Как сделать антенну Харченко для Т2 своими руками

Антенна Харченко для Т2 состоит из двух квадратов или ромбов, равных по размеру, при этом относятся они по своему строению к зигзагообразным. Такой тип конструкции был предложен в 1961 году инженером Константином Павловичем Харченко. На частоте в 14МГц он при помощи своего биквадрата смог поймать радиоволны из США. Сегодня такая антенна, иногда называемая «восьмеркой» используется для ловли WiFi и даже сотового сигнала в диапазоне 3G.

Такой тип конструкции имеет много своих преимуществ, перед другими антеннами, которые будут описаны в данной статье. Также будет здесь подробно рассмотрена конструкция и описан процесс как сделать такой биквадрат своими руками и для каких волн и частот его эффективнее использовать.

Антенна Харченко для цифрового ТВ

В 60-х годах прошлого столетия, Харченко сконструировал антенну, составляющую двойной квадрат из проволоки. Незамкнутыми углами квадраты соединяются между собой. В этом же месте подключаются к телевизионному кабелю. В свою очередь, на задней части конструкции устанавливается решетка из такого материала, который может провести ток. В простонародьи, данная конструкция имеет и другие названия. Часто ее называют:

• зигзагообразная антенна Харченко;
• восьмерка;
• бабочка;
• биквадратная антенна телевизора.

В настоящее время, успешно используется антенна Харченко не только для аналогового телевидения, но и для цифрового. Это связано с активным переходом телевидения на новый формат – цифровой. Он ведется на частотах дмв расчета на каналах 21-69 способом мультиплекса. А поэтому и конструкция должна быть подходящей. Поскольку не все телевизоры оснащены встроенной антенной, то сообразительные хозяева изготавливают самодельные антенны Харченко для цифрового ТВ, их еще называют – домашние самоделки. Такие приборы работают не хуже купленных на рынке.

Действительно, такое устройство обладает преимуществами, которые сложно опровергнуть:

• сборка такой конструкции требует минимум деталей и навыков;
• можно собрать даже школьнику средних классов;
• монтаж занимает около получаса;
• бюджетность;
• бессбойное функционирование устройства.

Далее, будет подробно рассказано о монтаже в домашних условиях. Если вы до сих пор не знаете, как выглядит этот прибор, рекомендуется просмотреть чертеж ТВ-антенны Харченко заранее в интернете, просто открыв картинки.

Эволюция

Антенна, придуманная Харченко, представляет собой двойной квадрат из толстой медной проволоки. Незамкнутыми углами квадраты соединяются между собой, и в этом месте к ним подключается телевизионный кабель. Для улучшения направленности сзади устанавливается решетка из токопроводящего материала. Периметр каждого квадрата равен длине волны, на которую настроен приём. Диаметр провода для 1-5 телевизионных каналов должен быть около 12 см. Из-за этого для радиосвязи и телевидения метрового диапазона (1-12 каналы) она получается очень громоздкой.

Для облегчения конструкции использовалась прокладка тремя проводами меньшего сечения, но все равно она имела большой вес и габариты. Вторую жизнь зигзагообразная антенна, созданная Харченко, получила, когда появилось эфирное вещание в ДМВ диапазоне. Все помнят ромбы, круги, треугольники и другие самодельные фигуры в качестве ТВ антенны для приёма дециметровых волн, которые висели у многих людей на балконах и за окнами. Они были одним из признаков того времени.

[stextbox id=’info’]В 2001 году профессор Тревор Маршалл (США) предложил использовать эту конструкцию в сетях Bluetooth и WiFi. [/stextbox]

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. Рассчитанная на приём ДМВ сигнала зигзагообразная антенна должна иметь фиксированные размеры, которые будут рассмотрены в следующих разделах.

Материал по теме: Как сделать антенну для 4G.

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.

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.

[stextbox id=’info’]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. Современные телевизионные приемники, в комплект которых входит антенна для цифрового сигнала, при близком расположении передающей станции могут ослаблять его.[/stextbox]

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).

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).

Повышение качества WiFi и Bluetooth

Известно, что сигнал WiFi передается, подобно другим видам эфирной связи, по радиоканалу, что позволяет использовать антенную конструкцию для улучшения приема роутера или подобных ему устройств. По мнению ряда умельцев из числа разработчиков антенн 3g, если в рассмотренной выше конструкции в качестве экрана будет взята параболическая тарелка, усиление на WiFi частотах удается повысить до 31 дБ.

Такой экран может быть изготовлен из выгнутой определенным образом консервной банки. При изготовлении отражателя для 3g или WiFi кривизна его поверхности подбирается обычно экспериментальным путем. Для этого на приемо-передающем устройстве (роутере, например) должна быть инсталлирована программа, способная фиксировать уровень поступающего на прибор сигнала. Воспользовавшись такой программой, можно будет, меняя кривизну поверхности самодельного экрана, следить за всеми изменениями коэффициента усилении (в реальном времени).

Антенна Харченко для модема

В настоящее время многие пользователи стремятся увеличить скорость своего мобильного интернета. Особенно остро эта проблема стоит перед теми, кто проживает на значительном удалении от базовой станции, пользуясь интернетом на очень низкой скорости. В таких ситуациях наилучшим выходом из положения становится антенна Харченко для 3g модема своими руками, которую достаточно легко изготовить в домашних условиях. Эта рамочная конструкция известна как ДМВ антенна еще с 60-х годов прошлого века. Она имеет зигзагообразную рамочную конфигурацию, благодаря которой устройство становится очень эффективным.

Система состоит из двух квадратных элементов. Для того чтобы сделать расчет антенны для 3g модема на частоту 2100 МГц, размер каждой стороны квадрата должен составлять 53 мм. Вся конструкция выполняется в виде сцепленной структуры, включающей в себя две ромбовидные фигуры с внутренними углами 1200. Это делается с целью снижения внутреннего сопротивления устройства. Соединение ромбов осуществляется между собой методом пайки. Сюда же в дальнейшем припаивается кабель высокой частоты.

Для повышения эффективности прибор может использоваться совместно с рефлектором. Обычно эта деталь является металлической пластиной, а наиболее подходящим материалом для ее изготовления служит фольгированный текстолит. В данном случае антенны включает в себя определение расстояния между приемным устройством и рефлектором. После расчетов и заготовки материалов, может быть изготовлена антенна Харченко для модема своими руками.

Соединение деталей между собой осуществляется с помощью термоклея. Зафиксировать нужное расстояние между элементами можно с помощью какого-либо предмета с наиболее подходящими размерами. Затем выполняется подключение антенны к устройству. Поскольку в модемах отсутствуют разъемы для подключения внешних антенн, они просто обматываются проволокой, которая затем соединяется через кабель с приемным устройством. В случае необходимости, по такой же схеме может быть изготовлена антенна Харченко для 4g модема.

Интересно почитать: Как паять алюминий в домашних условиях. 

По окончании сборки, на противоположном конце кабеля, который будет соединяться с модемом, нужно собрать так называемое устройство согласования, предусмотренное специально для таких приборов. Для этой цели используется медная фольга, такая же, как в печатных платах. Выполняемый расчет антенны для 4g модема такой же, как и в предыдущем варианте.

При наличии разъема для внешней антенны, подключение кабеля осуществляется с помощью специального переходника. После всех соединений, антенна для модема считается готовой к использованию. Настройка приема сигнала для 4g выполняется экспериментально, путем медленного поворота конструкции вокруг оси до получения наиболее четкого сигнала. Качество сигнала определяется количеством черточек на значке, отображаемом на компьютере или мобильном телефоне.

Подключение и настройка

Само собой, тебе потребуется как-то подключить готовый девайс к модему. Учти, все, что ты делаешь с гарантийным оборудованием, ты делаешь на свой страх и риск! Редакция не несет за это никакой ответственности. Для начала сними верхнюю крышку модема. Делать это надо аккуратно, желательно тонкой отверткой или скальпелем. Начиная с одного конца, около разъема USB, затем, медленно поддевая крышечку, продвигайся дальше, пока она не откроется с одной стороны.Потом повтори ту же процедуру, но с другого конца. Сняв крышку, ты увидишь два маленьких разъема, заклеенных защитной бумажкой.

Если положить модем портом USB вниз, то нам нужен левый разъем. К правому даже не прикасайся! Теперь у тебя два пути: или покупать фирменный пикдейл (переходник), или сделать свой. Мы выбрали второй вариант, взяв антенный переходник от маленького горелого ТВ-тюнера и немного его модифицировав удалением внутреннего пластикового кольца. Но если у тебя подобной вещи нет, то лучше купи фирменный.

После тебе нужно подключить его к проводу. Провод следует использовать RG-6U, как наиболее подходящий по волновому сопротивлению. Чем меньше будет длина самого провода, тем меньше будут потери сигнала. В данном случае мы надели на один из концов провода обычный телевизионный штекер, идеально подходящий к нашему самодельному пикдейлу. На второй была водружена прикручиваемая часть высокочастотного разъема для подключения к антенне. После этого все соединяем вместе. У фирменного пикдейла есть специальное крепление к модему, мы же использовали скрепку и две канцелярские резинки. Несмотря на то, что выглядит конструкция достаточно хлипкой, она держится у нас в редакции вот уже четыре месяца.

Далее следует подвесить антенну на улице. Мы использовали мачту от активной телевизионной антенны и ее крепление. После этого надо подвести кабель к модему и собрать все воедино. Далее мы вылезаем на карниз (будь осторожен, не свались вниз!) и настраиваем антенну на точку доступа. Делается это просто: ты крутишь антенну потихонечку во все стороны и следишь за уровнем сигнала. Найдя точку, где сигнал будет максимальным, ты закрепляешь антенну как можно сильнее и забываешь про ее существование. Нам удалось добиться сигнала в 15 дБ там, где модем без антенны ловил 3-4, иногда 5 дБ. Практика показала, что у радиолюбителей такая антенна добивала на 2.5км.

Проектирование и изготовление антенны Харченко

Привыкли небось видеть на рисунках одно и то же. Вот как предлагается проектировать антенну Харченко (портал ВашТехник идет в ногу):

1. Необходимо выяснить частоту волны, поляризацию. Антенна Харченко дружна линейной.
2. Медная антенна образована двумя квадратами. Оба стоят на углах, одним соприкасаются. Для горизонтальной поляризации восьмерка стоит стоймя; вертикальной – ложится набок.
3. Сторона квадрата находится формулой: длина волны, деленная на четыре.
4. Можно представить конструкцию, если вообразить овал, стянутый по центру поперек большей стороны. Бока не соприкасаются, хотя находятся близко друг от друга.
5. Кабель питания подводится к точкам сближения сторон. Нужно одно направление диаграммы блокировать – ставится плоский медный экран на удалении 0,175 длины рабочей волны, сажается на оплетку кабеля питания. Рефлектор изготавливают из металлической пластины. В былые времена использовали текстолитовые платы, покрытые медью.

Законченная краткая конструкция антенны Харченко. Детали обрастают проблемами: задачка укрепить излучатель. Для диапазона связи – растяжки проволочные; телевидения – часто используется древесный каркас, унизанный поперечинами (напоминающими крест), в диапазоне СВЧ владельцы модемов подпирают излучатель парой пластиковых стоек, пронизывающих экран.

Интересно почитать: Что такое датчик Холла. 

Во-первых, при стороне квадрата четверть длины волны видим нижнюю частоту диапазона. Автор не осмыслил верхнюю, однако можем вычислить косвенно, пользуясь умело соображениями (ниже по тексту рисунок, описывающий конструкцию). Показано: рама состоит из трех проводников (больше одного). Индивидуальных размеров отрезы, высота среднего квадрата равняется 0,28 длины волны нижней частоты. Ничего сложного не видим умножить справочное значение на cos 45, узнать: размер стороны составляет 0,198 длины волны. По словам Харченко, на озвученной частоте сторона рамки составляет четверть длины волны. Делаем вывод: речь затрагивает больший квадрат, сторона меньшего ориентировочно – 0,14 длины волны.

Продолжая аналогию, делим великое на малое, получаем: коэффициент диапазона равен 1,8. Харченко К.П. вскользь упоминает: диаграмма направленности сохраняется при отношении максимальной и минимальной частоты 2 – 2,5. Книга приводит рисунок антенны ловли вещания двух диапазонов 50 – 100 и 174 – 230 МГц. Можно, идя проторенной дорожкой, представить возможности, даваемые изделием с точки зрения перекрытия каналов. Вот почему при изготовлении антенны Харченко для WiFi по схеме, указанной выше, браться за основу должна именно самая нижняя используемая частота. Иначе часть сигнала выйдет за рабочий предел антенны. Факт прямо замалчивается, вывод следует из авторского изложения материала Харченко. Хотя тут же инженер говорит, что геометрические погрешности не важны, диапазон рабочий антенны весьма широкий.

Рамок три, расстояние между крайними (по перпендикулярному сечению проводов) составляет 0,033 от максимальной длины волны (минимальная частота). Полагаем, читатели сами посчитают размеры (и, быть может, найдут, что ошиблись чуть выше), но не в этом дело. Эти три рамки собираются на мачте, имеют диаграмму направленности, обладающую также вертикальной составляющей. Увеличением частоты снижает паразитный эффект. Добавим к этому, в верхней части диапазона образуется распределение токов, при котором антенна Харченко избежит согласования, тогда как на прочем отрезке потребуется трансформатор. Устройство можно сделать из отрезка 100-омного коаксиального кабеля длиною… и здесь автора понесло.

Известно, что если для питания используется РК 1, трансформатор делают из РК 3. И наоборот, при питании РК 3 трансформатор делают из РК 1. На наш взгляд материал изложен неконструктивно… В первом случае изымаем изоляцию и оплетку РК 1 на отрезке длины трансформатора, заменяем озвученное хозяйство РК 3, из которого вытащена центральная жила. Во втором случае, наоборот – извлекаем жилу питающего кабеля РК 3 на длину трансформатора, заменяем жилой РК 1.

Геометрические размеры указали, перечислим вкупе:

• Высота квадрата, стоящего на угле, — 0,28 максимальной длины волны, по среднему контуру из трех.
• Расстояние между крайними рамками поперек направления проволоки – 0,033 максимальной длины волны.
• Длина согласующей линии с волновым сопротивлением 100 Ом – 0,052 или 0,139 максимальной длины волны.

Вовсе необязательно, кстати, чтобы антенна состояла из квадратов. Характеристики устройства не сильно зависят от угла при вершине. Высота восьмерки (стоящей стоймя) выдерживаться должна. Поэтому, если угол меняется с 90 на 120 градусов, удлиняются стороны. Пропорционально. Можно посчитать конкретные значения. Теперь читатели знают, как изготовлена антенна Харченко своими руками. И вот еще что. Доводилось видеть, бороздя сеть, конструкции, где излучатель изгибался вокруг экрана. Таким образом якобы расширяется основной лепесток диаграммы направленности. На практике в таком случае проще использовать патч. Вот площадки как раз можно направить в разные стороны.

Теоретическая часть

действительно, если слегка погрешить против истины и использовать то, что антенна в пределах одного диапазона и правда очень широкополосна, то она вполне приемлимо работает с кабелем 50 или 75 ом без специальных мер согласования и настройки. Но, если рассмотреть всё детально, то выясниться, что сопротивление антенны очень сильно зависит от формы рамок и, конечно, от их размера.  Например на  графике справа кривые импеданса биквадрата в зависимости от физического размера рамок. А мы уже знаем, что антенна очень широкополосная и успешно может работать не только на резонансной частоте но и вблизи неё. Поэтому иногда биквадраты называют не резонансной антенной, а диапазонной. Угол “a” – физический угол между вертикалью и элементами рамок.

В этом конкретном случае угол 45 грудусов, тоесть по форме рамки представляют собой идеальные квадраты. На графиках можно увидеть, что при точном соответствии периметра рамок длинне волны (сторона квадрата равна 0,25 периметра)  их импеданс лежит в пределах 50-60 ом. Если же сторону квадрата увеличить до 0,33, то сопротивление вырастает до 120 ом.  При этом просчитанно, что максимальный коэффициент усиления биквадрата и наилучшие направленные свойства будут при длинне стороны квадрата равной 0,375. Конечно, сопротивление при этом возрастает многократно – до 600-700 ом, что конечно же много даже для нашей идеи.     На втором графике, слева, зависимоcти сопротивления от угла “а”.   Если рассмотреть график сопротивления при длине стороны квадрата равной  0,25 периметра  – пряморезонансной, но при угле стороны к вертикали равном 60 градусов, то мы обнаружим, что  сопротивление биквадрата, или антенны Харченко, составит не 50 ом, а 100!

Таким образом мы получаем антенну круговой диаграммы направленности с минимальными сложностями в изготовении и настройке. Если одну антенну повернуть на 90 градусов  не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости, то  получаем антенну круговой поляризации и круговой диаграммы направленности. Простейший расчёт покажет вам, что для образования угла в 60 градусов между вертикалью и полотнами сторон ромба (при периметре равном длине волны, в нашем случае 2000 мм) высота биквадрата должна быть 1000 мм, а расстояние между крайними точками 866 мм.

Сопротивление одной такой “биквадратины” составит 100 ом. Для получения круговой диаграммы направленности два биквадрата размещаются под углом 90 градусов между собой и соединяются между собой с помощью четвертьволнового трансфоматора-фазовращателя из кабеля сопротивлением 50 Ом.  С учётом коэффициента укорочения (для RG-58) это отрезок 34,2 см.  Вы, наверное, уже успели заметить мою любовь к медному проводу и канализационным трубам?  Так вот и правда, я не знаю материала лучше для моделирования и практического изготовления антенн УКВ диапазона.

[stextbox id=’info’]Хотя конечно всё описанное ниже можно заменить на вашу собственную конструкцию из дерева, например или другого имеющегося в наличии изоляционного материала, а провода на трубы или полоски жести или оцинковки. не забудьте, что есть простой способ оценить качество материала для диэлектрика антенны .[/stextbox]

Если бы я не был в юности радиотехником, я бы просто повторил почти повсеместно повторяемую фразу, что усиление антенны Харченко составляет 6-8 дБ. Но посколько я в вопросе разбирался, то могу заявить, что усиление одной антенны Харченко (когда она 50-ти омная) не будет более 4 дБ. В нашем случае, когда сопротивление одной антенны выше и КНД лучше, может чуточку больше. Выигрыша в усилении от двух антенн формирующих круговую диаграмму направленности не будет, но можно смело заявить что в этой антенне, назовём её условно “два бриллианта” (по внешнему виду) усиление будет не менее 4 дБ во всех направлениях.

Итак, переходим к конструкции. В связи с тем, что пластиковые трубки-палочки от воздушных шариков из “Макдоналдс”а уже не годятся, в голову пришла мысль использовать пластиковые палки от детских лыж из которых старший внук уже вырос, а младшая уже не захочет красного цвета. Длина и диаметр подходят, только цвет подкачал… И вот перечень материалов: труба водопроводная пластиковая 32 мм, 4-ре пластиковые распорки диаметром 10 мм  и длиной 87 см, провод медный полтора квадрата и, если не жалко разъёмов и тройника, то материалы коммутации.

Если нет – жестяные прямоугольники  для пайки с отверстиями под саморезы. (Можно сделать и на пайке и саморезах, но тогда вся механика антенны будет некрасивой и ненадёжной.) Для удобства монтажа один биквадрат сдвинут по высоте на 5 см относительно другого. На параметрах антенны это никак не скажется.  Разъёмы SO239 дополняются длинными болтами и припаянным толстым медным проводом достаточной длины для того чтобы пройти насквозь несущую трубу.  Если не найдётся коаксиального тройника, то придётся делать пайкой.

На очень сложном технологическом рисунке очень хорошо видно как это реализуется.  К нижнему разъёму и соответственно нижнему биквадрату присоединяется тройник, если найдете такой в Украине, если нет – пайка на ламели под саморезом. В один его разъём (сторону) вставляется фидер снижения с балуном, как и в квадрифилярной антенне 5 витков на пластиковой мачте-опоре, а в другой – второй биквадрат через четвертьволнойвой  фазовращатель. Достаточно сложно, если на разъёмах. Если же обычной пайкой на жестяных прямоугольниках прижатых к несущей трубе саморезами, то проще.

Дешевле однозначно и, если покрыть герметиком, то даже понадёжнее будет.  Но решать вам. На фотографиях ниже видно как это выглядит. Сама пластмассовая труба крепиться или к конструкции-удлинителю, металлической трубе, напрмер,  или прямо на место своего постоянного расположения, например на стену дома, венттрубу или дерево.   Понятно, что чем выше – тем лучше. Не забывайте что делаете антенну для УКВ диапазона, угол излучения в вертикальной плоскости около 5 градусов, поэтому лучше иметь “открытый” горизонт.

Заключение

Более подробно об антенне Харченко рассказано в статье Инновационный подход к созданию антенных решеток.  Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

www.mainavi.ru

www.televizor.guru

www.vashtehnik.ru

www.elquanta.ru

www.mupbv.ru

www.hammania.net

www.bar812.ru