Широкополосный трансформатор для антенны своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 05.08.2024

Понадобился мне тут широкополосный симметрирующий трансформатор для балансного смесителя.Я его, конечно, сделал и хочу поделиться своим опытом.

Если уж в НЧ технике приходиться ухищряться при изготовлении трансформаторов, то, наверное, для изготовления ВЧ трансформатора с полосой 1 - 30 МГц все гораздо сложнее. Оказалось, что это все не совсем так.

В широкополосных усилителях и смесителях используют чаще всего широкополосные трансформаторы двух видов: с индуктивной связью между обмотками и трансформаторы на основе длинных линий (ШПТЛ).

С первым типом трансформаторов все понятно.

Энергия из первичной обмотки передается во вторичную через магнитный поток Ф. Поэтому в этом типе трансформаторов большую роль играет правильный выбор марки феррита, от чего зависят потери.

В некоторых статьях в сети, посвященных этой теме, а также в еще более многочисленных описаниях приемников, часто прослеживается мысль о том, что в ШПТЛ марка феррита не имеет значение - можно брать от 1000 до 100. Я решил проверить так ли все обстоит на самом деле, благо наличие NanoVNA делает это исследование очень доступным.

Для исследования я взял несколько типов колец, основным из которых были купленные на Али кольца зеленого цвета (10х6х5). С помощью измерителя индуктивности и программы Coil32 я рассчитал их проницаемость - получилось около 2000. Также у меня были наши кольца из феррита 2000НН (10х6х3), кольца черного цвета с Али (проницаемость около 800 18х10х8) и красные кольца с проницаемостью 10 (14х8х4). Вот что у меня получилось.

Первым я намотал "магнитный" трансформатор на зеленом кольце проводом ПЭЛ 0,33.

Те, кто часто заглядывает в книги Э Рэда "Схемотехника радиоприемников" и "Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике", наверняка, обращали внимание на разделы посвященные широкополосным трансформаторам. В этих разделах приведено много схем трансформаторов и популярно объясняется принцип их действия. Однако, до сих пор в эфире можно услышать жалобы радиолюбителей на "непонятную" работу этих устройств. У одних они нагреваются даже при небольшой мощности, у других портят КСВ антенно-фидерного тракта, у третьих работают по-разному на разных диапазонах.

В чем тут загадка? Или Э Рэд напрасно назвал эти трансформаторы широкополосными и гарантировал их работу в пределах шести - десяти октав? Это значит, например, что трансформатор должен сохранять свои свойства, начиная, предположим, от 1 МГц до сотен мегагерц.

В последние годы многие из нас обзавелись современными импортными трансиверами. А кто-то даже "раскрыл" их передающие тракты, и получил возможность работать на передачу в непрерывном диапазоне частот от 1,5 МГц до 30 МГц. Процедура "раскрытия", в общем, не имеет практического смысла для работы в эфире, но зато дает возможность иметь под рукой мощный и удобный измерительный комплекс. Передатчик превращается при этом в высокостабильный ГСС, снабженный КСВ-метром. Кстати, мало кто задумывался, почему у импортных трансиверов гарантируется постоянное выходное сопротивление, равное 50 Ом и мощность во всем диапазоне частот.

Попробуйте догадаться "с двух раз", как такое возможно и каким путем достигается. Так вот, если пропустить сигнал через самодельный широкополосный трансформатор, нагруженный на резистор, сопротивление которого пропорционально квадрату коэффициента трансформации, то в зависимости от конструкции трансформатора, КСВ-метр трансивера покажет ужасающие цифры - от 2 до 5 и более. К тому же, эти цифры будут изменяться от частоты А при увеличении мощности сигнала будет наблюдаться разогрев сердечника. Одним словом, мы получим как раз то, о чем говорят в эфире. И, как бы мы не перематывали трансформатор, значительного улучшения его работы мы не получим.

Так, что же, все-таки наш "классик Рэд" был не прав? Вовсе нет! Это мы просто не дочитали, что он дальше там пишет. А пишет он о том, что необходимо компенсировать паразитные индуктивные составляющие комплексного сопротивления обмоток трансформатора. В принципе, хороший результат дает как последовательное включение подстроечных конденсаторов с обмотками трансформатора, так и параллельное.

Эффект напоминает резонанс - КСВ на входе цепи "трансформатор-нагрузка" имеет явный минимум при строго определенных значениях компенсирующих конденсаторов. Но в отличии от резонансной цепи эта цепь будет частотно-независимой. В трансформаторе резко уменьшаются потери. Например, ферритовое кольцо диаметром один сантиметр легко выдержит мощность в сотню ватт.

Применив такой предварительно настроенный трансформатор можно уже не беспокоиться за этот узел и улучшать общий КСВ, например, фидерной системы, подбирая сопротивление только нагрузки, убирая только ее реактивные составляющие.

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.

Надежная антенна и качественный сигнал – что еще нужно телезрителю для просмотра любимых каналов? Но если с качеством телесигнала, как правило, самому ничего нельзя сделать, то решить проблемы с приемом можно с помощью самодельной антенны для цифрового эфирного ТВ. Если использовать прямые руки и точно следовать этой инструкции, результат может оказаться даже лучше, чем у фабричных устройств.

Варианты самоделок для приема DVB-T2

В России после введения федерального цифрового вещания по всей территории (за исключением некоторых районов, где оказалось дешевле всем жителям дать бесплатно пользоваться спутниковым вещанием) должны приниматься два мультиплекса – набора из 20 каналов, входящих в государственный пакет. Доступ к ним бесплатен, они передаются хоть и в цифровом виде, но открыто на дециметровом диапазоне.

Из физики известно, что размер вибраторов для эффективного приема должен быть сопоставим с самой длиной волны, ее половиной либо четвертью. Диапазон ДМВ означает, что радиоволны будут иметь длину менее метра (например, для часто встречающегося диапазона передачи 650 МГц это значение будет 0,46 м). Получается, что размах элементов должен быть равен этой величине либо ее половине. Из этого надо исходить при самостоятельном изготовлении антенны для цифрового ТВ.

Вариантов конструкций, подходящих для приема телевизионного сигнала стандарта DVB-T2, множество: ДМВ-диапазон и условия его приема досконально исследованы поколениями ученых-физиков и радиолюбителей.

Перед вами сравнительная таблица характеристик наиболее простых и эффективных самоделок, используемых для приема цифрового телевидения:

Тип антенны	Коэффициент усиления, дБ	Макс. дальность приема без усилителя, км	Макс. дальность приема с усилителем, км	Принимаемый диапазон, МГц
Петля из кабеля	0–3	15	15	440–800
Из пивных банок	3–5	15	40	470–622
Бабочка	5–11	20	70	Любой (по расчету)
Тройной квадрат	9	15	60	Любой (по расчету)
Антенна Харченко	5–6	10	50	Любой (по расчету)
Логопериодическая	8–12	30	100	Любой (по расчету)

слишком сложны , при этом эффективность не настолько выше, чтобы неподготовленному человеку имело смысл пробовать их изготовить;
дальнобойные, но узкополосные. Например, если оба мультиплекса разнесены на 6 и более каналов (что регулярно встречается у ретрансляторов в сельской местности), придется делать и настраивать две антенны конструкции Туркина, для каждого мультиплекса свою, а затем подбирать согласующий трансформатор и выравнивать (в идеале – до миллиметра) длину кабелей.

Далее рассмотрим каждый вариант отдельно, выделим основные плюсы и минусы.

Петля из антенного кабеля

Простейшей из самодельных телеантенн является петлевая. Для ее изготовления не нужно ничего, кроме самого кабеля (желательно с медным сердечником), ножа, плоскогубцев и F-штекера, который нужен, чтобы подключиться к телевизору.

По ссылке находится инструкция с пошаговым описанием процесса изготовления антенны из телевизионного кабеля.

Если же вкратце, то она делается так:

Простота изготовления. Зная, где надрезать и что замыкать, изготовить ее можно за 5 минут.

Годится в качестве комнатной в условиях мощного сигнала, но не более. Подключать усилитель к ней бессмысленно, хотя некоторые и пытаются (в частности, производители фабричных кольцевых рамочных телеантенн, построенных на этом же принципе).

Петлю можно усовершенствовать, использовав вместо кольца спираль из кабеля заранее рассчитанного радиуса, улучшив качество сборки (заодно и уменьшив потери), рассчитав согласование. Однако единственным преимуществом этого типа является то, что оно самое примитивное. Проще только ловить на зачищенный коаксиальный кабель или кусок проволоки, вставленный в центральное гнездо антенного штекера на телевизоре.

Из пивных банок

Чуть сложнее антенна, собранная из пустых банок из-под пива или других напитков. Она достаточно эффективна (алюминий, из которого они изготавливаются, – отличный проводник), но требует тщательно вымерять расстояние между баночными вибраторами, а также соединять их в правильной последовательности.

Чтобы сделать такое устройство в комнатном или наружном варианте, действуйте в соответствии с инструкцией по изготовлению антенны из пивных банок.

В общих чертах процесс этот выглядит так:

Берется четное количество банок (минимум две, максимум – насколько хватит желания; чем больше, тем мощнее).
В банках с помощью дрели сверлятся отверстия для пропуска проволоки (лучше – медной или алюминиевой), которая будет соединять их между собой. Можно и не сверлить, воспользовавшись саморезами, которые будут крепить вибраторы на деревянном или пластиковом кронштейне (например, популярен вариант, когда банки крепятся на деревянной или пластиковой вешалке). В таком случае проводник можно зажать саморезом, который выступит в роли контакта.
Банки подключаются по строгой схеме.
В месте соединения двух концов проволоки подключается кабель (например, с помощью штатного крепежного устройства от старой антенны, пайки и пр.).

Простота сборки. Все материалы можно найти буквально под ногами, за исключением коаксиального кабеля и крепежа.
Эффективность. Если позволит рельеф местности, с нее можно ловить телесигнал с расстояния до 50 км.

Чтобы в полной мере использовать мощность приемного устройства, нужен довольно точный расчет размеров вибраторов. Впрочем, это беда всех самоделок.
Большая парусность в уличном варианте. Пустые и легкие вибраторы будут под действием ветра поворачиваться, если их качественно не закрепить.

Для изготовления потребуется :

тонкая дощечка или фанера размером примерно 550 на 70 мм и толщиной около 5 мм;
около 4 м медного или, что хуже, алюминиевого провода сечением в 4–6 мм;
саморезы;
отвертка или шуруповерт;
нож для зачистки;
паяльник с припоем и флюс-пастой;
линейка для разметки;
кусачки или плоскогубцы;
карандаш для разметки дощечки;
штекер на 75 Ом;
F-разъемы для подключения.

Изготовление выглядит так :

Рассчитываются размеры вибраторов и расстояние между ними. В среднем можно считать длиной 37,5 см.
Нарезаются провода в соответствии с рассчитанными размерами. Потребуется восемь проводников.
Середина каждого проводника зачищается на 2 см.
Каждый провод сгибается дугой так, чтобы между концами было не менее 7,5 мм. Вместо двух проводов можно использовать лист металла, вырезанный в форме треугольника, тогда эта антенна будет ближе к конструкции, запатентованной в 1938 году под именем Butterfly dipole.
Отрезаются два провода длиной около 43 см. Они зачищаются в тех местах, где будут крепиться к доске.
Все проволоки соединяются между собой по схеме подключений.
Выходы антенны впаиваются в штекер.
К штекеру подключается провод-переходник на 75 Ом.
К переходнику подключается кабель.
Антенна настраивается на прием и крепится в подходящем положении.

простота в изготовлении;
эффективность.

Тройной квадрат

Тройной квадрат, он же антенна Сотникова (нестандартным радиоприборам принято давать название по имени изобретателя или популяризатора), состоит из трех квадратных рамок переменного периметра:

директора;
вибратора – именно с него снимается принятый сигнал;
рефлектора.

Эта антенна – развитие принципов, заложенных в конструкции волнового канала, однако она гораздо проще в изготовлении. Внешне выглядит как три постепенно уменьшающихся в размерах квадрата, закрепленных на общих поперечинах так, чтобы их ось смотрела в направлении источника сигнала.

Если коротко, то собирается она из стальной или медной проволоки следующим образом:

Выгибаются три основных квадрата и перемычки между ними. При необходимости можно сразу выгнуть весь зигзаг в сборе по прилагаемому чертежу.
Стыки спаиваются между собой.
В расщеп вибратора (там, где проволока соединяется концами) впаивается зачищенный конец коаксиального кабеля на 75 Ом.

Высокая чувствительность. Это неплохое устройство дальнего действия для приема слабого сигнала с большого расстояния.
Технологичность. Если изгибать ее из единого куска проволоки, то пайка понадобится лишь для подсоединения кабеля и стыков.
Есть возможность подключения усилителя, превращающего конструкцию в активную антенну, идеальную для дачи или загородного дома.

Не самая удачная диаграмма направленности. Даже небольшой изгиб проволоки приводит к тому, что начинаются потери в мощности принятого сигнала.
Крайняя узконаправленность. Тройной квадрат охватывает не более 10 каналов по старой разметке, поэтому при сильном расхождении мультиплексов по частоте придется либо делать две антенны (и решать проблемы согласования), либо жертвовать чувствительностью.
Чтобы получить все плюсы от дальнобойности этой антенны, нужен точный расчет (в идеале – до миллиметра).

Антенна Харченко

Для точного расчета и самостоятельной сборки рекомендуем статью с инструкцией по изготовлению антенны Харченко.

Изготавливается она так:

По заранее рассчитанному контуру изгибается толстая стальная, алюминиевая или медная проволока.
Готовая конструкция крепится на каркас. Простейший его вариант – это длинная деревянная планка и две короткие поперечины (по длине диагоналей обоих квадратов).
Подключается антенный кабель. Он монтируется в центре, где стыкуются концы Z-образных вибраторов, а затем аккуратно фиксируется на нижнем зигзаге антенны. Эта мера обеспечивает хоть минимальное, но согласование сигналов.

Технологичность. Ее легко изготовить из цельного куска провода и нескольких крепежных элементов.
Эффективность. Антенна Харченко принимает вещание надежнее, чем почти любой другой самодельный приемник.

Нужно учитывать поляризацию сигнала и соответствующим образом ориентировать антенну (длинной осью вертикально или горизонтально). При ошибке эффективность снизится в разы.
Наилучшие показатели антенна Харченко обеспечивает только с рефлектором, который одновременно и отражает волны на вибраторы, усиливая сигнал, и препятствует приему паразитных волн с противоположного направления. Однако габариты и материал рефлектора надо рассчитывать отдельно.

Логопериодическая

Наконец, самостоятельно можно сделать домашнюю антенну по классической логопериодической схеме.

Главная особенности конструкции:

вибраторы переменной длинны крепятся на общей оси;
длина рабочих элементов не должна выходить за пределы, необходимые для ДМВ-диапазона, но при этом изменение их величины подчиняется логарифмическому закону;
расположение вибраторов зависит от периода волн, на прием которых рассчитано это устройство. От этого и идет его название.

Здесь лишь напомним ключевые моменты:

Берутся две толстые трубки в качестве осей для вибраторов и некоторое количество принимающих элементов – сплошных, из толстой проволоки, или же полых, из тонких трубок. Разницы особой нет: на частотах, где работает цифровое телевидение, ток все равно в основном бежит по поверхности проводника. Вместо толстых трубок для осей можно использовать пластинки фольгированного текстолита.
Рассчитывается размер стержней и вибраторов, а также расстояние между ними.
Монтируются отдельно левый и правый каналы приема на соответствующих стержнях.
Стержни соединяются перемычкой.
Подключается коаксиальный кабель.
Второй конец фидера уходит к приставке или антенному гнезду цифрового телевизора.

Очень широкий диапазон – примерно в 10 раз больше, чем у других ДМВ-устройств.
По коэффициенту усиления она эквивалентна волновому каналу из 3–4 элементов, но при этом антенна компактнее и технологичнее.
Универсальность. Годится не только для телевидения, но и для мобильной связи, Wi-Fi и пр. Вопрос лишь в размерах элементов.

Сложна в изготовлении. Требуется выдерживать как длину вибраторов, так и расстояние между ними.
Расчет, в отличие от приведенных выше конструкций, проделать на листке бумаги очень трудно — требуется найти решение примерно полудюжины интегральных уравнений. Поэтому единственный вариант для домашнего мастера – это воспользоваться онлайн-калькулятором в приведенной выше статье.

Народный рейтинг самодельных антенн для цифрового ТВ

Самый честный рейтинг - это тот, который сформирован людьми, уже сделавшими одну или несколько самоделок. У вас есть 2 голоса. Выберите наилучший (+) и наихудший (-) по вашему мнению вариант самодельной антенны:

А если нагрузкой служит нечто, которое изменяет свою реактивность в зависимости от частоты, то нет.
Тогда балун не используют, а строят симметричный тюнер и получают 100% результат.
Балун - только тогда, когда много антенн и все почти не имеют реактивности.

Обязательно провод должен быть в изоляции?
И провод и сердечник.

Делал вот такой балун к вертикальным дельтам. Идеально согласует рамки! В эпоху, когда только начинал собирать квадраты - тож цеплял их через такой балун.

Великолепный результат до 300 ватт! Если даешь выше - полотно начинает греться и растягивается, соотв. КСВ уходит. Особенно заметно на 10 м.
До 300 ватт, повторюсь - результат просто великолепный! И никакого феррита!

RA9YME, сопротивление линии, из которой будет выполнен Ваш трансформатор должно быть 100 Ом (КОРЕНЬ(50*200)), лучшие результаты получатся с коаксильной линией, феррит может быть с любым "мю" -- чем меньше проницаемость, тем больше Вам придётся делать витков для нижнего диапазона, главное чтобы были минимальные потери в феррите, не надо использовать прозванивающиеся тестером. Пара эксперементов на рисунках. Кольцо 100 мм из М2000, не звонится, нагрузка 193 Ома, кабель 75-омный, поэтому небольшое ухудшение к 28 МГц, 5 витков получилось чуть маловато, небольшой завал на 1,7 МГц, надо бы 6 витков сделать. Кольцо 45 мм тоже М2000, но звонится тестером, нагрузка та же 193 Ом, но потери слишком большие.
Правильно Вам посоветовал UN8GEQ: если размер не смущает (конструктивно надо чуть разделить витки двухпроводной линии, например, мотать в три провода, потом третий удалить) мощность не ограничена )

Миниатюры

1. Автору темы: Поиск по форуму не для вас придуман?
2. Опять набежали вумники с намоткой в два провода.
АКСТИТЕСЬ, ЭТО НЕ СИММЕТРИРУЮЩИЕ ТРАНФОРМАТОРЫ, симметрирующие 1:4 только в три провода мотаются.
почему и как - я уже устал объяснять по кругу, все в старых темах.

Читайте также: