Широкополосная антенна своими руками для сканера

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 18.09.2024

Сделать антенну для радио своими руками несложно, если понимать, что из себя представляет и каким образом распространяется радиоволна. Всегда можно подобрать простую и недорогую конструкцию.

Какие есть виды антенн

Радиоантенны делятся по назначению:

для домашних детекторных приемников и музыкальных центров;
автомобильные;
авиационные;
специальные (спутниковой связи, военные).

Улавливающие устройства отличаются диапазоном — от КНЧ (крайне низкие частоты) с длиной волны 10000 км и более) до ГВЧ (гипервысокие частоты) с размером колебаний 0,1-1 мм.

Для эфирного вещания используются частоты 148,5 кГц — 108 МГц.

В быту используют следующие конструкции:

устройства с разворотом — апертурная антенна;
изделия с бегущей волной;
линейные приборы.

Антенны классифицируют по форме и материалу на:

телескопические;
рамочные;
штыревые;
проволочные;
стержневые;
фольгированные;
коаксиальные.

По диаграмме направленности конструкции могут быть узконаправленными и круговыми. По полосе пропускания различают узко- и широкополосные приборы.

Особенности распространения радиоволн

Ультракороткие волны с частотной модуляцией — frequency modulation (FM) — не огибают препятствия, имеющие размеры больше нескольких метров. Ионосфера земли для них прозрачна. Поэтому считается, что УКВ распространяются только в пределах прямой видимости. В помещениях радиоприемник улавливает в большинстве случаев неоднократно отраженный от разных объектов сигнал.

На качество передачи информации влияют осадки в виде снега и дождя, а также источники электромагнитных помех:

распределительные подстанции;
линии электропередачи;
работающий у дома крупногабаритный транспорт.

Например, однотонный низкочастотный звук в магнитоле — следствие работы расположенного недалеко генератора переменного тока.

Дальность распространения волны зависит от мощности радиостанции.

При отражении радиоволн от препятствий они взаимно усиливаются при синфазном сложении или ослабляют друг друга в случае противофазы. Кроме этого, если присутствует синфазное переотражение от поверхности земли, то формируются участки с максимальным уровнем сигнала — зоны Френеля.

Картина распределения волн для выбранного места определяет диаграмму направленности антенны, которая нужна, чтобы обеспечить качественный прием.

Создаем антенну

Для устойчивой работы приемного устройства требуется обеспечить следующие параметры:

Наиболее простая схема у полуволнового вибратора, который подойдет для мобильных аппаратов, но не отличается направленностью и помехозащищенностью.

Если нужна антенна для стационарного радио, а расположение передающей станции точно скоординировано, лучше выбрать изделие по типу волнового канала. Узкий луч такой конструкции обеспечивает избирательный прием с минимальным захватом посторонних шумов и помех.

Когда требуется расширить диапазон у имеющейся антенны, можно добавить параллельно несколько вибраторов, пересчитав длину по специальной таблице.

Трубная антенна

Чтобы сделать устройство для приема радиоволн, задействовав контур отопления или водопровода в доме, нужно предварительно подготовить остальные элементы самодельного приспособления:

Ферритовый сердечник. Например, можно взять деталь от трансформатора черно-белого телевизора, собранного на лампах, из схемы строчной развертки.
2 м медного провода диаметром 0,25 кв. мм для монтажа.
Фольгу из латуни или меди хорошего качества.
Изоленту и клей. Подойдет ПВА.
Разъем для подсоединения готового изделия к радиоприемнику.

Порядок сборки антенны:

На одну половину ферритового сердечника наматывают катушку индуктивности. Для этого бумага в 2 слоя укладывается на сердечник и закрепляется изолентой.
Оставляется 1 см перекрытия, прокладывается один слой фольги. Стороны витка изолируются липкой лентой.
На металлизированную поверхность наматывается катушка из 25 колец провода.
На 25, 12 и 7 витке делаются выводы.
Вся конструкция вновь накрывается металлизированным экраном.
25 и 12 контакты контура подключаются ко входу приемника, а с 7 вывод заземляют. Если будет нужна дополнительная настройка качества сигнала, то подбирают обмотки в связном контуре.

Мощность на входе радио увеличивается в 2 раза за счет вертикального положения труб. Аппаратура такой схемы защищена от помех, т. к. трубопровод чаще всего безопасно заземлен.

Антенна из фольги

Для УКВ-диапазона можно изготовить антенну из металлической фольги.

Понадобятся следующие инструменты и материалы:

припой, флюс, паяльник;
разъем для соединения с радиоприемником;
кусок экранированного кабеля с R = 50-75 Ом;
квадратный отрез металлизированного материала (лучше медного);
диэлектрик — текстолит, ДВП, сухая доска по размеру изделия.

Нужно вырезать рамку из фольги в форме незамкнутого квадрата шириной 1,5 см со сторонами 13-15,5 см.
Внизу рамки делают прорезь 1-1,5 см.
На ровный жесткий диэлектрик клеят изготовленную ранее рамку.
Зачищают 3-4 см провода и припаивают жилу и экран к нижним сторонам рамки возле разреза.
С другого конца подсоединяют разъем так, чтобы металл соединялся с “землей” приемника, а жила — с антенным входом.

Устройство можно разместить в помещении или на открытом воздухе. Для улучшения качества сигнала подбирают высоту и угол поворота самодельной антенны.

Всенаправленная FM-антенна из коаксиального кабеля

Почти круговая диаграмма направленности получается у приспособления для приема радиоволн, сделанного из коаксиального кабеля.

Чтобы самому собрать устройство, понадобятся:

Мачта (из дерева или другого диэлектрика).
Труба полихлорвиниловая диаметром 20-24 мм и длиной 1,5-2 м.
Не менее 1,5 м РК (для телевизора).

Изделие, рассчитанное на работу в диапазоне 87,5-108 МГц, собирается в следующем порядке:

С одной стороны коаксиального кабеля длиной 75 см аккуратно удаляют изоляцию без повреждения экранирующей оплетки.
Экран немного сжимают, как пружину. Когда он станет свободней двигаться, выворачивают его на изолированный участок наизнанку. Вывернутая часть согласует антенну с РК по волновому сопротивлению и одновременно служит противовесом.
Получившийся штырь помещают в ПВХ-трубу и крепят к мачте.
Центральную жилу подключают ко входу приемника. Если он отсутствует, то к металлической телескопической антенне, например у магнитолы.
Экран соединяют с “землей” или минусом батареи.

Экранированный кабель хорошо работает в условиях помех. Для настройки качества сигнала меняют высоту и месторасположение конструкции. Так как длина антенны — 75 см, она считается четвертьволновой — 1\4 часть от 3 м (приблизительная длина принимаемой волны).

Проволочная антенна

Простая формула для расчета длины волны: 300/частоту (МГц). Для радиостанций FM — 2,7-3,4 м.

На основе этой информации можно сделать для дома антенну из проволоки.

Понадобится изготовить рамку в соотношении 1,01-1,02 к величине волны:

Если материал диаметром 3 мм и толще, то выбирают пропорцию 1.01. Стороны прямоугольника должны относится друг к другу как 2,02:1.
Диаграмма направленности проволочного рамного приемного устройства — в форме восьмерки. В том случае, когда в помещении можно задействовать окно, которое расположено в направлении радиостанции, рамку крепят скотчем к стеклу.
Концы рамки соединяют с радиоприемником экранированным кабелем с сопротивлением 50-75 Ом. На вход магнитолы подключают центральную жилу, а экран — к общему проводу.

Сделанное своими руками изделие часто работает лучше покупных дипольных антенн.

Все соединения лучше пропаять, чтобы обеспечить хорошее качество сигнала.

Если конструкция расположена на траверсе или мачте, то середину рамки — точку с нулевым потенциалом — можно заземлить. Это обезопасит работу прибора во время грозы и улучшит электростатические характеристики антенны.

Подключение антенны

Даже правильно рассчитанная и хорошо сделанная антенна будет работать плохо, если допустить ошибки в подключении.

Нужно соблюдать следующие условия:

Использовать экранированный кабель.
Надежно пропаивать контакты и разъемы.
Следить за плотным соединением жилы и экрана с входной группой радио.
Заземлять антенну.
При наличии помех при питании радиоприемника от сети, когда нет заземляющего провода в розетке, магнитолу или транзистор лучше соединить с землей. Для этого в большинстве аппаратов предусмотрено специальное гнездо или клемма.

Если качество приема не устраивает, а изменение расположения и направления антенны не помогает, придется ставить усилитель.

Несложная и малозатратная схема такого устройства собирается, например, на микросхеме фирмы RFMD SPF5043Z. Достоинство конструкции — плату можно сделать без химии на 2-стороннем текстолите размером 15-20 мм и разместить в экранированный корпус.

Причины затухания сигнала

Цифровые и аналоговые сигналы постепенно затухают при движении в передающей среде. Снижение амплитуды указывается в дБ — децибелах. Ослабление ЭМВ в 2 раза соответствует потерям в 6 дБ.

Величина затухания зависит от:

расстояния, которое проходит электромагнитная волна;
несущей частоты передатчика (чем выше, тем больше потери) или длины волны;
состояния и материала проводящей среды;
наличия помех на пути распространения ЭМВ;
качества регенерации и коррекции;
формы сигнала.

Цифровой дискретный радиосигнал, проходя через повторитель, чаще всего полностью восстанавливается без потери информации.

Аналоговые сигналы при усилении сохраняют все приобретенные искажения и шумы. Соотношение сигнал\шум постепенно ухудшается, и в некоторый момент усиление теряет смысл, т. к. невозможно восстановить информацию.

Наиболее характерная форма помех для линий передач — перекрестная наводка. Причиной появления искажений могут быть неисправности оборудования, трещины изоляции. При передаче сигналов по проводам для устранения помех пары перевивают.

Экранирующие свойства материалов стен и отделки зданий также способны ослабить радиосигнал. Сильный экран — металлический сайдинг, алюминиевые сэндвич-панели, крыши из профлиста, металлочерепицы и т.д.

Диапазон частот 1-30 МГц традиционно называется коротковолновым. На коротких волнах можно принимать радиостанции, расположенные за тысячи километров.

Какую антенну выбрать для коротковолнового приёма

Независимо от того, какую антенну вы выберите, лучше всего, чтобы она была внешней (на улице), наиболее высоко расположена и находилась подальше от линий электропередач и металлической крыши (для снижения помех).

Почему внешняя антенна лучше комнатной?

В современной квартире и многоквартирном доме находится множество источников электромагнитного поля, которые являются настолько сильным источником помех, что зачастую приемник принимает одни помехи. Естественно, что внешняя антенна (даже на балконе) будет меньше подвержена действию этих помех. Кроме этого, железобетонные здания экранируют радиоволны, а следовательно внутри помещения полезный сигнал будет слабее.

Всегда используйте коаксиальный кабель для связи антенны с приемником, это также снизит уровень помех.

Тип приемной антенны для приема на коротких волнах

На самом деле, на КВ диапазоне тип приемной антенны не критичен. Обычно бывает достаточно провода длинной 10-30 метров, а коаксиальный кабель можно подключить в любом удобном месте антенны, хотя для обеспечения большей широкополосности (многодиапазонности), кабель лучше подключать ближе к середине провода (получится Т-антенна с экранированным снижением). В таком случае оплетка коаксиального кабеля к антенне не подключается.

Проволочные антенны

Трансформатор для антенны длинный провод 9:1

Согласующий трансформатор WR LWA-0130, соотношение 9:1

Активная антенна

Если у вас нет возможность повесить внешнюю антенну, то можно использовать активную антенну. Активная антенна — это, как правило, устройство, сочетающее в себе рамочную антенну (или ферритовую или телескопическую), широкополосный малошумящий высокочастотный усилитель и преселектор (хорошая активная КВ антенна стоит свыше 5000 рублей, правда для бытовых радиоприемников нет смысла приобретать дорогую, вполне подойдет что-то вроде Degen DE31MS). Для снижения помех от сети лучше выбрать активную антенну, работающую от батареек.

Смысл активной антенны в том, чтобы как можно сильнее подавить помеху и усилить полезный сигнал на уровне РЧ (радиочастоты), не прибегая к преобразованиям.

Кроме активной антенны можно использовать любую комнатную, которую сможете сделать (проволочную, рамочную или ферритовую). В железобетонных домах комнатную антенну надо располагать подальше от электропроводки, ближе к окну (лучше на балконе).

Магнитная антенна

Магнитная рамочная антенна

Заземление

Не стоит забывать о заземлении, хотя бы через трубу отопления. Для этого нужно напильником зачистить до металла небольшой участок трубы и хомутом прижать провод заземления.

Борьба с помехами радиоприему

Для борьбы с помехами и перегрузками можно использовать преселектор (антенный тюнер). Использование этого устройства позволяет до определенной степени подавить внеполосные помехи и сильные сигналы.

К сожалению, в городе все эти ухищрения могут не дать желаемого результата. При включении радиоприемника слышен только шум (как правило, шум сильнее на низкочастотных диапазонах). Порой начинающие радионаблюдатели даже подозревают свои радиоприемники в неисправности или недостойных характеристиках. Проверить приемник просто путем отключения антенны. Отключите антенну (сложите телескопическую антенну или переключите на внешнюю, но ее не присоединяйте) и отсчитайте показания S-метра. После этого выдвиньте телескопическую антенну или подключите внешнюю. Если показания S-метра значительно увеличились, значит с радиоприемником все в порядке, а вам не повезло с местом приема. Если уровень помех близок к 9 баллам или выше, то нормальный прием будет невозможен.

Поиск и устранение источника помехи

Конечно, самая лучшая КВ антенна — направленная (волновой канал, QUARD, антенны бегущей волны и т.д.). Но будем реалистами. Построить направленную антенну, даже простую, довольно сложно и дорого.

Основная рекомендация – расположение антенны на наибольшей высоте и подальше от линий электропередач!

Почему широкополосная базовая антенна (wideband antenna) лучше? В современной квартире или офисе находится множество источников помех. Естественно, что внешняя широкополосная антенна (даже на балконе) будет меньше подвержена их действию. Кроме того, железобетонные стены экранируют радиоволны, и полезный сигнал внутри помещения будет меньше. Всегда используйте хороший коаксиальный кабель для подключения антенны к приемнику, это также снизит уровень помех. Не рекомендуется длина кабеля более 15-20 метров.

Типы приемных антенн
Широкий ассортимент приемных базовых антенн можно свести к нескольким основным типам.

Дискоконусная антенна.

Особенности широкополосной дискоконусной антенны:

Круговая диаграмма направленности,
Широкополосность,
Небольшие габариты,
Возможность работать на передачу в некоторых диапазонах

Дискоконусная антенна представляет собой диск (излучающий элемент) и конус (противовес излучающему элементу). В диапазонах от VHА до UHF размеры дискоконусных антенн остаются приемлемыми, но с уменьшением частоты до HF размеры становятся неудобными для монтажа.
Существует вариант увеличения нижней границы полосы приблизительно до 25 МГц. Для этого к диску (или заменяющим его проводникам) подключают дополнительный штырь, тем самым увеличивая полосу. Для уменьшения взаимовлияния на диск, штырь “отсекается” от него с помощью небольшой индуктивности. Но подобный вариант может превратить антенну в крупногабаритную, кроме того, передачу вести в дополнительном диапазоне нельзя.
Тем не менее, для сканирующих приемников широкополосная дискоконусная антенна подходит почти идеально.
Пример таких антенн AOR DA3200, ICOM AH-8000

Активная антенна

Если у вас нет возможности смонтировать внешнюю широкополосную антенну, то можно использовать активную антенну с меньшими габаритами. Активная антенна – это устройство, сочетающее в себе рамочную антенну (или ферритовую или вертикальную), широкополосный малошумящий высокочастотный усилитель и (или) преселектор.
Цель использования активной антенны в том, чтобы как можно сильнее усилить принимаемый радиосигнал, не прибегая к его преобразованиям и избежать его ослабления в кабеле.
Пример усилителя DIAMOND DMAX50

Повышение помехоустойчивости приема
В условиях города, для борьбы с шумами, помехами и перегрузками рекомендуется использовать перестраиваемый или фиксированный преселектор (фильтр). Применение подобного устройства позволяет подавить внеполосные помехи и сильные побочные сигналы.
Пример фильтра AOR ABF128

Логопериодическая (направленная) антенна

Узкополосная и направленная антенна (волновой канал, антенна бегущей волны и т.д.) очень эффективна. Но направленные антенны для использования со сканирующим приемником, особенно широкополосные, достаточно дороги. Применяются в диапазонах от КВ до СВЧ.
Пример такой антенны CREATE CLP-5130

Магнитная антенна (магнитная рамка)

Магнитные антенны (рамочная или ферритовая), в той или иной мере, при благоприятном стечении обстоятельств, позволяют снизить уровень шума (вернее будет сказать, повысить соотношение “сигнал-шум”) за счет своих селективных свойств. Более того, широкополосная магнитная антенна не принимает электрическую составляющую электромагнитного поля, что также снижает уровень помех. Применяются в основном в диапазонах КВ.
Пример такой антенны AOR LA400

Вниманию читателей предлагается простая широкополосная антенна, работающая в метровом диапазоне на 3. 12 каналах и в дециметровом - на 24. 41 каналах.

У нас в городе вещание на метровом диапазоне ведется с вертикальной, а на дециметровом - с горизонтальной поляризацией волн. Антенна состоит из двух вибраторов. Вибратор метрового диапазона согнут под углом 120°. Перед ним расположен вибратор дециметрового диапазона (рис.1). Развертка полотна антенны по казана на рис.2. Вибраторы сгибаются под углом 90° друг к другу. Вид антенны спереди показан на рис.3, общий вид - на рис.4. Антенна вертикальной поляризации метрового и горизонтальной дециметрового диапазонов показана на рис.5,6. Полотно антенны изготавливается из любого материала (трубки, прут ка, проволоки, шины силового кабеля) диаметром 8. 20 мм. Вибраторы антенны можно-изготовить отдельно и соединить сваркой или винтами. Кабель снижения подключается в точках А и В. Вариант крепления к мачте и дополнение антенны траверсой с директорами дециметрового диапазона показан на рисунках ниже.

Литература
1. Жеребцов И.П. Радиотехника. - М.: Связь, 1964.
2. Малинин Р.П. Справочник радиолюбителя конструктора. - М.: Энергия, 1973. А.ИЛЬИН, г.Липецк. (РЛ-1/99)

В статье "как не нужно выбирать антенну для Т2" упоминается “народная Z-антенна ДМВ”. Эту антенну мы не рекомендуем для повторения по причине высокого КСВ в рабочей полосе частот. Многие могут прийти к выводу, что сама идея такой антенны ошибочна. Это далеко не так. Просто эта конкретная конструкция является неоптимизированным вариантом. А чего так? Спросите вы. А потому что оптимизация конструкции в доцифровую эпоху требовала много ресурсов и времени, причем не каждая антенна проходила такую процедуру. Но эта конструкция была оптимизирована и оптимальный вариант описан в книге: Кисмерешкина В. П. - "Телевизионные антенны для индивидуального приема". Кроме того, эта антенна широко использовалась в радиостанциях как профессиональная, фото можно посмотреть вот на этом форуме . Но так случилось, что в народе распространение в свое время получил вариант без оптимизации благодаря публикации в радиолюбительском массовом издании, а оптимизированный вариант и сейчас мало кому известен. Давайте исправим этот пробел.

Как мы отметили в статье об антенне Харченко для DVB-T2 (которую в народе часто тоже называют Z-антенной или антенной "Зигзаг"), современный диапазон ДМВ, отведенный для нужд цифрового телевидения, значительно шире чем старый советский стандарт. Поэтому для перекрытия этого диапазона желательно применять высокоомные рамки с периметром 1.5λ. Поскольку в данном случае мы имеем дело с той же антенной Харченко, только оснащенной по бокам дополнительными шунтами с распределенной емкостью, мы можем поступить таким же образом. Кроме того, для простоты желательно для сборки антенны взять стандартные алюминиевые полосы 20х2 мм из строительного магазина, а не вырезать полукруглые элементы. Именно благодара этому упрощению неоптимальный вариант народной z-антенны получил распространение. У нас же с вами будет вариант оптимальный, в чем нам кроме книги поможет расчет в программе HFSS.

Усиление антенны не менее 8.5 dBi, полоса пропускания по критерию КСВ Конструкция антенны (кликните для увеличения):

Рефлектор размером 500х500 мм располагается на расстоянии 135 мм от рамки. Рамка крепится к рефлектору в точках А-А металлическими шпильками. Точки В-В - точки подключения, симметричный вход антенны. Здесь крепятся клеммы из луженой жести к которым подключается симметризатор 300/75 Ом или усилитель. Параметры антенны на изображениях ниже (кликните для увеличения):

Коэффициент использования апертуры достигает 220% на нижних каналах и уменьшается до 100% на верхних, т.е. для такого усиления это достаточно компактная антенна и бесполезного перерасхода "железа" у нас нет. Ширина основного лепестка диаграммы направленности около 80°.

Алюминиевые полосы скрепляются внахлест с помощью болтов с гайками или заклепками в местах отмеченных черными точками на схеме. Пластины желательно взять на 20 мм длинее размеров указанных на чертеже. Таким образом нам понадобятся четыре пластины длиной 150 мм, четыре по 114 мм, четыре по 133 мм. Всего же с запасом достаточно 2 погонных метра алюминиевой полосы 20х2 мм. В качестве рефлектора можно использовать строительную оцинкованную сетку с ячейками 20х20 мм, которую можно укрепить на любом подходящем каркасе, даже деревянном. В итоге мы получаем относительно дешевую, простую широкополосную антенну на весь ДМВ диапазон.

Читайте также: