Спиральная антенна 868 мгц своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 30.08.2024

Многих радиолюбителей интересуют спиральные антенны именно для КВ диапазонов. Если на УКВ диапазоны конструкций спиральных антенн достаточно большое количество, то на КВ диапазоны таких конструкций мало. Повторяя предложенные в интернете, конструкции спиральных КВ антенн достойных результатов добиться не удавалось. И вот пришла идея попробовать изготовить вертикал спирального типа из металлопластиковой трубки.

Первоначально антенна расчитывалась на работу в КВ диапазоне 80 метров, но в процессе настройки и тестирования выяснилось, что антенна работает на всех радиолюбительских КВ диапазонах, включая и 160 метров.

На диапазоне 80 метров антенна работает без каких-либо антенно-согласующих устройств. КСВ на частотах 3500 – 3600 КГц не более 1,5. КСВ на частотах от 3600 до 3700 КГц не более 1,3. На частотах от 3700 – 3800 не более 1,5. На других КВ диапазонах антенна работает с антенно согласующими устройствами (АСУ), которыми располагает радиолюбитель. Хочется отметить, что предлагаемая антенна не творит чудеса, но позволяет радиолюбителю в стеснённых земельных условиях проводить радиосвязи на всех КВ диапазонах.

Для изготовления антенны потребуется диэлектрическая мачта. В моём варианте мачта изготовлена из двух элементов. Первый элемент (нижний) это доска 100х50 мм длиной 6 метров. Второй элемент (верхний) это брусок 50х50 мм длиной 6 метров. Все деревянные элементы мачты предварительно были обработаны средством для защиты древесины. Для изготовления антенны понадобится 25 метров металлопластиковой трубки, в моём варианте диаметром 16 мм, и предварительно свёрнутой в спираль диаметром 560 мм. Для крепления колец спирали к деревянной мачте, потребуются пластиковые клипсы под металлопластиковую трубку применяемого диаметра. Также потребуется дюралевая трубка длиной 2 метра, с таким внутренним диаметром, чтобы металлопластиковая трубка (очищенная от наружного слоя пластика) в натяг входила в, применяемую, дюралевую трубку, и имела надёжный электрический контакт.

Рекомендации по изготовлению GP спирального типа

  1. Для удобства монтажа антенны понадобятся стулья, столы и т.п. По высоте они должны быть такими, чтобы спираль антенны не касалась земли. На стул (в моём варианте табурет) укладываем первый (нижний) элемент мачты. Затем, на него укладываем второй элемент (верхний) мачты, таким образом, чтобы перехлёст нижней части мачты и верхней составлял 1м20см. Осуществляем крепление мощными саморезами (в моём варианте, применялись турбо саморезы (типа Нагель) длиной около 90мм).
  1. Делаем разметку. С нижнего конца мачты отмеряем 3 метра, и устанавливаем монтажную коробочку для подключения питающего 50 Ом кабеля к очищенной от пластика металлопластиковой трубки. Далее отступив от монтажной коробочки 500мм, делаем через 500мм отметки для крепления клипс. Подходящими саморезами крепим клипсы.
  1. Берём заранее подготовленную бухту металлопластиковой трубки (длиной 25 метров, диаметром 560 мм, зачищенной с двух концов от верхнего слоя пластика) и путём поднятия мачты продеваем бухту, равномерно распределяя её спирали, и крепя спирали к клипсам. Нижний конец спирали заводим в монтажную коробочку.
  1. Верхний конец металлопластиковой трубки заводим во внутреннюю часть дюралевой трубки, и для надёжности крепим саморезами. Проверяем надёжность электрического контакта между металлопластиковой и дюралевой трубок. Дюралевая трубка должна быть также закреплена на мачте при помощи клипс, на длине 1 метра. Оставшийся 1м дюралевой трубки может выходить за габариты мачты.

Готовая антенна (в моём варианте) крепилась к углу деревянного сарая мощными саморезами. Крыша сарая покрыта оцинкованным железом. Общая площадь покрытия 30 квадратных метра. Поэтому в качестве противовеса антенны была применена металлическая крыша сарая.

Настройку антенны производят по общепринятой методике

Уменьшение размера антенны на 1 метр, уменьшает её резонанс примерно на 80 – 100 КГц. Схема антенны прилагается.


Пояснения к схеме антенны

  1. Доска 100х50мм длиной 6 м
  2. Брусок 50х50мм длиной 6 м
  3. Металлопластиковая трубка диаметром 16 мм
  4. Дюралевая трубка длиной 2 м
  5. Монтажная коробочка

Диаметр спирали – 560 мм. Расстояние между спиралями – 500 мм.

Всем доброго времени суток! Я, Вячеслав Юрьевич, или просто В.Ю. приглашаю Вас в свой блог. Почему блог так называется? Я дедушка и, как все деды, люблю поговорить о былом и поучить молодёжь. Читайте мои посты с советами обо всём, а особенно о здоровье. До новых встреч!

Статьи по темам

среда, 2 июля 2014 г.

Самодельная спиральная антенна для эфирного цифрового телевидения.

Этот тип антенн хорошо подходит для дальнего приёма эфирного телевизионного цифрового сигнала. Подкупает простота изделия, всего две основные детали: отражатель из снегоуборочной лопаты и спираль из мотка силового провода. Ни одного паяного соединения, всё на винтах и скрутке. Нет сложных согласующих элементов. Тем не менее, коэффициент усиления конструкции достигает более 10 дБ, что позволяет использовать её в некоторых случаях без усилителя. Именно на эту антенну без усилителя я принял за городом цифровой телевизионный сигнал.

Хочу напомнить, что любая дециметровая антенна годится для цифрового канала вещания, разница будет только в дальности приёма. Но не всякая антенна обеспечит максимальный коэффициент усиления и согласования именно на нужной частоте. Какая бы сложная антенна не была, она имеет провалы и пики усиления во всём своём диапазоне принимаемых частот.

Именно спиральные антенны следили за полётом первого космонавта Юрия Гагарина. Когда первые советские луноходы, ориентируя спирали, бороздили поверхность Луны, я мечтал сделать такую же космическую антенну.

Нет ничего хуже незавершенных дел. За основу выбираю самую простую из всех типов спиральных антенн. Это однозаходная, спиральная, цилиндрическая (бывает ещё коническая), регулярная, то есть с постоянным шагом намотки или одинаковым расстоянием между витками. Таким образом, уже название антенны говорит о её конструкции. Именно такую конструкцию впервые предложил Kraus J . D .


Рис. 1.

Необходимо узнать на какой частоте в вашем регионе идёт цифровое вещание и значение этой частоты перевести в метры. Длина волны в метрах = 300 / F (частота в МГц).

Для московских частот вещания двух цифровых пакетов, я выбрал среднюю частоту 522 МГц, что соответствует длине волны лямбда 57 см. В этом случае диаметр витка равен D = 17,7 см, расстояние между витками 13,7 см, расстояние от экрана до витка 7,4 см, а ширина экрана должна уложиться в 35 см.

В качестве экрана (отражателя) мне потребовалась неправильная снегоуборочная лопата из красивой блестящей нержавейки, постоянно гнущейся под тяжестью снега. Практика показывает, что отражатель не обязательно должен быть круглым, а делать сторону квадрата более двух диаметров витка спирали нет смысла. Спираль я сделал из сетевого силового провода диаметром около 2 мм, используя одну из его жил, не снимая с неё изоляцию, так как она прозрачна для радиоволн, а медная проволока не окисляется в ней под воздействием внешней среды. На практике толщина провода оказалась почти в 5 раз меньше теоретической, вот почему диапазон антенны получился узким. В дециметровом диапазоне антенна примет хорошо только несколько телевизионных станций аналогового вещания, тем не менее, два цифровых пакета, распложённых рядом по частоте вполне уместятся в полосе её усиления. Ещё потребуется 75-Омный коаксиальный кабель с разъёмом. Не рекомендую сильно увлекаться длиной кабеля, особенно если антенна без усилителя, так как в его каждом метре теряется от 0,5 до 1 дБ усиления и длинному кабелю потребуется согласующее устройство. В своей конструкции я использовал 3-и метра кабеля.

Всего-то дел, намотать спираль, подсоединить к проводнику спирали кабель и прикрепить всё это к полотну лопаты. Но диэлектрического цилиндра нужного диаметра для фиксации провода спирали у меня не оказалось, и поэтому в качестве каркаса я использовал рейки и лист сухой фанеры, перенеся на неё размеры антенны с эскиза. Было бы круче, если бы использовались черенки от лопат вместо реек и фанеры, но я собирал только макет, и мне было удобно сделать всё на фанере. Когда обечайка стала обволакиваться проводом, самоделка была похожа на корпус летательного аппарата. Со стороны это выглядело менее безобидно, если бы я стал гнуть витки из медной трубки, как хотел раньше. Как я уже говорил, такую антенну удобно спрятать под конёк дома с крышей из мягкой кровли, андулина или шифера, прозрачной для радиоволн.


Фото 5. Размер и шаг предыдущих
конструкций антенн почти совпадают.

Может выйти из строя блок питания самого усилителя, так как он, как правило, всегда под напряжением и ресурс его ограничен.

Ещё одно преимущество в том, что дальность этой антенны с усилителем будет больше, на сколько, проверьте сами.

В этом году (2015) я решил доработать самодельную конструкцию спиральной антенны, используя вместо провода металлопластиковую трубку (металлопласт) диаметром 16 мм. Ранее собранные антенны уже прошли аналогичную операцию и заметно оживились. Претерпела оздоровление и спиральная антенна, но не обольщайтесь, прирост уровня сигнала составил только 10 процентов, а качество сигнала осталось на том же стопроцентном уровне.


Фото 7. Старая антенна.

Фото 8. Изменение конструкции.

Давно хотел сделать антенну, используя в качестве материала трубку. Останавливала схожесть с самогонным аппаратом и высокая себестоимость. Но вот материал найден и уже испытан на простых антеннах. Это легко гнущаяся трубка из высококачественного алюминия, обтянутого со всех сторон пластиком, продаётся на всех строительных рынках для прокладки водопровода.


Фото 10. Новая конструкция.

Фото 9. Банка - оправка.

- 4 метра выпалил я на кассе, подведя итог экономической части проекта. Себестоимость антенны не должна превысить минимальную акцизную стоимость бутылки водки.

Чисто по экономическим соображениям получилось 6,5 витков, на полвитка меньше предыдущей проволочной самоделки. Так же между витками я взял расстояние равное четвёртой части длины волны. Аналогичным образом подсчитал длину одного витка, но по практическим соображениям, уже имея опыт по изготовлению простых петлевых антенн, скорректировал зависимость металлопласта от частоты, сократил длину витка на 1,5 см. Так же подсчитал диаметр оправки, поделив скорректированную длину витка на 3,14. С учётом толщины трубки диаметр оправки взял на 8 мм меньше.

Она заключалась в измерении КСВ (коэффициента стоячей волны) самодельным КСВ-метром. Первоначально я измерил старую самоделку. Странно, но прибор заявлял об отличном согласовании с 50 Ом нагрузкой (КСВ = 1,5). С доработанной антенной тоже всё совпало, правда, при запитке с края полотна. Но конструктивно, уже впоследствии, я задействовал кабель по центру и КСВ упал до 2. Очень полезным оказался простенький самодельный КСВ-метр, совмещённый с самодельным генератором, настроенным на цифровые частоты вещания. С его помощью я смог не только определить КСВ антенны, но и проверить её работоспособность, когда каждый виток реагировал на подносимую крышку от кастрюльки качанием стрелки микроамперметра.

Но в целом я остался недоволен данной конструкцией, поскольку ожидал от неё нечто большего, исключительно исходя из её габаритов и затраченных средств. Сравнивая эту спиральную антенну с предыдущей конструкцией самодельной антенной для приёма эфирного цифрового телевидения, состоящую всего из двух фазируемых колец идентичного диаметра, сделанную из того же материала, я не нашёл существенного выигрыша, сравнивая их по уровням приёма.


Фото 12. Антенна из дух колец.

Фото 13. Антенна из двух колец

Два фазированных кольца и шесть закрученных в спираль, дают усиление в теории 6 дБ и 10 дБ. Два кольца на открытом воздухе и 6,5 колец под крышей, на одинаковом уровне от земли и при практическом одинаковом уровне усиления в процентах. Может крыша и съела разницу в 4 дБ, а может реально трудно заметить эту разницу? В тоже время не выставлять же этот змеевик на улицу, открывая этим тему для лишних разговоров.

Упал ли я духом? Нет! Радиолюбительство - источник удовольствия. Займитесь радиолюбительством, ведь это интересно. Возможно, результат у вас будет лучшим.


Фото 14. Все испытания антенн проводились под этой прозрачной для радиоволн крышей.

43 комментария:

НУ ОЧЕНЬ ПОЛЕЗНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ! :-D

Добрый вечер! Подскажите, пожалуйста, все размеры для частоты 506 мгц. Удаленость от тв вышки 45 км. Нужен ли усилитель?

Давно хотелось испытать её. решение принял с неделю тому назад.

Здравтсвуйте В.Ю.! Огромное спасибо за ответ! Буду делать.

Доброе время суток.
Сначала я сделал свою антенну без согласующего устройства, и она принимала цифровые каналы на уровне мансарды. Только потом стал возиться с треугольником, спустив антенну ниже. Его наличие можно даже не заметить, а можно даже навредить, измазав весь провод припоем, что нежелательно. Тем не менее, рекомендуемый размер длины треугольника равен диаметру витка и составляет в вашем случае 18,3 см, а ширина основания 1,5 см.

Здравствуйте В.Ю.! Большое спасибо!

Здравствуйте подскажите можно ли согласовать две спиральные антенны на 490 и 680 МГц

Здравствуйте. Затрудняюсь ответить на ваш вопрос. Обычно на практике соединяют две антенны одной частоты параллельно, что увеличивает коэффициент усиления на 3 дБ (для 4-х антенн на 6 дБ), диаграмма направленности становится более острой, но уменьшается диапазон согласования, что не желательно в вашем случае, уменьшается сопротивление антенны в 2 раза и уже можно обойтись без согласующего устройства. Измерить реально получившуюся ширину полосы частот, обеспечивающую уверенный приём мне не предоставляется возможным.
В любом случае надо попробовать.
Я бы рекомендовал выбрать среднюю частоту для двух параллельно соединённых антенн.

Да, чуть не забыл, чем толще провод или трубка спирали, тем шире диапазон антенны.

Ну почему заводские антенны не покрывают слоем ПВХ? (На правах сарказма, не обижайтесь.) Снимите изоляцию! Не надо жалеть провод. Если есть желание - можно покрыть лаком, хотя он и так обычно есть на медных жилах. А лучше и дешевле алюминиевый провод, но тут уже нужна оцинкованная клемма. ПВХ до 10 МГц, выше - потери.

Добрый вечер В.Ю. Мучает вопрос : на какую частоту Мгц настраивать антенну с учётом третьего мультиплекса и если можно - размеры для этой антенны с учетом 12 витков - очень плохой приём- Кубинка МО.Заранее большое спасибо за ваш труд.

Здравствуйте, Дмитрий. Из трёх мультиплексных пакетов с московскими частотами 498, 546, 578 МГц выбираю среднюю частоту 546 МГц. Для этой частоты длина волны = 300 / 456 МГц = 0,549 м = 55 см.
Диаметр витка = 0,31 Х 55 = 17 см.
Расстояние между витками = 0,24 Х 55 = 13,2 см.
Расстояние от экрана до витка А = 39000 / 546 = 71 мм = 7,1 см.
Диаметр круга или ширина квадрата отражателя = 0,62 Х 55 = 34 см.
Диаметр провода или трубки спирали желательно взять большего размера (4 – 10 мм).

Вячеслав Юрьевич ,приветствую !
Я так понимая в последнем посте опечатка 300 / 456 МГц( 546 )= 0,549 м = 55 см. ?

И вопрос коаксиального провода центральную жилу крепим под винт отражателя (как на фото ) , а куда экранную жилу крепить ?

с уважение Михаил

Здравствуйте, Михаил.
Вы правильно подметили. Опечатка, правда, конечный результат верный.
Внешняя оплётка кабеля крепится к отражателю (полотну лопаты), а центральный вывод к витку спирали.
Учтите, что это только действующий макет, который требует доработки. На днях испытал новый материал для антенн – металлопласт, алюминиевая трубка (Д = 16), покрытая пластиком. Результат превзошёл все ожидания. Теперь одно и двух петлевые рамочные антенны не узнать. На днях будет статья про самодельную антенну для цифрового телевидения, состоящую из двух рамок. Заглядывайте на главную страницу. Потом буду пробовать спираль из металлопластиковой трубки.

Спасибо !
Значит нулевую ант. можно изготовить из мет.пластиковой трубки?

У нас очень плохой приём -рядом 9 этажка и дорога -машины дают помехи.

Если провод для нулевой антенны делать метра 3 то нужен усилитель?

Можно! Покупные усилители широкополосные (от 50 до 900 МГц), имеют усиление 20 дБ и в этой полосе настолько же поднимут весь спектр помех. Испытайте антенну без усилителя, добавьте второе кольцо, а усилитель пусть останется на крайний случай. Двух петлевая рамочная антенна имеет диаграмму направленности и это повысит помехоустойчивость приёма.
Самодельная антенна для приёма эфирного цифрового телевидения.

Считается, что спиральные антенны принимают радиоволны с круговой поляризацией. А телевидение вещает только с линейной. Наверное, можно предположить, что в этой антенне волна с линейной поляризацией дополнительно ослабнет на 3 дб. Или я не прав? Может быть, имеет смысл делать антенну типа двойной квадрат (Харченко). Эта антенна тоже имеет рефлектор и хорошо будет работать в помещении. И волновое сопротивление не придется согласовывать.

Смысл, может быть, и имеет. Я описываю результаты своих практических действий.

Уваж.Panhrom!Вашу идею превратил в реальность. Две спирали дали прирост сигнала в двое.
Расчет делал для52к(722Мгц) для другого региона.Из коаксиального кабеля RG-6U намотал одну спираль из 9 витков и между ними вторую .Оплетки обоих кабелей соединил и припаял к латунному треугольнику(повторяющему форму витков)размером : длинна 240 мм и ширина основания 58мм. Испытал только на 44к(658Мгц)в Ростове -на- Дону с балкона 6 этажа через простое оконное стекло в дождь. Получил сигнал на краю частотной границы с интенсивность 58 и качеством 87. Однако сигнал "дышал"но прием был уверенный.Передатчик мощностью 0,1Квт находится на удалении 80 км ст. Кущевская Краснодарский край.Подключение усилетеляSWA-2000-4T свел сигнал к 0 . На основной частоте проверить не смог по погодным условиям.

Рассматриваемая антенна состоит из двух частей, из спиральной антенны с поперечным излучением и удлиняющей катушки L 1. Они намотаны сплошным проводом ПЭВ-2 0,4 мм на заготовке (рис.1),материалом которой служит полиэтилен или любой другой материал, используемый для производства ВЧ кабелей. На рис.1 приведены размеры и конструкция такой заготовки. Формовка резьбового соединения в простейшем случае производится методом нагрева заготовки непосредственно в корпусе разъема типа СР-50-74ФВ.


Настройка антенны в резонанс ведется методом отмотки или домотки одного-двух витков удлиняющей катушки L1. Резонанса добиваются при максимальной отдаче мощности передатчика, что регистрируется прибором напряженности поля или любым анализатором спектра на расстоянии не менее 2 метров. По окончании настройки антенну необходимо закрыть термоусадочной трубкой, учитывая то обстоятельство, что резонанс немного уйдет вниз по частоте.


На частотах выше 300 МГц и выше широкое применение находят цилиндрические спиральные антенны бегущей волны. Один из вариантов исполнения спиральной антенны приведён на рис.1. Она представляет собой спираль диаметром D и шагом намотки S, и металлического рефлектора, выполненного в виде диска или квадрата с размером ≈2D.

В зависимости от геометрических параметров (электрической длины периметра витка с и электрической длины шага спирали S) спиральной антенны, в ней могут возбуждаться различные типы волн (моды). Наибольшее значение на характер излучения антенны оказывает фазовое соотношение между соседними витками спирали.

Нас интересует волна Т 1 (рис.2), для которой характерно отличие на 360 градусов фазы токов на соседних витках.

Волна Т 1 образуется при электрической длине периметра витка, близкой к длине волны λ, при этом спиральная антенна работает в режиме осевого излучения (максимум излучения совпадает с осью спирали).
Рис.1 Цилиндрическая спиральная антенна. Рис.2 Распределение тока в витке.


Оптимальные размеры спиральной антенны:

R А ≈140·с/λ (ом)

Ширина основного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности:

θ 0,5 =52·λ/с·√nS/λ (градусов)

На рис.3 изображён результат расчёта диаграммы направленности спиральной антенны в вертикальной и горизонтальной плоскости с помощью программы MMANA.

Рис.3 Диаграмма направленности спиральной антенны.

Цилиндрические спиральные антенны, работающие в режиме волны Т 1 имеют круговую поляризацию. При приёме сигнала антенной с линейной поляризацией (вертикальной или горизонтальной) сигнал будет ослаблен на 3дБ (в два раза). Чтобы этого избежать, можно использовать систему из двух спиральных антенн с противоположным направлением намотки спирали и питаемых синфазно, расположенных на расстоянии 0,5 λ или 1,5 λ (рис.4).
Рис.4 Система из двух антенн Рис.5 Однопроводная линия

Для согласования одиночной антенны или антенной системы, состоящей из трёх и более антенн в данном случае можно использовать экспоненциальный согласующий трансформатор, конструктивно выполненный в виде полосковой линии (рис.6). У экспоненциальной линии волновое сопротивление изменяется вдоль её длины по закону:

Z01- волновое сопротивление линии на входе

Z0(x) - волновое сопротивление линии в сечении, расположенном на расстоянии х от её начала

b - параметр, показывающий скорость изменения волнового сопротивления линии

В зависимости от КСВ и известного отношения Z 02 /Z 01 волновых сопротивлений в конце и в начале линии её минимальную длину расчитывают по формуле:

, где ;
Рис.6 Полосковая линия Рис.7 Экспоненциальный согласующий трансформатор

На рис.7 изображён экспоненциальный согласующий трансформатор, расчитаный на согласование сопротивлений 140 ом и 50 ом на частоте 2450 МГц при КСВ 1,2. Расстояние e равно 7 мм, диэлектрик - воздух (ε=1), толщина материала d 1 мм.

Благодаря высокому коэффициенту усиления и стабильности электрических параметров, ввиду невысокой чувствительности к внешним факторам и отклонениям в геометрии, цилиндрические спиральные антенны могут найти широкое применение в системах связи и безопасности для организации дальней связи.

Читайте также: