии А от 0,1λ до 0,2λ помещается второй такой же квадрат, снабженный дополнительным четвертьволновым шлейфом, благодаря которому этот элемент антенны действует как рефлектор. Элементы антенны располагаются или вертикально (рис. 2-56, а ), или же на одной из сторон квадрата (рис. 2-56, б ). Не изменяя конструкции антенны, перенося точку питания, можно добиваться вертикальной или горизонтальной поляризации поля. Обе антенны (рис. 2-56) имеют горизонтальную поляризацию поля.

Антенна «двойной квадрат» излучает в одном направлении, т. е. обратное излучение сильно ослаблено. Направление основного излучения перпендикулярно плоскости антенны и направлено в сторону от рефлектора к вибратору. Максимальное усиление антенны, как указывают многие авторы, при расположении рефлектора на расстоянии 0,2λ от вибратора лежит в пределах от 10 до 11 дб (измерения, проведенные радиолюбителем G 4ZU , при указанных размерах дали величину коэффициента усиления, равную 8 дб ).

Входное сопротивление собственно вибратора лежит в пределах от 110 до 120 ом . При подключении пассивных элементов (рефлекторов или директоров) входное сопротивление в зависимости от расстояния до пассивного элемента уменьшается до 45-75 ом . Таблица 2-12 содержит значения входных сопротивлений и коэффициентов усиления различных видов антенн «двойной квадрат». Приведенные данные получены радиолюбителем W 5DQV.

Получаемые входные сопротивления антенны позволяют использовать для ее питания обычный коаксиальный кабель, что, как правило, и делается. Следует помнить, что при отсутствии симметрирующего устройства диаграмма направленности антенны несколько косит. На этот недостаток, однако, не обращают внимания, так как величина коэффициента усиления от этого не меняется, а только несколько ухудшается диаграмма направленности. Для того чтобы понять, как действует антенна «двойной квадрат», необходимо рассмотреть распределение тока по длине вибратора. На рис. 2-57 показано четыре примера распределения тока по длине элемента антенны «двойной квадрат»; направление тока обозначено стрелками. В точках питания А действуют те же соотношения, что и в случае полуволнового вибратора; вибратор питается в пучности тока, и обе половины его возбуждаются синфазно (стрелки, указывающие направление тока, имеют одинаковое направление). Во внешних точках В и D расположены узлы тока, и в них происходит изменение направления тока (см. указатели тока). При рассмотрении квадрата, изображенного на рис. 2-57, а и б , видно, что стороны А и С возбуждаются синфазно, а стороны В и D - в противофазе. Таким образом, поляризация электрического поля в направлении перпендикуляра к плоскости антенны горизонтальная, так как горизонтальные стороны квадрата возбуждаются синфазно. На рис. 2-57, б питание производится со стороны вертикального элемента квадрата и обе вертикальные стороны квадрата возбуждаются синфазно, а горизонтальные стороны - в противофазе; следовательно, в данном случае поляризация поля вертикальная. При питании антенны «двойной квадрат» в отношении поляризации поля справедливо следующее правило: если питание антенны производится со стороны горизонтального элемента, то поляризация поля горизонтальная, если питание антенны производится со стороны вертикального элемента, то поляризация поля вертикальная.


Рассуждения о поляризации поля становятся несколько менее наглядными при рассмотрении квадрата, стоящего на одной из своих вершин (рис. 2-57, в и г). Если обозначить направления токов, как показано на рис. 2-58, то становится ясным, что и в этом случае поляризация поля квадрата, стоящего на одной из его вершин, определяется вполне однозначно. Из рис. 2-58 видно, что поля от горизонтальных составляющих тока от всех четырех сторон складываются в фазе, а от вертикальных составляющих находятся в противофазе. Отсюда следует, что поле излучения квадрата в этом случае имеет горизонтальную поляризацию. При питании в точках В или D поляризация поля вертикальная. В середине стороны квадрата, находящейся против точки питания, имеется узел напряжения, и поэтому эта точка может быть заземлена. На рис. 2-59 показано несколько вариантов питания квадрата с заземлением узла напряжения в случае горизонтальной и вертикальной поляризации. С теоретической точки зрения совершенно безразлично, в какой точке подключать линию питания - к точке А или С в случае горизонтальной поляризации или к точке В или D в случае вертикальной поляризации. Место подключения линии питания на практике определяется из конструктивных соображений. В диапазоне УКВ обычно используют полностью металлические конструкции, для чего точки A и С заземляют (рис. 2-60, а и б ).


Излучатель антенны «двойной квадрат» можно рассматривать как параллельное включение двух полуволновых вибраторов, расположенных на расстоянии λ/4. Отсюда следует, что «двойной квадрат» имеет ярко выраженную направленность в вертикальной плоскости (пологий вертикальный угол излучения).

На практике стремятся так выбрать общую Длину питаемого элемента антенны, чтобы он без дополнительных корректировок был бы настроен на рабочую частоту. В первых публикациях конструкции антенны «двойной квадрат» общая длина проводников питаемого элемента составляла 0,97λ, т. е. учитывался коэффициент укорочения. В последнее время ряд авторов указывает, что резонанс антенны наступает при общей длине излучателя 1,00λ - 1,02λ. Этот факт объясняется тем, что в случае излучателя в виде квадрата не проявляется укорачивающее действие емкостного краевого эффекта, который имеет место на открытых концах прямого вибратора. Для вычисления резонансной длины излучателя антенны «двойной квадрат» в коротковолновом диапазоне справедлива следующая приближенная формула: $$l[м]=\frac{302}{f[Мгц]}.$$

Для дополнительных корректировок длины излучателя можно воспользоваться следующим приемом: общая длина проводника выбирается несколько меньше требуемой и по обе стороны от точек питания включаются изоляторы, которые перекрываются короткозамкнутыми шлейфами, как показано на рис. 2-61, а . Уменьшая или удлиняя шлейфы, добиваются точной настройки излучателя. На рис. 2-60, б изображен этот же способ настройки излучателя, но использующий только один изолятор и один шлейф. Сказанное выше, разумеется, справедливо и по отношению к квадрату, расположенному на одной из своих вершин.

На расстоянии 0,2λ, располагается рефлектор. Это расстояние выбрано в результате практических экспериментов; отклонение от него в обе стороны приводит к уменьшению коэффициента усиления антенны и изменению входного сопротивления. Настройка рефлектора может производиться или по максимальному излучению в прямом направлении, или по минимальному излучению в обратном направлении. Следует отметить, что эти настройки не совпадают. Обычно радиолюбители настраивают рефлектор на наибольший коэффициент усиления в прямом направлении. По сравнению с настройкой на максимальный коэффициент усиления в прямом направлении настройка на максимальное обратное ослабление значительно более критична и более резко выражена, поэтому ее следует проводить очень осмотрительно. При некотором уменьшении коэффициента усиления может быть получено обратное ослабление порядка 30 дб . В качестве элемента настройки почти всегда используется двухпроводная линия с подвижным короткозамыкающим мостиком (рис. 2-56) Часто длина рефлектора выбирается равной длине излучателя; в этом случае линию выбирают такой длины, чтобы пассивный элемент работал в качестве рефлектора, а с помощью короткозамыкающей перемычки проводят точную настройку. Однако с электрической точки зрения лучше, если рефлектор имеет размеры, несколько превосходящие размеры излучателя; при этом регулировочная линия может быть выбрана очень короткой или может совсем отсутствовать, если размеры рефлектора выбраны такими, что он представляет собой замкнутый квадрат, настроенный на работу в качестве рефлектора. Для того чтобы определить оптимальные размеры рефлектора, в каждом отдельном случае требуется провести много экспериментов, поэтому при описании конструкций антенн «двойной квадрат» будут даваться уже проверенные экспериментально размеры их элементов, не требующие дополнительных корректировок.

В диапазоне коротких волн почти все антенны «двойной квадрат» состоят из двух элементов - излучателя (вибратора) и рефлектора. Антенны этого типа, использующие, кроме рефлектора, еще и директор, не получили распространения, так как незначительное увеличение коэффициента усиления антенны не идет ни в какое сравнение с усложнением конструкции и увеличением расхода материалов, необходимых для построения трехэлементной антенны.

Ширина полосы пропускания антенн «двойной квадрат» больше, чем у антенн «волновой канал», и перекрывает целиком любительские диапазоны 10, 15 и 20 м при условии, что антенна настроена на середину диапазона. Диаграмма направленности этой антенны, с точки зрения радиолюбителей, также обладает некоторыми преимуществами по сравнению с диаграммой направленности антенны «волновой канал». В горизонтальной плоскости диаграмма направленности имеет относительно широкий основной лепесток, излучение в стороны сильно ослаблено, а в обратном направлении имеются два небольших боковых лепестка, величина которых определяется качеством настройки рефлектора. Кроме этого, антенны «двойной квадрат» имеют узкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости, что определяет преимущество этого типа антенны по сравнению с другими антенными системами. Антенну «двойной квадрат» также желательно подвешивать как можно выше над поверхностью земли, хотя влияние земли в этом случае сказывается меньше, чем в случае антенны другого типа. Желательно, чтобы точка питания была по крайней мере на высоте λ/2 от поверхности земли при общей высоте конструкции 1λ, при этом влияние земли практически не ухудшает диаграммы направленности.

Несущая конструкция антенны может быть выполнена в самых разнообразных вариантах. Однодиапазонная антенна «двойной квадрат» для диапазонов 10 и 15 м может иметь деревянную несущую конструкцию из планок и брусков, усиленных железными полосами. Антенна для диапазона 20 м обычно имеет несущую конструкцию, выполненную для уменьшения веса и улучшения ее механической прочности из бамбуковых трубок. Различные варианты выполнения несущих конструкций будут описаны в разделе, посвященном многодиапазонным антеннам «двойной квадрат».

На рис. 2-62 изображена простая конструкция «двойного квадрата», стоящего на одной из своих вершин. Такая же конструкция может быть использована и для антенны, расположенной на одной из своих сторон. Для увеличения механической прочности антенны используются растяжки из синтетических материалов. Если несущая конструкция изготовляется из бамбуковых или синтетических трубок, то антенный провод может укрепляться на них без изоляторов В таблице 2-13 приведены размеры «двойного квадрата».

Расстояние между проводниками линии настройки рефлектора некритично и может изменяться от 5 до 15 см . В графе «Длина стороны настроенного рефлектора» приведены размеры рефлектора, не требующего дополнительной настройки, т. е. в этом случае рефлектор представляет собой замкнутый квадрат. Диаметр медного одно- или многожильного проводника не имеет в данном случае никакого значения с точки зрения влияния на электрические характеристики антенны; из механических соображений он выбирается равным 1,5 мм .

Первые конструкции «двойного квадрата» имели элементы, выполненные в виде шлейфовых проводников. При этом входное сопротивление увеличивалось по сравнению с однопроводным элементом в 4 раза, незначительно увеличиваются коэффициент усиления и полоса пропускания антенны. Радиолюбителем W 8RLT был описан такой «двойной квадрат» для диапазона 10 м (рис. 2-63). Общая длина проводника, расположенного в виде двух витков, равна 2λ, так что длина стороны равна λ/4. Питание может осуществляться в режиме бегущей волны по линии, имеющей волновое сопротивление 280 ом (УКВ кабель). Однако W 8RLT предлагает питать антенну по настроенной линии с волновым сопротивлением от 300 до 600 ом .Для рефлектора не имеет существенного значения, изготовлен ли он в виде простого квадрата или же в виде шлейфового квадрата, так как отражающее действие его при этом не изменяется. Поэтому более поздние конструкции используют шлейфовый излучатель и обычный рефлектор. В таблице 2-14 приведены все размеры антенны «двойной квадрат», изображенной на рис. 2-62.

Расстояние между проводниками линии настройки рефлектора может быть взято от 10 до 15 см .

При этом следует отметить, что размеры, приведенные W 8RLT, в свете сегодняшних взглядов выбраны несколько короче требуемых, что, очевидно, объясняется питанием антенны по настроенной линии, с помощью которой, как известно, можно в некоторой степени компенсировать неточность, допущенную при выборе размеров излучателя. Поэтому размеры, приведенные в табл. 2-14, следует рассматривать только как приблизительные. Рефлектор конструируется в виде простого квадрата, а питание осуществляется с помощью согласованной линии с волновым сопротивлением, равным 300 ом .

Отличные результаты, получаемые при работе с антенной «двойной квадрат», естественно, привели бы к созданию целого ряда конструкций, которые в большей или меньшей мере являются развитием принципов, заложенных в основе действия «двойного квадрата».

Аналоговое вещание, применявшееся ранее, с 2009 года полностью прекращено. Изменение формата на цифровой создало необходимость использования соответствующего приёмного устройства. Вещание цифрового ТВ ведётся в диапазоне ДМВ, который способен вмещать множество каналов, обладая компактностью и высоким качеством сигнала. Возросший уровень передачи сократил расходы на обслуживание оборудования, позволил сделать его более устойчивым к воздействию помех, хотя не все проблемы удалось решить полностью. В условиях сельской местности приём сигнала практически невозможен, а в большом городе он усложняется из-за способности железобетонных конструкций многоэтажных домов экранировать сигнал. Для уверенного приёма вполне возможно изготовить антенну для цифрового ТВ своими руками, так как её стоимость в магазине довольно высока.

Принцип действия цифровой антенны

Цифровой сигнал отличается от аналогового тем, что передаёт не саму волну, а информацию о ней . То есть состоит из непрерывного потока «координат» точек специфического графика синусоиды, передаваемой обычными аналоговыми устройствами. Это даёт возможность значительно снизить помехи и повысить качество передачи сигнала, так как сбой при передаче информации не вызывает больших проблем и спокойно корректируется при декодировании сигнала в приёмнике. В остальном технология передачи остаётся прежней - с передатчика излучаются в пространство электромагнитные колебания, они принимаются антеннами в зоне прямой видимости, на контурах которых возникает небольшое напряжение, передающееся на декодирующее устройство телевизора и превращающееся в изображение и звук.

Для приёма дециметровых волн требуется небольшой размер антенны, что выгодно отличает устройства от ранее использовавшихся огромных антенн, заполнявших собой крыши домов. Размеры цифровых антенн достаточно компактны, поэтому их можно свободно разместить в квартире, на балконе или ином, удобном для владельца и обеспечивающим качественный приём месте. Самодельная антенна имеет несложную конструкцию и вполне доступна для изготовления людям без специальной подготовки, обладающим только базовыми знаниями.

Делаем рамочную антенну своими руками

У круглой антенны для цифрового ТВ наибольшее входное сопротивление

Рамочная антенна является одним из самых простых вариантов. При этом устойчивость к помехам у такого устройства весьма высока, ведь конструкция совмещает в себе приёмную антенну и фильтр помех. Название «рамочная» говорит о специфической конфигурации - она представляет собой замкнутый контур в виде рамки круглой или прямоугольной формы. Изготавливается из медной проволоки. Также, как вариант, можно использовать кусок антенного кабеля (RG6), освобождённого от виниловой изоляции.

Расчёт

Для расчёта рамочной антенны требуется лишь определить длину провода, из которого сделана рамка . Формула для подсчёта выглядит следующим образом:

где LR - длина провода в петле,

f - волновой коэффициент, представляющий собой среднее арифметическое между величинами границ волнового диапазона. Например, если вещание ведётся в диапазоне 568–720 МГц, то f = 568 + 720 / 2 = 644.

Узнать необходимые диапазоны можно на сайтах передающих компаний или из других источников - эта информация свободно распространяется. Для расчёта используются начальная и конечная частоты. Если конечной нет, то значение f принимается равным начальной частоте.

Некоторые специалисты приводят другой вариант формулы, по которому сторона квадратной рамки равна 0,254 от длины волны (или f). То есть значение, полученное из расчёта по первой формуле, надо увеличить на 1,5 %. Разница незначительна, но в некоторых случаях она важна.

Для изготовления антенны понадобятся:

  • Пассатижи;
  • Линейка;
  • Паяльник;
  • Канцелярский нож для снятия изоляции (если используется антенный кабель).

Перечислены лишь самые основные инструменты, в зависимости от навыков и возможностей пользователя могут быть использованы другие, более подходящие для каких-либо целей приспособления.

Инструкция по изготовлению

Изготовление рамочной антенны не составляет никакой сложности. Понадобится выполнить следующие действия:

  • Отрезать кусок провода нужной длины. Опытные пользователи советуют сначала отрезать кусок немного длиннее, чем этого требует расчёт, чтобы имелась возможность точнее подогнать длину при формировании конфигурации антенны.
  • Придать антенне требуемую форму. Если используется круглая петля, то необходимо сделать как можно более ровную окружность, для квадратной рамки следует точно выдерживать длину сторон.
  • Концы рамки соединяются с антенным проводом от телевизора: один конец - к оплётке, другой - к центральной жиле. Для выполнения этой задачи необходим паяльник или монтажная колодка с клеммными зажимами.
  • Осталось установить устройство в наиболее удачном для приёма месте и настроить положение.

Как изготовить антенну Харченко


Такую антенну можо изготовить своими руками для приёма Wi-Fi

Конструкция была предложена К.П. Харченко в 1961 году. Основная задача - приём телевизионных передач, но практика показала высокую пригодность и многопрофильность изобретения. Внешняя антенна Харченко имеет форму восьмёрки с незамкнутой серединой. Она состоит из двух квадратов, а соединение с антенным проводом производится в средних точках. Таким образом, мы имеем замкнутый виток из толстой медной проволоки, имеющий специфическую форму. Отличие от рамочной конструкции состоит именно в более сложной конфигурации, позволяющей получить стабильный и уверенный приём сигнала, помехоустойчивость и надёжность . Её особенность состоит в широкополосности и возможности принимать как телевизионный, так и радиосигнал. Все зависит от расположения антенны - вертикальное даёт приём телесигнала, горизонтальное - радио.

Форма восьмёрки не является единственно возможным вариантом, можно увеличить число образующихся квадратов. Также известны варианты с образованием окружностей, треугольников и т.п. Восьмёрка используется по причине простоты изготовления и настройки, а также отсутствия помех.

Расчёт

Самостоятельный расчёт антенны Харченко не составляет особого труда, но включает в себя определение множества величин. Понадобится вычислить длину стороны квадрата, размер отражателя (рефлектора), общую длину восьмёрки от верхней до нижней точки, величину зазора между рефлектором и антенной и т.д. Поэтому самым простым и надёжным решением станет использование онлайн-калькулятора, которых немало в сети. Для получения более точного результата можно попробовать посчитать на нескольких сервисах и сравнить данные.

Необходимые инструменты и материалы

Для сборки антенны Харченко потребуются:

  • Толстая медная проволока сечением около 4 мм 2 ;
  • Алюминиевая пластина для отражателя (рефлектора). При её отсутствии в качестве рефлектора может быть использована металлическая решётка (сетка);
  • Пассатижи, молоток, отвёртка;
  • Электродрель с набором свёрл;
  • Паяльник, клеммная колодка;
  • Металлическая труба или деревянные длинные бруски для изготовления опорной конструкции (мачты).

Существует масса вариантов конструкции, для изготовления которых можно использовать различные дополнительные приспособления. По необходимости они привлекаются в рабочем порядке.

Инструкция по изготовлению

  • По рассчитанным данным изготавливается восьмёрка.
  • Соединение в средней точке спаивается, вторая точка подвергается лужению для последующего присоединения питания.
  • В пластине рефлектора просверливаются отверстия, в которые устанавливаются бобышки для крепления антенны.
  • Она закрепляется на опорных бобышках, к центральным точкам припаивается провод.
  • Пластина рефлектора прикрепляется к мачте. Для этого используются шурупы или хомуты, если она изготовлена из металлической трубы.
  • Мачта с антенной устанавливается на отведённое место.
  • Подключается к телевизору, настраивается оптимальное положение.

Другие варианты


Вариант конструкции антенны Сотникова из трёх квадратов

Рассмотренные варианты не являются единственно возможными. Существует множество конструкций антенн для приёма телевизионного сигнала.

Можно выделить следующие:

  • Трёхэлементный волновой канал. Представляет собой достаточно сложную конструкцию из горизонтальной планки, на которой установлены две поперечные полосы и рамка Т-образной формы. Вариантом такой конструкции является четырёхэлементный волновой канал, содержащий три поперечины и одну Т-образную конструкцию.
  • Двойной квадрат (антенна Сотникова). Имеет усиливающий коэффициент 10–13 дб, представляет собой две квадратных рамки, расположенные параллельно и соединённых между собой поперечиной. Вариантом конструкции является тройной квадрат, авторство которого принадлежит тому же Сотникову. Усиливающая способность выше - в районе 14–15 дб.
  • Антенна Туркина. Коэффициент усиления, которым обладает такая конструкция, составляет более 15 дб. Представляет собой шесть колец разного диаметра, закреплённых на горизонтальной диэлектрической опорной штанге. Устройство требует довольно тщательного расчёта диаметра колец и расстояния между ними.

Видео: Как сделать антенну для цифрового ТВ своими руками

Переход телевидения на цифровой формат произошёл с целью устранения помех, увеличения качества передачи, более уверенного приёма и компактности аппаратуры. Необходимость использования собственной антенны обусловлена большим количеством помех или удалением от ретранслятора. При отсутствии возможности приобретения образца заводского производства, который стоит довольно дорого и не всегда имеется в продаже, вполне можно изготовить самодельное устройство, так как в этом нет особой сложности.