Как узнать диаграмму направленности антенны своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 18.09.2024

Устройство, преобразующее электрический ток в электромагнитную волну, как это было показано в уроке "Основные характеристики радиоволн", называется антенной. Кроме того, антенны преобразуют энергию электромагнитной волны в электрический ток в режиме приёма радиосигнала. Возможность использования антенны как для передачи, так и для приёма электромагнитных волн называется свойством обратимости.

Основные характеристики

Диаграмма направленности

Основной характеристикой, отражающей особенности антенн, является диаграмма направленности. Под диаграммой направленности понимают зависимость поля, создаваемого антенной на достаточно большом расстоянии, от углов наблюдения в пространстве. Как правило, диаграмму направленности изображают в полярных системах координат, рассматривая в вертикальной и горизонтальной плоскостях по отношению к плоскости Земли. Важно понимать, что диаграмма направленности демонстрирует распределение в пространстве энергии, подведённой к антенне. Примеры диаграмм направленности представлены на рисунках 1-3:

Рисунок 1 - Диаграмма направленности изотропного излучателя: а - вертикальная плоскость, б - горизонтальная плоскость, в - трёхмерное изображение

Рисунок 2 - Диаграмма направленности всенаправленного излучателя: а - вертикальная плоскость, б - горизонтальная плоскость, в - трёхмерное изображение

Рисунок 3 - Диаграмма направленности направленного излучателя: а - вертикальная плоскость, б - горизонтальная плоскость, в - трёхмерное изображение

Выраженные максимумы диаграммы направленности называют лепестками. На практике сложно реализовать направленные антенны, излучающие только в нужном направлении: как правило, излучение в рамках основного лепестка будет сопровождаться побочным - боковыми и задними лепестками:

Рисунок 4 - Диаграмма направленности с характерно выраженными лепестками излучения

Ширина основного лепестка, азимут, угол места

Под шириной луча понимают угловой сектор, внутри основного лепестка диаграммы направленности антенны, в пределах которого излучается наибольшая часть энергии сигнала. Величина измеряется по уровню половинной мощности, что соответствует снижению уровня напряжённости на 3 дБ.

Эффективная эксплуатация беспроводных систем связи достигается при выполнении условия качественной юстировки - сонаправленности основных лепестков антенн приёмника и передатчика. Для достижения этого условия, в процессе предварительного планирования и монтажа используют следующие параметры:

азимут- угол, образуемый направлением антенны и направлением на север в горизонтальной плоскости;
угол места - наклон антенны относительно горизонта в вертикальной плоскости.

Рисунок 5 - Иллюстрация понятий угла места и азимута

Уровень боковых лепестков

Параметр "уровень боковых лепестков" показывает насколько уровень бокового излучения слаб по сравнению с уровнем главного лепестка и рассчитывается по формуле:

Коэффициент защитного действия

Под коэффициентом защитного действия понимают отношение напряжённости поля, излученного антенной в главном направлении, к напряжённости поля, излучённого в противоположном направлении:

Коэффициент усиления

Антенна является пассивным устройством и передаваемый сигнал не усиливает в буквальном смысле, однако, за счёт неоднородной диаграммы направленности, устройство совершает перераспределение энергии. Перераспределение энергии позволяет на передающей стороне увеличить интенсивность излучения, а на приёмной - улучшить чувствительность по некоторым направлениям в пространстве по сравнению с изотропной антенной. Важно помнить, что перераспределение энергии осуществляется не только в направлении основного лепестка, относительно которого рассчитывается коэффициент усиления, но также и в направлении боковых и задних лепестков.

Таким образом, коэффициент усиления характеризует во сколько раз необходимо увеличить мощность на входе антенны при замене данной антенны на изотропную, чтобы значение плотности потока мощности излучаемой антенной электромагнитной волны в точке наблюдения не изменилось. Коэффициент усиления учитывает потери подводимой энергии через коэффициент полезного действия:

Коэффициент стоячей волны по напряжению

При распространении электрического тока по фидеру часть энергии может отражаться от нагрузки, в роли которой выступает антенна. Причиной является несогласованность сопротивлений фидера с нагрузкой, причём количество отражённой энергии зависит от соотношения сопротивлений. Коэффициент стоячей волны по напряжению показывает какая доля подведённой энергии будет отражаться обратно в фидер.

Например, если к антенне с входным сопротивлением 100 Ом подключается ВЧ-кабель сопротивлением 50 Ом, то КСВ=2:1, а значит половина энергии при передаче будет отражаться обратно в ВЧ-кабель.

Частотный диапазон

В уроке "Основные характеристики радиоволн" был рассмотрен механизм формирования электромагнитной волны для вибратора. При этом электрический ток, протекающий по вибратору, образовывал стоячую волну, узел которой располагался посередине, а амплитудные значения тока наблюдались на краях вибратора. Таким образом, максимальные значения напряжённости поля будут наблюдаться в случае, если длина вибратора равна половине длины волны колебаний, что свидетельствует о зависимости между длиной волны излучения и габаритами антенны. Согласно свойству обратимости, связь между длиной волны и габаритами также характерна для приёмной антенны.

