Оглавление
Базовая линейная нагрузка укороченных вертикалов.
Рассмотрим еще один метод компенсации недостающей высоты, для укороченных вертикалов. На Рис.9, показана конструкция укороченного вертикала, с линейной базовой нагрузкой.
Рис. 9
Базовая нагрузка – нагрузка, включенная в основание вертикала, базу. Линейная – т.е. не содержащая никаких нелинейных элементов(индуктивностей или емкостей).
Схема достаточно проста, и из нее понятно, что мы применяем такую нагрузку для компенсации недостающей высоты вертикала.
Конструктивные особенности такой схемы нагрузки, изображены на Рис.10.
Рис. 10
Все трубы дюралевые или медные. Перемычку А, лучше изготовить перемещающейся по трубкам, с тем, чтобы можно было провести подстройку вертикала в резонанс. В нижней части рисунка, изображена схема согласования импеданса вертикала с сопротивлением питающего кабеля. Изменением индуктивности и емкости, добиваются минимума КСВ на рабочей частоте. Высота трубок В и С, около 5 метров, а высота трубы вертикала – 29 метров.
Метод линейной базовой нагрузки, уступает методу ,,емкостная шляпа,, в том, что при этом методе, на основной рабочей частоте, сопротивление излучения вертикала, не превышает 20 Ом, в то время как первый вариант нагрузки, дает это же значение 24 Ом. Это сравнение дано для высоты вертикалов – 54 градуса. Т.е. эти два метода нагрузки, почти эквивалентны по еффективности работы антенны.
В качестве сравнения, приведу данные для еще одного метода согласования – нагрузочная базовая индуктивность, чаще известная под названием – ,,удлиняющая катушка,,.
Сопротивление излучения вертикала, с такой катушкой в основании, будет заметно ниже первых двух вариантов, и будет составлять всего 9.3 Ом для высоты 53 градуса. Такое низкое сопротивление излучения, может вызывать определенные трудности при согласовании кабеля с вертикалом, что будет вызывать большие потери в виде тепла, в реактивных элементах согласования(индуктивность и емкость), потому что, в точке питания вертикала, ввиду низкого сопротивления, будет проходить значительный ток питания антенны. К тому же, в итоге, мы получим узкую ширину полосы пропускания. Поэтому этот метод нагрузки укороченных вертикалов, можно считать, только как вспомогательный, т.е. когда нет больше никакого другого выбора нагрузить вертикал. КПД вертикала, с катушкой в базе, будет 28%, в то время, как первые два метода дают 55%. Разница существенная.
Все размеры справедливы для диапазона 1.85 Мгц, и для получения размеров для других диапазонов, все размеры необходимо пропорционально уменьшить. Для этого, надо разделить интересующую вас частоту на 1.85. Например:
Мы желаем изготовить подобную антенну для частоты 7.05 Мгц. Тогда, разделив 7.05 на 1.85, мы получим число 3.81.
Это значит, что все размеры вертикала надо уменьшить в 3.81 раза. Соответственно, если вам надо пересчитать размеры антенны с верхних диапазонов, на нижние, для этого надо умножить исходные размеры на вышеупомянутое число. Это правило пересчета на другие частоты, справедливо для любых антенн.
Особенности конструкции антенны
Дециметровый вариант
Особенностью конструкции антенны Харченко является фиксированное соотношение между периметром каждого из ее двух квадратов и длиной принимаемых волн (они должны быть равны)
Для получения нужной напряженности наведенного поля также важно правильно подобрать диаметр провода рамки
Поскольку эфирное вещание ранее было ориентировано на метровый диапазон, для приема такого сигнала потребовался бы провод диаметром порядка 12 см. В этом случае зигзагообразная антенна получалась слишком громоздкой и неудобной в эксплуатации, а ее размеры не позволяли бы пользоваться ей в домашних условиях.
Второе свое рождение зигзагообразные антенны Харченко пережили в момент появления эфирного вещания в дециметровых диапазонах.
Дополнительная информация. Рассчитанная на приём ДМВ сигнала зигзагообразная антенна должна иметь фиксированные размеры, которые будут рассмотрены в следующих разделах.
Волновое сопротивление, на которое рассчитываются такие самодельные конструкции, составляет обычно порядка 50 Ом. Этот показатель, тем не менее, хорошо согласуется с типовой коаксиальной линией с соответствующим параметром, равным 50-ти (75-ти) Омам. Для расширения полосы пропускания телевизионного сигнала такая антенна изготавливалась не из простой проволоки, а из плоской медной или алюминиевой шины, отдельные части которой соединялись в биквадрат посредством заранее отобранных алюминиевых заклепок (фото ниже).
Изделие из шины на заклепке
В местах сочленения полос из меди антенна диапазона ДМВ дополнительно пропаивалась; при этом за ее длину принималось расстояние между заклепками. В тех случаях, когда с целью уверенного приема приходилось пользоваться стандартным антенным усилителем, разработчики обходились без второго квадрата (для уверенного приема достаточно было и одного).
Исполнение в стандарте DVB-T2
Цифровое вещание, обозначаемое стандартом «dvb t2», ведется, как известно, на частотах дециметрового диапазона, соответствующих ТВ каналам с 21 по 69-ый, с использованием формата «мультиплекс». Во многих городах России местные телевизионные станции постепенно переходят на формат вещания тв dvb, что вызывает определенный интерес к обеспечению его уверенного приема.
В связи с этим пользователь обязан знать, что самодельная конструкция для т2 должна иметь те же размеры, что и классическая антенна для дециметрового цифрового вещания.
Важно! Современные телевизионные приемники, в комплект которых входит антенна для цифрового сигнала, при близком расположении передающей станции могут ослаблять его. В особых ситуациях, когда передатчик для т2 диапазона находится совсем близко, при использовании старой рамочной конструкции придется либо полностью снять второй квадрат (или экран), либо выбрать менее чувствительный усилитель
В особых ситуациях, когда передатчик для т2 диапазона находится совсем близко, при использовании старой рамочной конструкции придется либо полностью снять второй квадрат (или экран), либо выбрать менее чувствительный усилитель.
В качестве вариантов изготовления дцв конструкции можно выбрать следующие решения:
- Сделать совершенно новое приемное устройство для t2 своими руками;
- Попробовать соорудить комбинированную антенну, содержащую элемент в виде окружности из проволоки длиной 55,5 см (смотрите фото ниже);
- С ее помощью можно будет принимать все известные форматы (включая 3g мобильной связи).
Комбинированная антенна
Второй из этих способов изготовления антенны для цифровой связи подробно рассмотрен в следующем источнике https://elquanta.ru/antenna/kharchenko.html.
В том случае, когда нужно изготовить конструкцию для приема сигналов Интернета, включая каналы Bluetooth, WiFi (3g, 4g) или мобильной связи, работающие на сверхкоротких волнах, габариты такой антенны будут совсем миниатюрными.
Размеры антенны для 3g из-за высокой частоты будут ограничены длиной в 10 сантиметров, а все возможные разновидности самодельного изделия можно будет собирать, используя один и тот же чертеж.
Существенные различия, касающиеся всевозможных вариантов исполнения миниатюрной антенны (для Bluetooth или для сотового телефона), проявятся только в размерах самой приемной конструкции.
Порядок расчета в этом случае задается методикой использования конкретного сетевого ресурса (эти методики широко представлены в сети как для т2, так и для других форматов тв сигнала).
Сборка антенны
Изготовление антенны Харченко для цифрового телевещания предполагает следующие поэтапные действия:
Определяется поляризация и частота волны. Конструкция должна быть линейной.
Для изготовления биквадратной антенны-приёмника в качестве материала используется медь. Все элементы располагаются на углах, одним из них они должны соприкасаться. Для горизонтальной поляризации конструкция должна быть расположена вертикально. При вертикальной поляризации устройство укладывается на бок.
Медный провод измеряется и берется необходимой длины (+1 см). Подойдёт медная или алюминиевая трубка (диаметр 12 мм). Очищается изоляция с медной жилы. Выравнивается молотком на твёрдой поверхности. Отмеряется середина и загибается на 90 градусов. Если есть тиски, то проволока зажимается и выравнивается в них. Изгибы делаются по рассчитанным размерам.
На одном конце отрезается маленький фрагмент под углом 45 градусов для образования заострённого наконечника. Загибается второй конец, такая же процедура проделывается на нём. Оба квадрата можно при этом немного отогнуть. На центральных внутренних изгибах при помощи надфиля протачиваются маленькие пропилы. Тогда можно будет стянуть эти два свободных конца и закрепить их тонкой проволокой из меди.
Потребуется паяльник, а также жидкая канифоль или флюс для залуживания серединных изгибов. Это проделывается с каждой стороны медного провода.
Выполняется зачистка коаксиального кабеля на 4-5 см. Оплётку или внешний проводник скручивают в один провод и обматывают вокруг одного из изгибов. Припаивают его к медному проводу. Зачищается изоляция внутреннего проводника и аналогично обматывается вокруг следующего изгиба
Припайка должна выполняться осторожно, поддерживая изоляцию плоскогубцами, потому что от нагрева она может съехать в сторону. Вначале нагревается рамка в месте запайки, а потом только проводник.
Проводка кабеля фиксируется при помощи нейлоновой стяжки, обезжиривается растворителем
Участки запайки изолируются горячим клеем с помощью пистолета. Для исправления дефектов клеевого образования можно использовать фен.
Кабель подводят к точкам сближения с двух сторон. Одно направление диаграммы должно быть заблокировано, для этого устанавливается медный отражающий экран. Он насаживается на оплётку кабеля.
Для изготовления рефлектора раньше использовали текстолитовые платы, покрываемые медью. Сейчас для этого используют металлические пластины. Также рефлектор можно изготовить из решётки для гриля. Можно использовать теплообменник от холодильника или решётку-сушилку для посуды. Главное, чтобы конструкция не ржавела под открытым небом. Рефлектор должен быть больше габаритами, чем рамка вибратора.
Рамка располагается посередине рефлектора. Для её крепления можно воспользоваться двумя металлическими пластинами.
Сигнал на высокой частоте распространяется по поверхности проводника, поэтому антенну лучше покрыть краской. Места запайки заливаются с помощью термоклея или герметика.
Как произвести правильные расчеты и изготовить антенну Харченко, показано в этом видео:
Watch this video on YouTube
Антенна Харченко для приема DVB-T2
Сегодня существует несколько модифицированных версий антенны для цифрового ТВ, которые представлены приемником круглой, треугольной, «бабочка» и др. форм. Но самой стабильной и качественной остается именно биквадратный (двойной квадрат) вариант, сборка которого и будет рассматриваться.
Расчет
Перед изготовлением требуется рассмотреть исходные характеристики и провести расчет антенны Харченко. Чертежи и ее схема составляются на основе единственной величиной — частотой, на которой идет сигнал. Она измеряется в Герцах (Гц) и обозначается буквой F. Она напрямую влияет на длину электромагнитного излучения (ƛ), которая вычисляется формулой 300/F.
В качестве примера берется частота вещания первого и второго мультиплексов в Москве — 546 и 498 МГц (мегагерц). Следовательно, нужна двухдиапазонная антенна.
Подставляя оба значения в формулу, находится длина волны излучения сигнала:
- ƛ1 = 300/546 = 0.55 м = 550 мм;
- ƛ2 = 300/498 = 0.60 м = 600 мм.
В итоге получается длина волн 5.5 и 6.0 дм, для их приема нужны антенны диапазона ДМВ, которые называются дециметровыми. Теперь легко вычислить ширину волны в поперечнике, которой она проецируется на приемник. Она равна ½ длины и составляет 275 и 300 мм для первого и второго мультиплексов.
Для качественного приема цифрового сигнала размер каждого ребра биквадрата должен в точности соответствовать половине проецируемой ширины волны в поперечнике (или ее полудлины). В качестве материала может служить алюминиевая жила или медная трубка. Идеальным вариантом будет медная проволока 3 — 5 мм. У нее устойчивая геометрия и она хорошо гнется.
Сборка
Приемник изготовляется из двух независимых заготовок. Каждая из них будет представлять форму правильного ромб со сторонами 137.5 и 150 мм. Т.к. у данной фигуры все стороны равны, на разрыве будут короткие стороны. Для упрощения процесса нужно отрезать провод длиной 2х137.5 + 2х150 = 575 мм и от краев отмерить 150 мм, а также поставить отметку посередине. Отмеченные точки — это места изгиба. В итоге должно получиться два одинаковых ромба со смежными укороченными сторонами на разрыве.
На следующем этапе изготовления антенны для цифрового ТВ своими руками нужно соединить обе ромбовидные заготовки в единую конструкцию. Для этого их нужно расположить разрывами друг к другу и сварить симметричные концы. Если нет сварочного аппарата, можно использовать холодную пайку или надежный крепеж. В последнем случае заготовки должны быть соединены токопроводящим элементом!
Важно! У готовой самодельной конструкции должна быть ровная плоскость. Чтобы ее соблюсти рекомендуется перед спайкой или креплением зафиксировать заготовки.
Рефлектор
Приемник готов и осталось выбрать рефлектор. В качестве него может служить любая металлическая пластина или фазированная решетка (например, медный экран).
Его нужно выбирать с соблюдением двух условий:
- расстояние между рефлектором и приемником составляет ƛmax/7;
- площадь активной (токопроводящей) поверхности рефлектора на 20% больше площади биквадрата антенны;
- приемник должен «лежать» внутри плоскости рефлектора.
Сначала нужно вычислить площадь приемника, который включает два «квадрата», следовательно, она составит 2х(150х150) мм = 45 000 мм2. Для удобства подбора рефлектора лучше перевести значение в сантиметры — 45 000/100 = 450 см2. В итоге, площадь рефлектора должна быть более 450х1.2 = 540 см2. В качестве примера им может стать лист 20х27 см.
Важно! Учитывая, что из за «разрывов» фактическая площадь биквадрата меньше расчетной, в качестве исходной берется именно последняя. Во-первых, фактическую поверхность рассчитать невозможно
А во-вторых, такой подход гарантирует, что площадь рефлектора всегда будет >120% площади приемника.
Теперь нужно рассчитать расстояние между рефлектором и приемником — L = ƛmax/7 = 600/7 = 85.714 мм = 8.5714 см. В качестве практического берется округленное значение
Важно, чтобы между результатом и выбранным значением погрешность не превышала толщину проводника. При использовании провода диаметром 3 мм между приемником и рефлектором в данном случае расстояние может составлять 8.3 —8.8 см
К готовой антенне Харченко для цифрового ТВ припаивается один конец кабеля с сопротивлением 50 — 75 Ом, а к другому — штекер. Как подключить кабель к антенне? Это вопрос надежности — лучше к верхнему основанию, а нижнее использовать в качестве крепежа.
Расчет антенны
Перед тем как приступать к созданию конструкции, потребуется провести расчет антенны Харченко. Это позволит с максимальной точностью собрать эффективное устройство. Размеры зигзагообразной антенны DVB T2 отыгрывают весомую роль в увеличении приема сигнала.
Поскольку технологии шагнули вперед, теперь отсутствует необходимость листать справочники, отыскивать формулы для вычисления габаритов. А тем более проводить сложные математические вычисления для того, чтобы правильно разработать эскиз или же будущий чертеж.
Достаточно открыть онлайн-калькулятор для расчета антенны Харченко. Выбираем номер канала для двух мультиплексов. Чтобы узнать эту информацию, откройте интерактивную карту цифрового ТВ, найдите ближайшую к вам телевышку и кликните на неё.
После этого получаете информацию: о необходимой длине медного провода, его сторонах, диаметре.
Длина кабеля питания антенны
Задался вопросом, какой длины можно делать кабель питания антенны. Сделал немного выводов, чем и хочу поделиться. Все это справедливо для всех используемых частот.
Первый раз у меня вопрос возник, когда перепаял кабель на приемнике Turnigy 9x8Cv2 2.4ГГц радиоуправления, о чем писал ранее. Сначала запаял наугад, что не дало результат, т.к. антенна не заработала. Дальность связи была всего 30-50 метров.
О 500-1000 метрах уже можно было не мечтать. Поиск в Интернет явного ответа на мой вопрос не дал и пришлось почитать много всего.
Выяснилось, что длина кабеля зависит от степени согласованности выходного сопротивления передатчика/приемника, импедансу антенны, волнового сопротивления кабеля на рабочей частоте.
Если согласованности нет или не известно на сколько все согласовано, то длина кабеля важна, но если вы уверены, что все согласовано, то длина кабеля может быть любой.
Для познания и рассуждений использовался материал:
Сопротивления не согласованы или согласованность нам не известна
При расчете длины питающего кабеля антенны необходимо учитывать, что нам нельзя попасть в длину четвертьволнового трансформатора, т.к. он предназначен для согласования например антенны с сопротивлением 100Ом со станцией 50Ом. Но для этого используется кабель с волновым сопротивлением 75Ом. Не отходим от темы… Если мы попали в эту длину, то происходит самое худшее рассогласование.
В идеале нам надо сделать полуволновой повторитель, что исключит влияние фидера на работу и измерения. При настройке и последующей работе в пределах выбранного диапазона (если пренебречь потерями в кабеле), это будет эквивалентно тому, что выход трансивера будет подключен непосредственно к полотну антенны. Но при этом надо учитывать, чтобы длина кабеля была как можно меньше, чтобы уменьшить потери. Т.е. добиваться «следующего» повторителя длиной кабеля не надо.
На эту тему может быть много споров, но я пока останавливаюсь на этом мнении.
Пошаговая инструкция сборки антенны для цифрового ТВ
Есть несколько вариантов обустройства цифровой антенны.
Из кабеля
Устройство данного типа для приема двух мультиплексов собирается следующим образом:
- Нарезается кабель двумя отрезками 55 и 60 см (размеры определяются путем расчетов). Каждый конец провода зачищается от изоляции и оплетки на 1,5 см. Освобожденное экранирование плотно скручивается в косички. Центральную жилу лучше обрезать до изоляции, чтобы она не соприкасалась с другими элементами.
- Косички правых концов спаиваются друг с другом, та же процедура проделывается с левыми. После этого получаются 2 кольца разного диаметра.
- Меньшее кольцо шнура располагается внутри большого, оба закрепляются проволокой на плотной основе. Для нее подойдет фанера или картон.
- Зачищается конец главного кабеля с необходимой длиной особым способом: оплетка длиной 1,5 см скручивается, центральная жила освобождается от нее на 1 см.
- Оплетка главного кабеля соединяется при помощи паяльника с левой частью антенны.
- Центральная жила кабеля соединяется с концом оплетки правой части и запаивается.
- Соединения изолируются при помощи изоленты.
Изготовление антенны из кабеля
Антенна с такими параметрами должна принимать каналы двух мультиплексов.
Из картонной коробки
Алгоритм действий:
- Из коробки вырезаются прямоугольники 25х30 см.
- Изготавливаются отрезки из фольги того же размера.
- Фольга аккуратно (без волн и зазоров) клеится к картону.
- В углах заготовок вырезаются отверстия.
- К обоим отверстиям подводятся внутренний и внешний контуры.
- Контакты закрепляются в отверстиях болтами.
После сборки и подключения к телевизору необходимо вычислить и место расположения ретранслятора, и расстояние между прямоугольниками, которые должны быть параллельны друг другу. Когда сигнал будет принят, оба нужно зафиксировать на одном каркасе.
Из пивных банок
Изготавливается следующим образом:
- Просверливаются шурупом или пробиваются шилом отверстия в донышке банок.
- Банки располагаются параллельно друг другу дном наружу.
- Кабель зачищается на длину в 3 банки + 20 см без повреждения оплетки, протаскивается через отверстия и на внешней стороне закрепляется болтами.
- На выходе из отверстий кабель фиксируется проволокой.
- Банки не сильно закрепляются одним мотком скотча на крестообразном или Т-образном каркасе из дерева.
- К кабелю подсоединяется штекер, тот вставляется в приставку или гнездо телевизора.
- Корректируется расстояние между банками путем их перемещения по горизонтальной планке каркаса.
- После подключения и определения расположения ретранслятора банки крепко фиксируются скотчем к каркасу.
ТВ-антенна из пивных банок.
Антенна «Восьмерка»
Устройство представляет собой биквадрат и отличается хорошим приемом прямого сигнала при неблагоприятной погоде. Главное условие для создания действующей антенны — правильный расчет сторон квадратов. Для просмотра цифрового телевидения в Москве его сторона должна составлять 15 см, периметр — 60 см.
Собирается устройство следующим образом:
- Кусок медной проволоки длиной 120 см обрезается на две части, из них формируется 2 квадрата.
- Квадраты стыкуются одним углом, объединяясь в единую конструкцию, при этом они изолируются между собой.
- Конструкция, принявшая форму восьмерки, фиксируется на плоском каркасе.
- К точкам соединения подводится передающий кабель.
- Ведется поиск сигнала.
Антенна в виде восьмерки.
Двойной или тройной квадрат
Приемное устройство имеет рамочный тип из двух или трех квадратов, расположенных для усиления параллельно друг к другу. Используется в условиях близкого расположения вышки, но присутствия помех от вещания на других частотах. Алгоритм сборки:
- Из трубок изготавливаются квадраты, которые устанавливаются на каркасе из дерева или фанеры.
- Они соединяются любым токопроводящим элементом (в его роли может выступить сам оголенный кабель).
- Кабель, каркас, штекер и рамки крепятся друг к другу.
- Расстояние между квадратами регулируется при поиске сигнала.
Антенна «Бабочка»
Данный тип антенны сложнее других, поэтому предварительно можно сделать чертеж. Используется для установки на улице. Собирается по такой схеме:
- На деревянной палке длиной 70 см шириной 4 см и толщиной от 2 см наносят 4 точки по прямой линии на удалении 20 см друг от друга.
- На палке от точек наносятся перпендикулярные к каркасу линии под углом 30°.
- Из проволоки изготавливается 8 усиков длиной 15 см, они фиксируются болтами на каркасе — по 4 с каждой стороны. Каждый из усиков должен располагаться по разметке под углом 30° к прямой линии на каркасе.
- Места крепления соединяются между собой.
- К нижним выводам подключается кабель.
Антенна бабочка своими руками.
«Бабочка»
«Бабочкой» называют относительно простую, но эффективную коротковолновую антенну для приема цифрового телевидения за ее специфическую форму: проводники-вибраторы отходят от крепежной оси веером, точно крылья реального насекомого.
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.
Преимущества:
- простота в изготовлении;
- эффективность.
Недостатки:
сравнительно невысокий коэффициент усиления.