В общем случае, независимо от конструктивного исполнения антенны, длина волны радиосигнала пропорциональна размерам антенны, что является одной из директив для выбора частотного диапазона при проектировании системы связи. По этой причине, одной из характеристик антенны является рабочий диапазон частот, для которого сохраняются заявленные параметры.

К примеру, широкое распространение беспроводных систем передачи данных в диапазоне 5 ГГц обусловлено небольшими размерами антенны - 6 см и приемлемыми показателями затухания.

Поляризация

Поляризация электромагнитной волны, рассматриваемая в рамках "Основные характеристики радиоволн", определяется конструктивными особенностями и расположением используемой антенны. Важно понимать, что передающая и приёмная антенны должны быть согласованы по поляризации: на рисунке 6 представлены ситуации с согласованием (а) и рассогласованием (б) по поляризации на приёмной и передающей сторонах:

Рисунок 6 - Согласование (а) и рассогласование (б) приёмной и передающей сторон по поляризации

Поскольку электромагнитные волны ортогональных поляризаций не оказывают взаимовлияния, то возможно использования двух радиосигналов разных поляризаций в одной полосе частот. Существуют различные сценарии использования данного инструмента: увеличение пропускной способности, организация дуплексного канала связи, организация множественного доступа, повышение надёжности канала связи.

Конструктив антенн

Изотропная антенна

В теории антенн используется модель изотропной антенны, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, представленную на рисунке 1. Создание такой антенны в реальной жизни невозможно.

Всенаправленная антенна

Используемая на практике антенна, наиболее схожая с изотропным излучателем по диаграмме направленности - всенаправленная антенна. Пример диаграммы направленности всенаправленной антенны представлен на рисунке 2, а конструктивное исполнение - на рисунке 7:

Рисунок 7 - Пример всенаправленной антенны

Направленная антенна

В отличии от рассмотренных вариантов антенн, направленные отличаются выраженным главным лепестком и имеют множество конструктивных вариантов исполнения. Пример диаграммы направленности устройства представлен на рисунке 3, конструктивное исполнение - на рисунке 8.

Может показаться, что из-за сложного конструктивного исполнения направленные антенны превосходят по своим показателям всенаправленные, однако выбор антенны напрямую зависит от решаемой задачи. Например, при построении беспроводного канала "точка-точка" следует использовать узконаправленные устройства, при построении многосекторной базовой станции - антенны с определённой шириной главного лепестка, вплоть до всенаправленной при односекторной конфигурации.

Рисунок 8 - Примеры направленных антенн

Многообразие конструктивных реализаций направленных антенн обусловлено тем, что направленные антенны шире распространены в беспроводных системах связи, чем всенаправленные. Например, в линейке компании "Инфинет" представлены решения с возможностью подключения внешней антенны и с интегрированной антенной, представляющей микрополосковую антенную решётку:

Рисунок 9 - Устройства компании "Инфинет": а - с интегрированной антенной, б - с возможностью подключения внешней антенны

Технология формирования луча (beamforming)

Одним из видов антенн по конструктивному исполнению являются фазированные антенные решётки (ФАР), представляющие из себя матрицу излучающих элементов, соединённых между собой, как на рисунке 10. Особенность ФАР заключается в том, что, подавая на излучающие элементы сигналы с разными параметрами амплитуды и фазы, можно формировать различные диаграммы направленности. Таким образом, динамически меняя подводимые к излучающим поверхностям сигналы, можно управлять диаграммой направленности в режиме реального времени.

Рисунок 10 - Пример схемы ФАР

Основываясь на способности ФАР динамически изменять диаграмму направленности, была реализована технология формирования луча, использование которой имеет ряд преимуществ относительно антенн с фиксированной диаграммой направленности.

Рассмотрим пример, в котором к сектору базовой станции подключено два абонента и в раскрыве сектора наблюдается помеха, рисунок 11. При использовании сектора с фиксированной диаграммой направленности помеха будет оказывать негативное воздействие, ухудшая производительность базовой станции. В случае, если помеха широкополосная, то смена частотного канала не принесёт результатов, а поиск источника помех на местности является достаточно комплексной задачей, решение которой может носить длительный характер.

Рисунок 11 - Пример воздействия помехи на сектор с фиксированной диаграммой направленности

Заменим секторную антенну на устройство с технологией формирования луча, рисунок 12.

Рисунок 12 - Пример воздействия помехи на сектор с технологией формирования луча: а - обслуживание CPE1, б - обслуживание CPE2

Технология формирования луча позволяет сформировать узкую диаграмму направленности в направлении конкретного абонента, а со временем переориентировать главный лепесток в сторону других клиентских устройств. Наблюдается улучшение производительности беспроводной системы за счёт двух факторов: снижается восприимчивость к локальным помехам на сектор и увеличивается энергетика канала в сторону каждого из абонентов за счёт перераспределения энергии сектора в более узкий луч диаграммы направленности. Важным дополнением является то, что использование технологии формировании луча не требует поддержки данной технологии со стороны абонентских устройств.

Технология MIMO

Для увеличения пропускной способности систем связи или повышения надёжности, можно использовать реализации схем, в которых передача и приём осуществляются несколькими антеннами. Соседние антенны в подобных схемах необходимо изолировать для снижения корреляции за счёт пространственного, поляризационного и др. методов разнесения. Данная технология называется MIMO (Multiple Input Multiple Output).

Для пояснения принципов технологии MIMO рассмотрим схему на рисунке 13. Передатчик и приёмник используют по две антенны разной поляризации - вертикальной и горизонтальной. На передающей стороне исходный поток данных делится на два подпотока, каждый из которых отправляется в свой канал обработки и, впоследствии, передаётся через отдельную антенну. В приёмнике реализуется обратный процесс - один подпоток данных принимается через антенну горизонтальной поляризации, другой - через антенну вертикальной поляризации. После подпотоки объединяются в единый поток данных и передаются на дальнейшие звенья обработки.

Рисунок 13 - Пример использования схемы MIMO с двумя потоками

Рассмотренная на рисунке 13 схема увеличивает пропускную способность канала связи в два раза. Возможна реализация сценария использования нескольких антенн для повышения надёжности связи - в этом случае подпотоки данных передаются на меньшей скорости, сохраняя общую пропускную способность системы, либо поток данных не делится на подпотоки, а дублируется в каждом из каналов связи.

На рисунке 13 представлена схема MIMO с двумя потоками данных, но следует иметь в виду, что число потоков данных может быть произвольным и зависит от числа антенн.

Сценарии построения беспроводных систем связи

При выборе антенных устройств для беспроводной системы связи необходимо отталкиваться от условий, в которых будет разворачиваться система связи. Возможны три сценария:

беспроводная фиксированная система связи;
беспроводная мобильная система связи;
беспроводная система связи с передвижными объектами.

В фиксированных системах связи "точка-многоточка" на выделенной площадке устанавливается базовая станция с одним или несколькими секторами. Диаграмма направленности сектора при этом зависит от конфигурации базовой станции: для обеспечения кругового охвата ширина диаграммы направленности секторных антенн равна 360° при конфигурации с одним сектором, 120° - с тремя секторами, 60° - с шестью и т.д. Используются антенны с широкой диаграммой направленности, поскольку сектор работает в режиме "точка-многоточка" и должен обеспечивать подключение фиксированных абонентов на определённой территории. Абонентские устройства при этом статичны и съюстированы с сектором. Для того, чтобы снизить уровень паразитного излучения, ширину диаграммы направленности клиентского устройства выбирают достаточно узкой.

Рисунок 14 - Пример схемы беспроводной фиксированной системы связи

В мобильных системах связи, в отличие от фиксированных, абоненты могут менять местоположение, поэтому диаграммы направленности клиентских устройств, как правило, выбираются всенаправленными:

Рисунок 15 - Примеры схем беспроводных мобильных систем связи

Комбинацией рассмотренных типов систем связи является беспроводная система связи с передвижными объектами. В рамках данного сценария местоположение устройств может изменяться время от времени. При этом, в случае использования узконаправленных антенн, необходимо производить юстировку при изменении местоположения устройства, либо использовать системы с автоматическим слежением.

Рисунок 16 - Пример схемы связи с передвижными объектами

Представленная классификация беспроводных систем связи справедлива как для схем "точка-многоточка", так и для схем "точка-точка".

Единицы измерения

В соответствии с международной системой единиц, мощность измеряется в Ваттах:

При передаче и приёме радиосигналов, как правило, оперирует меньшими величинами, миливаттами:

Для оценки энергетики каналов связи удобно использовать безразмерную величину - децибел, которая пропорциональна десятичному логарифму отношения двух энергетических величин:

Отдельно выделяют величину децибелл-милливатт, в которой измеряемая величина нормируется относительно 1 мВт:

Перед тем как перейти к рассмотрению конструкции и работы разного типа антенн, рассмотрим одну из важнейших характеристик антенны – диаграмму направленности и те параметры, которые из нее напрямую вытекают.
Рекомендую, также, ознакомиться с предыдущей статьёй - Ликбез: основы теории по антеннам .

Введение

Антенна, вне зависимости от конструкции, обладает свойством обратимости (может работать как на прием, так и на излучение). Часто в радиорелейных трактах одна и та же антенна может быть подключена одновременно к приемнику и передатчику. Это позволяет излучать и принимать сигнал в одном направлении на разных частотах.

Почти все параметры приемной антенны соответствуют параметрам передающей антенны, но иногда имеют несколько другой физический смысл.

Несмотря на то, что приемная и передающая антенны обладают принципом двойственности, в конструктивном отношении они могут существенно отличаться. Связано это с тем, что передающая антенна должна пропускать через себя значительные мощности для передачи электромагнитного сигнала на большие (максимально возможные) расстояния. Если же антенна работает на прием, то она взаимодействует с полями очень малой напряженности. Вид токопередающей конструкции антенны часто определяет ее конечные габариты.

Пожалуй, основная характеристика любой антенны это диаграмма направленности. Из нее вытекает множество вспомогательных параметров и такие важные энергетические характеристики как коэффициент усиления и коэффициент направленного действия.

Диаграмма направленности

Диаграмма направленности (ДН) – это зависимость напряженности поля, создаваемого антенной на достаточно большом расстоянии, от углов наблюдения в пространстве. В объеме диаграмма направленной антенны может выглядеть так, как показано на рисунке 1.

То, что изображено на рисунке выше также еще называют пространственной диаграммной направленностью, которая является поверхностью объема и может иметь несколько максимумов. Главный максимум, выделенный на рисунке красным цветом, называется главным лепестком диаграммы и соответствует направлению главного излучения (или приема). Соответственно первые минимальные или (реже) нулевые значения напряженности поля вокруг главного лепестка определяют его границу. Все остальные максимальные значения поля называются боковыми лепестками.

На практике встречаются различные антенны, которые могут иметь несколько направлений максимального излучения, или не иметь боковых лепестков вовсе.

Для удобства изображения (и технического применения) ДН их принято рассматривать в двух перпендикулярных плоскостях. Как правило, это плоскости электрического вектора E и магнитного вектора H (которые друг другу в большинстве сред перпендикулярны), рисунок 2.

В некоторых случаях ДН рассматривают в вертикальной и горизонтальной плоскостях по отношению к плоскости Земли. Плоские диаграммы изображают полярной или декартовой (прямоугольной) системами координат. В полярных координатах диаграмма более наглядна, и при наложении ее на карту можно получить представление о зоне действия антенны радиостанции, рисунок 3.

Представление диаграммы направленности в прямоугольной системе координат более удобно для инженерных расчетов, такое построение чаще применяется для исследования самой структуры диаграммы. Для этого диаграммы строят нормированными, с главным максимумом, приведенным к единице. На рисунке ниже приводится типичная нормированная диаграмма направленности зеркальной антенны.

В том случае, когда интенсивность бокового излучения довольно небольшая и в линейном масштабе измерение бокового излучения затруднительно, применяют логарифмический масштаб. Как известно децибелы маленькие значения делают большими, а большие – маленькими, поэтому та же самая диаграмма в логарифмическом масштабе выглядит так, как показано ниже:

Из одной только диаграммы направленности можно вытащить довольно большое количество важных для практики характеристик. Исследуем подробнее диаграмму, изображенную выше.

Один из наиболее важных параметров – это ширина главного лепестка по нулевому излучению θ0 и ширина главного лепестка по уровню половинной мощности θ0,5. Половина мощности соответствует уровню 3 дБ, или уровню 0,707 по напряженности поля.

Из рисунка 6 видно, что ширина главного лепестка по нулевому излучению составляет θ0 = 5,18 град, а ширина по уровню половины мощности θ0,5 = 2,15 град.

Также диаграммы оценивают по интенсивности бокового и обратного излучения (мощности боковых и задних лепестков), отсюда вытекает еще два важных параметры антенны – это коэффициент защитного действия, и уровень боковых лепестков.

Коэффициент защитного действия – это отношение напряженности поля, излученного антенной в главном направлении к напряженности поля, излученного в противоположном направлении. Если рассматривают ориентацию главного лепестка диаграммы в направлении на 180 градусов, то обратного – на 0 градусов. Возможны и любые другие направления излучения. Найдем коэффициент защитного действия рассматриваемой диаграммы. Для наглядности изобразим ее в полярной системе координат (рисунок 7):

На диаграмме маркерами m1,m2 изображены уровни излучения в обратном и прямом направлениях соответственно. Коэффициент защитного действия определяется как:

- в относительных единицах. То же самое значение в дБ:

Уровень боковых лепестков (УБЛ) принято указывать в дБ, показывая тем самым, насколько уровень бокового излучения слаб по сравнению с уровнем главного лепестка, рисунок 8.

УБЛ в районе -18 дБ считается довольно хорошим показателем для высоконаправленной антенны. На рисунке изображены уровни первых боковых лепестков. Аналогично можно указывать также уровни всех последующих, но практической ценности их значение имеет мало, а представляет скорее академический интерес. Дело в том, что первые боковые лепестки находятся как правило "ближе всех остальных" к максимуму диаграммы направленности и могут оказывать помехи. Например, если сопровождение объекта происходит на уровне главного лепестка диаграммы -3дБ, а уровень первого бокового лепестка близок к этому значению (например -5:7 дБ), то велика вероятность начать цеплять объект боковым излучением со всеми вытекающими отсюда последствиями (неправильное позиционирование, потеря объекта и др.). Низкий УБЛ необходим не только для радиолокации, но и для области связи, ведь наличие паразитного излучения это всегда дополнительные помехи.

Коэффициент направленного действия и коэффициент усиления

Это два немаловажных параметра любой антенной системы, которые напрямую вытекают из определения диаграммы направленности. КНД и КУ часто путают между собой. Перейдем к их рассмотрению.

Коэффициент направленного действия

Коэффициент направленного действия (КНД) – это отношение квадрата напряженности поля, созданного в главном направлении (Е02), к среднему значению квадрата напряженности поля по всем направлениям (Еср2). Как понятно из определения, КНД характеризует направленные свойства антенны. КНД не учитывает потери, так как определяется по излучаемой мощности. Из сказанного выше можно указать формулу для расчета КНД:

Если антенна работает на прием, то КНД показывает, во сколько раз улучшится отношение сигнал/шум по мощности, при замене направленной антенны ненаправленной, если помехи приходят равномерно со всех направлений.

Для передающей антенны КНД показывает, во сколько раз нужно уменьшить мощность излучения, если ненаправленную антенну заменить направленной, при сохранении одинаковых напряженностей поля в главном направлении.

КНД абсолютно ненаправленной антенны, очевидно, равно единице. Физически пространственная диаграмма направленности такой антенны выглядит в виде идеальной сферы:

Обязательным условием приема эфирного цифрового телевидения является антенна ДМВ-диапазона. Ее можно приобрести в магазине электронной техники или собрать своими руками. Существует более 10 эффективных схем самодельных конструкций, все они способны улавливать до 30 эфирных каналов. В этой статье мы расскажем о том, как изготовить одну из самых мощных самоделок — антенну Харченко для цифрового ТВ.

Что такое антенна Харченко и чем она хороша

Конструкция представляет собой два ромба, переходящих один в другой. Угол между внешними гранями составляет около 90°. Ромбическая форма фильтрует дециметровый сигнал за счет согласования размеров конструкции с длиной волны. Точно рассчитав параметры, вы добьетесь усиления диапазона частот вашего региона до необходимого.

У биквадратной конструкции есть ряд особенностей, которые позволяют ей оставаться популярной на протяжении более полувека:

обеспечивает высокий коэффициент усиления ;
подходит для приема телевидения и мобильного интернета — нужно только правильно подобрать размеры сторон;
широкополосная — способна улавливать одновременно цифровые и аналоговые каналы;
простая и недорогая в исполнении — позволяет любому собрать и использовать ее для приема слабого сигнала.

Делаем биквадратную антенну в домашних условиях

Самодельная антенна собирается за 30-40 минут. К тому же элементы конструкции изготавливаются из самых обычных материалов, которые с большой долей вероятности уже есть у вас дома или в гараже.

Необходимые материалы и инструменты

медный провод сечением 1,5–5 миллиметров, длиной около метра;
обычный антенный провод (коаксиальный), 3–5 метров;
паяльник, соответственно, припой и канифоль;
штекер для телевизора;
напильник или наждачная бумага для зачистки провода;
рулетка или линейка;
маркер либо фломастер.

Дополнительные материалы, которые могут понадобиться:

основа для антенны (например, деревянная рейка);
клей;
изоляционная лента.

Ручной расчет

Размеры антенны Харченко напрямую зависят от диапазона принимаемых частот.

Расчет под эфирное телевидение заключается в определении длины волны и переносе значений на собираемое устройство. Цифровые телеканалы транслируются в стандарте DVB-T2 на радиочастотах, которые варьируются от 400 до 800 МГц и отличаются в зависимости от региона.
Точный диапазон для вещающих мультиплексов вы узнаете из инструкции по определению частот цифрового ТВ.

В Москве вещание 1 мультиплекса идет частоте 546 МГц (ТВК 30), 2-ого — на 498 МГц (ТВК 24 ). Я хочу принимать оба пакета, поэтому беру среднее значение:

(546 + 498)/2 = 522 МГц .

Вычисляем длину волны по формуле:
λ = с/F , где:
λ — длина волны;
с — скорость света (3×10 8 м/с);
F — частота.
Подставляем значения:
λ = 300/522 ≈ 0,5747 м = 57,47 см.

Можно использовать полученную величину, но для практического применения она может оказаться слишком большой. Мы имеем право взять ровно половину или четверть длины волны:

λ/2 = 0,5747/2 ≈ 0,287 м = 28,7 см.

λ/4 = 0,4918/4 ≈ 0,143 м = 14,3 см.

Зная длину волны, производится расчет размеров рамки. На примере значения 575 мм получаем следующее:

длина внешней стороны ромба: 575/4 = 143,75 мм;
общая длина проволоки – 1150 мм.

Калькулятор антенны Харченко

Калькулятор не помещается в окно полностью, поэтому прокручивайте голубое окно вверх-вниз, вправо-влево, чтобы заполнить все поля.

Сборка

Настройка

После сборки включите телевизор и выполните поиск цифровых каналов. Если у вас приставка — запустите автопоиск на ней. Дальше анализируйте:

Прием сигнала хорошего качества.
Можно закрепить полученную рамку на любую поверхность при помощи клея или жидких гвоздей. Кабель тоже нужно зафиксировать, чтобы не нарушать слабое место пайки.
Качество принимаемого сигнала недостаточно хорошее.
Попробуйте переместить антенну: меняйте вертикальные и горизонтальные углы наклона. Если это не помогает, то нужно усилить принимаемый сигнал, используя рефлектор.

Изготовление рефлектора

Рефлектор представляет собой экран, расположенный за основной рамкой антенны. Для изготовления подойдет металлическая пластина или стеклотекстолит, используемый для печатных плат. Можно взять решетку, состоящую из металлических прутьев. Или можно сделать экран самостоятельно из плотной фольги, наклеенной на твердую основу нужного размера.

В данном примере экран сделан из стенки корпуса домашнего ПК.

К расположению рефлектора предъявляются следующие требования:

В этом примере проставки сделаны из старых маркеров, которые стягиваются пластиковыми жгутами.

Рекомендуем полную пошаговую видеоинструкцию по изготовлению биквадрата с экраном:

Для модемов 3G и 4G

Использование биквадратной антенны не ограничивается только приемом цифрового телевидения. Когда скорость работы мобильного интернета неудовлетворительна, антенна Харченко тоже может помочь.

Сначала, как и в случае с цифровым телевидением, необходимо выяснить частоту передачи 3G- или 4G-сигнала (LTE). У каждого оператора сотовой связи она своя, но находится в диапазоне 1.9–2.1 ГГц. Расчетное значение длины волны составляет от 14 до 16 сантиметров.

Исходя из этого получаем следующие размеры антенны:

для 1,9 Gz = 3,5 сантиметра;
для 2,1 Gz = 4 сантиметра.

Собирается конструкция так же, как и для цифрового ТВ.

Не помешает для данной антенны и рефлектор. Расстояние между ним и приемником следует обеспечить равным 2,3 сантиметра. К готовой антенне припаивается кабель сопротивлением 50–65 Ом, а на другой конец — штекер Jack 3,5 мм, который вставляется в антенный вход модема.

Иногда в 3G-приемниках отсутствует разъем 3,5 мм и к ним невозможно подключить внешние антенны. Тогда следует разобрать модем и подсоединить изготовленную конструкцию вместо встроенной.

Для сотового телефона

Обычные GSM-телефоны основаны на приеме радиосигнала ультракоротких волн (УКВ) на частоте 900 или 1800 МГц. Чем выше это значение (короче длина волны), тем дальше он распространяется, но хуже огибает препятствия. То есть в бетонных джунглях лучше работает GSM на частоте 900 МГц, а вот за городом, на даче – 1800 МГц.

В современном телефоне уже нет возможности для свободного подключения внешней антенны. Однако внутри каждого из них есть встроенная, и разъем у нее универсальный. Поэтому в местности, где сотовой связи нет, вы можете найти старый телефон с возможностью подсоединить антенну или разобрать новый и подключить к нему внешнюю.

Живые примеры

На пробке из под 5л бутылке С экраном из мелкой сетки С экраном из крупной сетки LTE Удобное крепление 1 Удобное крепление 2 Вариант от подписчика 3G

Вместо заключения

Все описанные в этой статье принципы передачи информации основаны на радиоволнах. Хотя прогресс не стоит на месте и скорость передачи информации растет, принципы радиотехники остаются неизменными. Антенна Харченко – простое и эффективное устройство для приема слабого сигнала как цифрового телевидения, так и мобильного интернета.

Главный редактор и автор многих публикаций на сайте. Увлекаюсь современными телекоммуникационными технологиями.

Хорошая антенна. Покупал несколько разных и дорогих антенн — эта работает лучше всех покупных (те сдал обратно в магазины). Теперь вопрос: можно ли раздать с этой антенны сигнал по Wi-Fi на несколько смарт-ТВ? Есть ли в природе такие устройства? не хочется тянуть кабель — ремонт закончил уже.

Денис, спасибо за грамотное и развернутое дополнение!

Нарисуйте, как это выглядит?

Усиление антенны не бывает равной 0. наихудшее значение равно 1 это для всенаправленной антенны. любая хоть сколько то направленная(с диаграммой направленности направлением меньше шара) имеет КУ больше 1.

Когда усиление равно 0, то КУ равен 1.

как я понял вы хотите смотреть смарт тв через интернет тогда надо подключить антенну к модему с симкой сотового оператора чья связь лучше в вашей местности а модем подключить к роутеру с функцией wi-fi

Алексей, большое спасибо вам за критику! Замечание абсолютно по делу!

А в центре антенны ( там где производится пайка) какое расстояние между проволокой, около 1 см?

Сергей, да, примерно 1 см. Но ничего страшного, если будет плюс минус 5 мм. Главное, чтобы контакта между местами сгиба не было.

Изображена антенна для вертикальной поляризации радиоволны.Не нужно ли её повернуть на 90 градусов для приёма DTV?

Виктор, не нужно.

У меня вертикальное положение антенны
даёт лучший сигнал

Тогда вопрос из предыдущего.Все ли передатчики (ретрансляторы) мультиплексов DTV работают на вертикальной поляризации

Здравствуйте. Сможете ли вы проконсультировать куда подключить внешнюю антенну в 3g роутеру. Снимки платы вышлю.

Здравствуйте. Можно не снимать изоляцию с медного провода, что бы не окислялась ?

Зависит от материала изоляции. Есть не радиопрозрачные изоляционные материалы. Проверить легко с помощью микроволновки. Кусочек изоляции провода (без металлической жилы) поместить в микроволновку на минуту. Если нагрелся, материал изоляции не радиопрозрачный и его лучше снять.

Можно ли вместо рефлектора использовать спутниковую тарелку? И нужно ли в таком случае размещать антенну в точке установки конвектора или выдерживать расстояние D из калькулятора?

Спасибо за информацию .

Скажите пожалуста, а чем обусловлено то что можно взять четверть или половину длины волны за сторону ромба (как и целую длину волны)? Какие физические основание что сигнал при таких длинах усиливается? Сперва подумал что для 3g/4g (2100/1800 Мгц) можно взять целую длину волны. Хотя для частоты 900 Мгц, это уже и накладно и труднее реализовать при длине волны 33,333 см. Также интересно чем обусловлено что растояние до экрана должно быть L/7 — это также теория или практические изыскание? Так как частоты в операторов несколько отличаются даже в отдельном диапазоне, то думаю в расчете длины можно просчитатся на 3-5 мм. Как это повлияет на уменьшение усиление сигнала? Надо тоже практически определять? Мобильные приложение могут подсказать лиш band, или номер канала по которому можно определить лиш сам диапазон.

А если, на обычную антенну один мультиплекс ловит отлично, 100%, а второй вообще ноль, что может быть?

Для уверенного приема цифрового эфирного сигнала и показа телевизионных каналов нужна правильная антенна. Лучшим способом является покупка фабричной конструкции с усилителем. Так получится словить до 30 эфирных каналов стандарта DVB-T2 на территории РФ даже при сильной отдаленности ретранслятора.

Понятие антенны Харченко

Это зигзагообразная антенна, которая внешне выглядит как два квадрата, скрепленные между собой. Каждый угол вибратора равняется 90°.

Прием сигнала на достаточном уровне обеспечивается из-за конструктивного исполнения, соблюдения величин, длины проволоки. Именно по этой причины важно максимально точно сделать расчет антенны под цифровое эфирное телевидение. Необходимо высчитать длину проводника.

Ромбовидная антенна, кроме большой сферы применения, имеет следующие достоинства:

высокий коэффициент усиления;
широкая область применения (описали абзацем ранее);
широкополосность – способна принимать одновременно волны метровой и дециметровой длины, а значит, получится настроиться сразу на цифровые и аналоговые каналы;
легкость и дешевизна изготовления. Получится сделать антенну Харченко своими руками для цифрового ТВ даже новичку. Нужно только сделать простой расчет под конкретные нужны, согнуть по шаблону кусок медной проволоки и подключить к конструкции антенный кабель.

Делаем биквадратную антенну своими руками

Временные затраты на сбор конструкции составляют максимум 1 ч. Если умеете управляться с инструментами, и есть хоть какая-то сноровка в сборе других конструкций, то получится уложиться в 30-40 минут. Элементы для сооружения часто можно найти в домашних условиях. В крайнем случае составляющие легко купить на радиорынке или в строительном магазине.

Материалы и инструменты

проволока из меди с сечением 1,5-5 мм (алюминиевый проводник или другой материал лучше не использовать, так как на них сложно сделать пайку, а эти места прямо влияют на потери сигнала);
коаксиальный кабель с сопротивлением 75 Ом (для цифрового телевизионного вещания), длиной 3-5 м (зависит от места размещения антенны, чем дальше установка от телевизора, тем длиннее будет кабель);
плоскогубцы, чтобы согнуть проволоку в нужных местах, если материал толстый и руками сделать изгибы проблематично;
материал для зачистки мест, с которыми будет соединяться кабель (напильник или наждачка);
рулетка, сантиметр или линейка, чтобы точно измерить длину элемента;
паяльник, материалы для легкой и качественной пайки (канифоль, олово);
F-штекер, который монтируется на второй конец кабеля и вставляется в антенный разъем телевизора.

Если установка антенны будет выполняться на крыше частного дома, может понадобиться деревянный, пластиковый или даже металлический длинный брусок. Он будет служить в качестве матчи, на которую закрепится конструкция Харченко.

Для защиты соединений при установке снаружи зданий лучше защитить антенну от влияния влаги. Стык и места пайки проще всего обмотать изолентой. Этот вариант простой, так как изоленту в любой момент можно содрать и получить доступ к соединениям. Вариантом, который надежно закроет соединения (но намертво), выступает заливка эпоксидной смолой, силиконовым герметиком, термоклеем или лаком.

Видео

Расчет вручную

Расчет антенны для Т2 можно не выполнять, но тогда нет уверенности, что вы вообще сможете смотреть цифровые каналы. Поэтому требуется иметь точные данные, это позволит словить минимум 20 каналов в вашем регионе. Тридцать каналов (третий мультиплекс) возможно смотреть только в Москве, области и Крыму.

Выполним расчет на примере города Санкт-Петербург.

По этой же карте вы сами можете узнать свои частоты. В строку поиска пропишите свой точный адрес и на карте кликните по своему дому.

Высчитываем длину по формуле: λ = c/F, где

λ — искомая длина волны;
C – скорость света (3*10 8 м/с, что равно 300 с);
F – средняя частота, определенная ранее (626 МГц).

Если подставить имеющиеся значения в формулу, то получим следующее:

λ = 300/626 ≈ 0,4792 м ≈ 47,92 см.

Это цифра, которая равняется длине медного проводника для изготовления одного ромба.

λ = 47,92 см/2 = 23,96 см;
или λ = 47,92 см/4 = 11,98 см.

Теперь стоит рассчитать длину каждой стороны ромба. Будем использовать первоначальное значение 47,92 см.

Значит, сторона будет равняться L = 47,92/4 = 11,98 см ≈ 12 см.
Общая длина, необходимой для сгиба целой антенны (двух ромбов) проволоки, равна 47,92*2 = 95,84 см ≈ 96 см.

Калькулятор антенны Харченко

Все размеры указываются в миллиметрах. Слева на рисунке указаны нужные величины.

Изготовление

Варианты исполнения (фото)

Монтаж штекера

Подключение антенны к телеприемнику осуществляется посредством переходника (штекера). Деталь монтируется на второй свободный конец антенного провода.

Переходник состоит из двух частей – самого разъема и штекера. Последний перед монтажом на кабель необходимо выкрутить, а после вкрутить обратно.

Снимите 10-12 мм верхнего ПВХ-слоя кабеля. Надрезайте материал аккуратно, чтобы не надрезать внутренний изолирующий слой.

Настройка антенны

Антенна в собранном виде по инструкции выше уже может ловить DVB-T2 каналы.

Чтобы увидеть хоть какой-то результат, если он конено есть, необходимо выбрать номер ТВК (узнавали ранее на интерактивной карте ЦЭТВ). Если выбран произвольный канал, то на его частоте с большей долей вероятности не будет вещания в вашей местности, поэтому и сигнал не появится.

Усилить антенну можно, если оборудовать ее рефлектором.

Делаем рефлектор

Рефлектор представляет собой металлическое основание, расположенное за основной конструкцией. Он будет отражать сигнал на основной принимающий элемент, тем самым усиливая его.

сплошной лист из металла;
электрическая плата, одна стороной которой покрыта сплошным медным слоем;
любая прочная поверхность, на которую с отражающей стороны наклеен слой фольги;
решетка из металлических проводников (по типу клетки для животных).

На фото ниже рефлектор представлен куском металла из корпуса системного блока компьютера.

На примере ниже показано крепление с использованием оболочки маркера и хомута. Вынимается внутренний чернильный стержень и через оболочку продевается хомут.

А как насчет усилителя

Для максимально дальнего приема к антенне можно подключить усилитель. Последний бывают двух видов:

внешний (выносной), который крепится после антенны, врезается в кабель внутри помещения;
внутренний, подсоединяется сразу на антенне, прячуется, как правило, в пластиковый корпус.

С внутренним вопросов не возникает, необходимо лишь разрезать кабель в нужом месте и сделать подсоединение через два F-разъема.

А вот внешний крепится сразу к двум изгибам на ромбе. Поэтому дополнительно необходимо продумать защиту (короб).

Кроме монтажа усилителя, необходимо обеспечить питание антенне.

Если антенна Харченко соединена напрямую с телевизором, то обязательно нужен вешний блок питания.

Тогда в телевизор кабель от антенны вставляется через сепаратор, который находится на проводе блока питания.

Если к телевизору подключена телевизионная цифровая приставка, тогда подать питание можно через меню поиска устройства. В таком случае внешний питающий блок не нужен.

Двойной квадрат для 3G и 4G

Алгоритм изготовления идентичен антенне для приема каналов Т2. Разница только в расчетах, конструкция будет иметь другие размеры.

Необходимо узнать частоты, на которых транслируется 3G и 4G сигнал. Каждый мобильный оператор передает сигнал на индивидуальной частоте. Но для всех провайдеров действительный диапазон 1,9-2.1 ГГц. Применив эти цифры к формуле, получим расчетную длину волны 14-16 см.

Исходя из этого, размер одной стороны будет составлять:

35 мм для частоты 1,9 ГГц;
40 мм для 2,1 ГГц.

Рефлектор монтируется на расстоянии 23 мм от основной рамки. Вместо антенного штекера на второй конец провода монтируется знакомый всем штекер 3,5 мм. Он подключается к антенному гнезду интернет-модема.

Если разъема под внешнюю антенну в модеме не предусмотрено, тогда нужно разобрать устройство и подсоединить самодельное устройство.

Антенна для мобильного телефона

Телефоны, работающие на стандарте связи GSM, принимают сигнал высокой частоты ультракоротких волн (900 или 1800 МГц). Чем выше частота, тем дальше передача, но меньше способность обходить преграды. Это значит, что в застроенной местности эффективнее работает сигнал с частотой 900 МГц. А на дальней просторной местности, например, загородом, на даче, лучше будет частота 900 МГц.

Подобная антенна для усиления мобильной связи больше актуальна именно в загородной области. Поэтому необходимо соорудить конструкцию, которая будет рассчитана по частоте 900 МГц.

Получаем длину волны по основной формуле: λ = 300/900 = 333 мм.

Значит, общая длина проводника 333*2 = 666 мм. А размер стороны составит примерно 333/4 = 83 мм.

Современные мобильные исключают возможность свободного подключения внешней антенны. Организовать подключение возможно только после разборки девайса. Поэтому проще всего использовать антенну совместно со старым телефоном, в котором есть разъем для внешнего приемника.

Читайте также: