Как рассчитать антенну по частоте 2100 мгц

Всё о 3G USB-модемах

Все для сенсорных смартфонов

—> —>Статистика —>

—>Время жизни сайта —>

Итак, начнём.
Допустим, что у Вас есть модем 3G UMTS HSDPA , но качество связи не совсем хорошее и уровень сигнала недостаточный. Сначала мы переделываем модем по любой из перечисленных схем : http://i-net.com.ua/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=22&Itemid=22
Затем, пробуем изготовить из отрезка кабеля 75 Ом и на разъёме F-типа антенну в виде четвертьволнового излучателя (длина 37 мм)

Но настоящее «чудо» происходит после подключения ТАКОЙ антенны.

Так что же это за «волшебная» такая антенна?

Тут нет ничего «секретного». И в интернете и в различной популярной литературе эта антенна описывалясь не один раз. Правда, очень хитро описывалась Для того, чтобы её пересчитать на частоты 1900-2100 мГц пришлось немного «попотеть» и помучиться , изготовив несколько прототипов. Но результаты превзошли все ожидания. Мы не будем «грузить» Вас теорией, а покажем подробный процесс изготовления

Вам нужно просто сделать антенну по размерам и пользоваться.

Итак, берём кусок центральной жилы обычного «телевизионного» кабеля 75 Ом длиной 320 мм.

Делаем из него квадрат со сторонами , как на схеме. Этот вариант антенны самый «неправильный» (мы не снималь изоляцию с кабеля, стороны треугольников получились неровные)

Сигнал снимается в месте перекручивания проводников. Провода просто подпаиваются напрямую к изготовленному разъёму.

Однако, антенна работает и даёт (даже в комнатных условиях) существенный прирост сигнала.

Есть ещё один вариант подключения антенны к разъёму

Центральную жилу кабеля полностью очищаем от изоляции и изгибаем как на фото

Готовим из куска кабеля и F-разъёма крепёжное соединение

Аккуратно паяем, получаем вот такую «бабочку»

Дальше — больше.

Снабдив «новоиспечённую» антенну десятью метрами кабеля 75 Ом (кабель «неправильный» и разъёмы с большим затуханием. ) Finmark (заодно узнав затухание в нём на частоте 1900-2100 мГц— разница между показаниями антенны без кабеля и с кабелем в одном и том же месте и практически в одно и то же время была 4 Дбм).

Расчет антенны Харченко (зигзагообразной)

Представляю вашему вниманию обновленный калькулятор антенны Харченко. Антенна смоделирована в программе HFSS и оптимизирована для Wi-Fi и 3G диапазонов. (HFSS+MAA)-модели антенны можно скачать с нашего сайта. Диаметр провода соответствует стандартному набору сечений провода электропроводки. Без существенных изменений характеристик антенны можно применить ближайший имеющийся в наличии. Форма рамок скругленная на изгибах, что позволяет добиться максимально широкой полосы пропускания и облегчает изготовление антенны. В отличии от Bi-Quad Тревори Маршалла рефлектор не имеет бортиков. Подробнее о возможных вариантах конструкции читайте в соответствующей статье. Если кто-то сюда попал в поиске расчета антенны Харченко для цифрового телевидения (DVB-T2), то имейте ввиду, что такая «цифровая» антенна не требует расчета и описана другой статье . Хотя, если вы просто хотите рассчитать 75-омную антенну для определенной частоты ДМВ диапазона, то данный калькулятор позволяет это сделать.

Боковые стойки изготавливаются из металлических болтов или шпилек М2-М8 в зависимости от диаметра провода и крепятся к рефлектору и вибратору посредством гаек и шайб. Поскольку в точках крепления находятся узлы напряжения, так называемые точки нулевого потенциала, то по стойкам токи не текут. Поэтому металлические стойки могут быть и диэлектрическими, не имеет значения. На частотах выше 2 ГГц диэлектрические стойки более предпочтительны. Размеры даны по центральным осям провода, размер D — от оси провода (плоскости вибратора) до поверхности рефлектора. Размер R — радиус скругления провода. Важна точность общей длины провода (при этом периметры каждого квадрата должны быть одинаковыми), а также расстояния D , размеры W и H допускают некоторое округление размеров. Радиус R не критичен и примерно одинаков по всем точкам изгиба. Промежуток между проводами в месте подключения минимально возможный. Антенна подключается 50-омным либо 75-омным коаксиальным кабелем. (КСВ < 2). Расчетный коэффициент усиления не менее 10 dBi. Рефлектор цельнометаллический, но возможно использование сетчатого рефлектора, как на схеме. Параметры такого рефлектора можно определить воспользовавшись онлайн калькулятором рефлектора из металлической сетки. Поляризация антенны, при расположении ее как на схеме, — вертикальная. При горизонтальной поляризации разверните целиком все полотно на 90°.

Схематическое изображение антенны:

Калькулятор обновлен 02.06.2020. При повторных расчетах не забудьте обновить кэш браузера.

Расчет, аналогичный этому калькулятору, есть в андроид приложении Cantennator, доступном на Google play. Вы его можете загрузить на свое мобильное устройство, нажав на QR-код ниже или отсканировав его. Не забудьте оценить приложение.

Для симметрирования и отсечки тока питающий фидер необходимо завести через точку нулевого потенциала (возле стойки) и проложить по одной из рамок. Оплетка припаивается к тому плечу, по которому проходит фидер, центральная жила к противоположномуЕсли на частотах ДМВ по антенной рамке можно проложить непосредственно фидер снижения, например распространенный RG6, то на СВЧ, это сделать нельзя. Необходимо использовать на обоих сторонах фидера пигтейлы из тонкого коаксиального кабеля, например RG178 , RG316 для 50-и омной антенны или RG179 для 75-и омной. Однако для уменьшения затухания сигнала в качестве магистрального фидера снижения нужен именно толстый коаксиал. Более кошерным способом симметрирования и согласования антенны Харченко на СВЧ является применение плоского трехпроводного балуна Рутрофа, который позволяет не только решить проблемы симметрирования на СВЧ, но и расширяет полосу пропускания антенны. Конструкция двухдиапазонной антенны Харченко на1800 и 2100 МГц с таким балуном описана у нас на сайте.

Проволоку для рамок на низкочастотных диапазонах можно заменить металлической пластиной с шириной равной расчетному диаметру провода. При этом длина пути по центру пластины должна быть равна длине провода из калькулятора.

В диапазоне 2100 Мгц (3G UMTS) при настройке на центральную частоту 2045 Мгц антенна, в отличии от Double Bi-Quad, имеет достаточно широкую полосу пропускания при КСВ < 2 и хотя также не захватывает как исходящий так и входящий каналы, однако, если не страдать перфекционизмом, вполне может быть использована, хотя в этом случае лучше стоит обратить внимание на более удачные конструкции, например на «Гнутик» или панельную широкополосную антенну «Сдвоенный квадроэллипс» с высоким усилением, либо использовать усовершенствованную конструкцию антенны Харченко, оптимизированную специально для этого диапазона. Список таких оптимизированных конструкций для большинства диапазонов собран в конце статьи. Кроме того, повторимся, можно использовать широкополосную конструкцию антенны Харченко с балуном на диапазоны 1800+2100 МГц.

.Диапазон Wi-Fi без труда и с запасом вкладывается в полосу пропускания антенны:

Довольно часто в этих ваших интернетах можно встретить случаи, когда данную антенну называют «двойной квадрат» или биквадрат. Это неправильно, друзья! Пошло это от дословного перевода названия антенны BiQuad с английского и от незнания наших собственных традиций. Дело в том, что двойной и тройной квадрат — давно известные у наших радиолюбителей, но принципиально другие конструкции, в англоязычной литературе носящие название » 2(3)-element Quad «. А эта антенна у нас всегда носила название зигзаг Харченко, в честь автора конструкции, который и изобрел ее в 1958 г. Кроме того, К.П.Харченко предложил и теоретически обосновал прокладывание фидера через точку нулевого потенциала вдоль одного из плеч рамки в целях симметрирования. На Западе этот способ неизвестен, поэтому к примеру в конструкции Тревори Маршалла антенна подключается просто на прямую. «Подключим не глядя», ну а что взять с профессора медицины? Подробно об антенне и обосновании питания антенны через точку нулевого потенциала можно прочитать в авторской книге Харченко К.П. «Антенны УКВ» 1969 г, которую можно скачать у нас на сайте.

У постоянных пользователей этого калькулятора появились вопросы. Объяснение большинству из них даем ниже в форме диалога:

• -Вижу что у Вас на сайте обновился калькулятор для расчета антенн Харченко для Wi-Fi. Хочется изготовить ее и испытать на деле, но появились некоторые неточности. Раньше в калькуляторе была указана точная длина стороны квадрата и равнялась она примерно 30,5мм. То есть нужно было просто взять кусок проволоки, поставить метки через каждые 30,5мм и потом по них согнуть? И если измерять готовую антенну с помощью штангенциркуля — то 30,5мм должно быть по внешним поверхностям сторон квадрата, по внутренним или по самому центру проволоки? Сейчас же длина стороны квадрата совсем не указана. Есть только общая длина проволоки. Почему изменился расчет? Для каких целей делался этот новый вариант?
• -Для начала обращу ваше внимание, что калькулятор не сам рассчитывает антенну, а просто масштабирует ее размеры по частоте. Большинство проволочных антенн позволяют сделать такое масштабирование. Но в своей основе он должен содержать базовую модель, рассчитанную в каком-либо антенном симуляторе. Мы уже не первый раз усовершенствуем калькулятор, первый вариант вообще не имел базовой модели, был основан на простых формулах и был скопирован с западного калькулятора . Его копии с нашего сайта можно найти и сейчас. Например: moyteremok.ru/calc-antenna-bikvadrat.htmlЭтот калькулятор (и множество его клонов в сети, например вот этот ) неверен . Там просто рассчитывается сторона квадрата в четверть длины волны и затем укорачивается на коэффициент 0.97. Это грубая техническая ошибка. Электрический полуволновой диполь действительно короче длины полуволны в свободном пространстве. В нашем случае длина рамки наоборот больше длины волны.
• -Вторая версия (предыдущая), была основана на модели для антенного симулятора MMANA-GAL. Программа и сейчас популярна у олдфагов, поскольку бесплатна и имеет русскоязычный интерфейс. В этой программе провод представляется в виде прямой бесконечно тонкой линии, поэтому все размеры даются не по краям, а по оси провода. Реальный диаметр провода конечно учитывается, но уже вторично, кроме того программа имеет ряд ограничений в расчетах. Эти ограничения легко удовлетворяются на метровых волнах. На СВЧ их обойти очень трудно. В частности MMANA неправильно учитывает промежуток в месте подключения. Из модели MMANA следует, что величина этого промежутка влияет на входной импеданс антенны. Однако, поскольку в точке подключения не соблюдаются основные ограничения вычислительного ядра NEC, этот вывод на самом деле абсолютно неверен. Изгибов провода программа не моделирует в принципе, только изломы. А поскольку изогнуть провод, особенно толстый, строго под 90 градусов невозможно, на изгибах набегает дополнительная длина провода , которую базовая модель не учитывает. Правильно рассчитать этот набег длины не зная реальный радиус изгиба невозможно . А на СВЧ очень важна именно реальная общая длина рамки с правильным учетом изгибов, а не длина ее стороны. От этой длины зависит резонанс рамки, т.е. точка по частоте, где реактивная составляющая ее импеданса обращается в нуль. Кроме того плавный изгиб провода несколько расширяет полосу пропускания антенны, что часто имеет важное значение. По этой причине было принято решение заменить калькулятор.
• -В настоящее время стандартом для расчета СВЧ антенн является использование программных пакетов CST STUDIO или ANSYS HFSS. Они лишены недостатков присущих MMANA, поэтому расчет в них наиболее точен. Последний вариант калькулятора основан на модели HFSS и является более точным чем предыдущий. Для точного расчета длины провода радиус изгиба задан фиксированным. Изгибать надо именно по направляющим диаметром 14 мм (точнее — 13,6 мм). Но! Какой то одной, однозначно «правильной» модели с «правильными» размерами не существует в принципе. Рабочих моделей с разными размерами — бесконечное множество. Поэтому вопрос «почему там и там отличаются размеры?» не имеет смысла. Подробнее здесь. Под калькулятором есть ссылки на другие рабочие оптимизированные модели, в том числе для Wi-Fi.
• -Большое спасибо за ответ. Я все понял. Значит буду собирать ваш вариант антенны. Я думал согнуть провод на весу с помощью предмета диаметром 14мм. и потом готовую рамку прикрепить к рефлектору на стойку из диэлектрика большого диаметра (для устойчивости). Но я не знаю, как в этом случае максимально точно согнуть провод? Ну и углы, на сколько я понял, все должны быть четко по 90 градусов, а у меня с первого раза это не получилось.
• -Четко 90 градусов — это не принципиально, этого даже в модели нет. Нужно просто по возможности близко соблюсти основные размеры по калькулятору и согнуть максимально симметрично, «красиво». Точность радиуса изгиба тоже не принципиальна. Принципиально важна только точность длины провода и расстояния рамка/рефлектор . От этого зависит входной импеданс антенны. Небольшая неточность формы не приводит ни к каким заметным отклонениям. Вам нужно отмерить общую длину провода, разделить ее на 8 частей (приблизительная длина каждой части — длина сторон рамки qs1 или qs2 по чертежу, которые мы добавили в калькулятор). Затем согнуть проволоку по оправкам 13,6 мм в этих точках. Получившуюся рамку растянуть/сжать под размеры W и H.

P.S: Указанный в последнем пункте диалога алгоритм изгиба провода достаточно легко применить на частотах СВЧ. На ДМВ, с толстым проводом, это сделать трудновато. В таком случае, можно изготовить шаблон с направляющими, координаты и диаметр которых выдает калькулятор и по ним согнуть провод. Но первым действием нужно сначала отмерить расчетную длину провода . Если у вас будут неточности в шаблоне и после изгиба провода «концы не сойдутся», вы можете подкорректировать профиль рамки чтобы необходимая длина провода в любом случае сохранилась.

Подобные упрощенные калькуляторы:

— подойдет для тех, для кого точность не принципиальна (вернее будет сказать, что все «многа букафф», что написаны выше, для них попали в категорию » ни . не понял, но очень интересно! «), кто не знает что такое штангенциркуль, кто делает разметку жирным фломастером и просто гнет провод плоскогубцами на весу.

Эти калькуляторы основаны на моделях 4NEC2. Все недостатки вычислительного ядра NEC, о которых шла речь выше, присущи и этой программе.

Оптимизированные конструкции зигзага Харченко для отдельных диапазонов с рефлектором в виде короба, который закрывается радиопрозрачной пластиковой крышкой:

Вариант простой антенны для 3G-модема

Немалому количеству пользователей беспроводного Интернета приходится сталкиваться с проблемой низкой скорости соединения. Особенно актуальна эта проблема для абонентов, живущих за пределами крупных населенных пунктов и при большой удаленности от ближайших вышек сотовых операторов. Но и в городах с плотной застройкой может случиться так, что прием прямого сотового сигнала невозможен, приходится довольствоваться использованием отраженного сигнала, ослабленного в несколько раз. Во всех этих случаях может оказаться довольно эффективным применение дополнительных выносных антенн, предлагаемые конструкции которых различаются принципом своего построения, сложностью и заявленными радиотехническими параметрами.

На тему дополнительных антенн для улучшения работы беспроводного Интернета существует много разной и, часто, противоречивой информации. В данной статье хотелось бы поделиться личным опытом по изготовлению и опробованию различных вариантов несложных антенн, доступных для повторения в домашних условиях, без применения громоздких расчетов, дорогостоящих или сложных в изготовлении элементов.

В моем случае проблема состояла в крайне низкой скорости Интернет-соединения из-за большой удаленности от вышки (10 км по прямой). Кроме того, прием прямого сигнала был невозможен из-за находящихся впереди панельных пятиэтажек. По этой причине 3G-сигнал модемом практически не фиксировался, и работать можно было только в режиме GPRS (использовался модем МТС MF192+).

Были рассмотрены многочисленные способы повышения уровня принимаемого сигнала, в том числе, найденные на сайтах в Интернете. Проанализировав различные конструкции антенн и отзывы об их работе, можно было сделать вывод, что наиболее эффективно работают либо варианты направленных антенн типа «волновой канал», либо тарелки-отражатели, в фокусе которых располагается сам модем. Но изготовление таких антенн требует точных и сложных расчетов и довольно специфических материалов, поэтому делать их в домашних условиях непросто. А варианты с выносом самого модема «на улицу» (за окно, на крышу и др.) сразу отпали из-за необходимости применения USB удлинителя протяженностью более 15 м. Даже при значительно меньших размерах такого удлинителя модем может перестать нормально работать из-за затухания сигнала и падения напряжения питания. Кроме того, модем в принципе не предназначен для работы в уличных условиях при значительных перепадах температуры и влажности. Поэтому рассматривались только комнатные направленные антенны, лучшими из которых, по многочисленным отзывам, являлись антенны «зигзаг Харченко» или «би-квадрат».

Но, несмотря на внешнюю простоту, вариантов изготовления такой антенны также можно найти немало, при этом нередко указываются совершенно разные размеры составных элементов и способы компоновки всей конструкции. Для сравнения всех вариантов на практике были изготовлены и проверены в работе несколько таких антенн с различными размерами и в разных «модификациях», в том числе, варианты антенны с четырьмя и шестью квадратами (двойной и тройной «би-квадрат», соответственно). При этом мои конструкции позволяли оперативно изменять конфигурацию и размеры различных составных элементов.

Следует сказать, что в моем случае применение двойного и тройного вариантов «би-квадрата» не показало практически никакого преимущества перед обычным, простым вариантом этой антенны. Поэтому в дальнейшем будет рассмотрен подробный расчет и особенности изготовления «классической» антенны.

Расчет антенны

Для точного расчета размеров антенны не потребуется ни специальных теоретических познаний, ни каких-либо программ.

Периметр рамки антенны такого типа должен быть равен длине волны принимаемого радиосигнала. В нашем случае длину волны можно рассчитать, зная частоту сигнала 3G, которая составляет 2100 МГц. Для этого нужно разделить скорость распространения радиоволн (300,000 км/с) на частоту, в результате чего длина рамки получается равной

300,000/2,100,000 = 0.143 м.

Поскольку рамка имеет форму квадрата, следует разделить ее общую длину на 4, в результате чего получим длину каждой стороны квадрата, равную 35.75 мм. Во многих источниках можно встретить совершенно другие размеры сторон – от 27 до 53 мм. Очевидно, такие антенны рассчитаны уже на другой диапазон, например GSM или Wi-Fi, рабочие частоты у которых, соответственно, ниже или выше, чем в нашем случае.

Коэффициент усиления данной антенны примерно 6 дБ. При ее изготовлении все размеры нужно соблюдать как можно точнее, от качества изготовления сильно зависит и качество работы. Следует заметить, что любая антенна без усилителя не усиливает сигнал как таковой, а выделяет его на фоне других сигналов и различных помех (если антенна не широкополосная). За счет этого мы и получаем нужный нам сигнал, уровень которого гораздо выше уровня помех. Поэтому точное соблюдение размеров антенны важно, ведь таким образом мы получим точную настройку на нужную рабочую частоту!

Чтобы увеличить усиление до 9 дБ, можно применить рефлектор. Это может быть металлическая пластина, мелкая сетка или даже фольга, наклеенная на фанеру или плотный картон, с размерами на 10-15% больше площади «полотна» самой антенны. В данном случае рефлектор будет иметь размеры 125 × 75 мм.

Изготовление

Таким образом, антенна для приема сигналов 3G (без рефлектора) будет выглядеть, как показано на Рисунке 1.

Рисунок 1.

Для ее изготовления нам потребуется медный провод сечением не менее 4 мм 2 (можно использовать, например, «жилу» от силового электрического кабеля марки ВВГ или NUM). Периметр каждого квадрата равен длине волны – 143 мм. Поскольку антенна состоит из двух квадратов, то понадобится отрезок провода длиной 2 ×143 мм = 286 мм.

Делим провод на 8 равных отрезков и изгибаем в этих местах под углом 90°, а свободные концы спаиваем между собой, чтобы получился замкнутый контур (Рисунки 2 и 3):

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Рефлектор следует закрепить позади «квадратов» антенны, причем расстояние до рефлектора тоже имеет большое значение, так как влияет на входное сопротивление и согласование с соединительным кабелем. Теоретически это расстояние должно составлять ¼ длины волны, что в нашем случае составляет 143/4 = 35.75 мм. Но моя антенна, например, лучше работает при расстоянии 18 мм, а это получается 1/8 длины волны. Поэтому расстояние до рефлектора лучше сделать регулируемым и поэкспериментировать с ним в процессе настройки. Для этого берем отрезок медной трубки подходящего диаметра (туда должен входить наш соединительный кабель), например, от телескопической антенны для приемников/телевизоров. Придаем ему форму, показанную на Рисунке 4.

Рисунок 4.

В пластине рефлектора сверлим отверстие в центре, чтобы туда плотно входила эта трубка. Она не должна свободно болтаться, тогда ее можно не припаивать к рефлектору и при настройке сдвигать, регулируя расстояние до плоскости антенны. Припаиваем нашу рамку из двух квадратов к этой трубке, как показано на Рисунке 5).

Рисунок 5.

Сквозь трубку пропускаем кабель и припаиваем его центральную жилу к внутреннему углу рамки напротив отверстия трубки, а оплетку-экран кабеля – к трубке с противоположной стороны рефлектора (Рисунки 6 и 7).

Рисунок 6.	Рисунок 7.

После окончательной настройки антенны трубку можно припаять к рефлектору. Плоскость антенны должна быть строго параллельна плоскости рефлектора, потому что даже небольшой перекос и непараллельность могут сильно снизить уровень сигнала. Для обеспечения жесткости конструкции между рефлектором и крайними углами рамки можно приклеить подкладки из текстолита или другого хорошего изолятора.

Соединение с модемом

Если на вашем модеме нет специального разъема для подключения внешней антенны, то придется сделать своеобразный адаптер, который надевается снаружи и передает сигнал на встроенную антенну модема посредством переизлучения. В простейшем случае можно просто плотно обмотать модем (в месте расположения его внутренней антенны) несколькими витками центральной жилы соединительного кабеля, как показано на Рисунке 8.

Рисунок 8.

Количество витков, обычно равное 2…5, подбирается при настройке по максимуму принимаемого сигнала. Затем эти витки следует закрепить на модеме изолентой. А можно сделать конструкцию посложнее, более удобную и эффективную. Такой вариант адаптера показан на Рисунке 9.

Рисунок 9.

Конструктивно он представляет собой кольцо, которое плотно облегает корпус модема в месте расположения его внутренней антенны. Кольцо можно сделать из полоски медной фольги шириной 45 мм, концы которой нужно спаять между собой. К этому кольцу припаивается центральная жила соединительного ВЧ-кабеля. Из другой полоски такой же фольги, но с размерами 25 × 75 мм, изгибается полукольцо, как показано на Рисунке 9, а к нему припаивается оплетка-экран кабеля. Электрического контакта между кольцом и полукольцом быть не должно. Регулируя положение полукольца и угол его наклона относительно модема, нужно добиться максимального уровня принимаемого сигнала. Размеры такого адаптера никак не рассчитывались теоретически, а были подобраны путем экспериментов. У модемов разных типов и моделей расположение встроенной антенны внутри корпуса также может быть разным (в районе разъема USB или на другом его конце). Это следует учитывать при расположении адаптера на корпусе вашего модема!

Соединительный ВЧ-кабель

Немного о типах и марках кабеля. Помимо качественных показателей, кабель может иметь разное волновое сопротивление – 50 или 75 Ом, что нужно принимать во внимание при его выборе. Сопротивление беспроводных модемов, как правило, составляет 75 Ом. Поэтому лучше, конечно, использовать 75-омный кабель. Судя по многочисленным рекомендациям, лучше использовать кабели марок 10D-FB, 8D-FB, 5D-FB (в порядке убывания качества) из-за малых показателей затухания сигнала. Хуже показывают себя кабели марок RG-6, RG-8Х. Поэтому, особенно при длине кабеля более 5 м, выбирайте более качественный вариант, иначе можно потерять все то «усиление», которое получите от антенны!

Настройка антенны

Расположив антенну так, чтобы она была направлена в сторону ближайшей вышки сотовой связи (желательно у окна или напротив него), отрегулируйте положение антенны и расстояние между ней и пластиной рефлектора, сдвигая трубку. Ориентироваться надо по уровню сигнала, и для этого лучше использовать специальные программы, например программу «MDMA» (можно скачать в Интернете), где есть шкала уровня сигнала в децибелах. Эта программа работает не со всеми модемами, но есть и другие, подобные ей, показывающие уровень сигнала в децибелах (отношение составляющих «сигнал/шум»). Ориентироваться можно и в стандартной программе-коннекте для вашего модема по уровню сигнала значка антенны, но это не очень удобно, потому что там, во-первых, имеет место несколько запоздалая реакция на изменение сигнала (до 10 — 20 с), а во-вторых, это будет не совсем корректно. Потому что важен именно показатель отношения сигнал/шум, а не уровень сигнала в целом.

В моем случае показатель шкалы антенны «родного» коннект-менеджера увеличился после подключения и настройки антенны несильно, всего на 2 – 3 деления. Однако скорость Интернет-соединения при этом поднялась очень ощутимо. Скорость закачек увеличилась с 0.5 Мб/с до 3…4 Мб/с в дневное время, и еще больше ночью. Без такой антенны, как уже говорилось ранее, прием сигнала 3G вообще был невозможен.

Чтобы не быть голословным, приведены скриншоты с уровнями сигнала и скоростью Интернет-соединения при использовании антенны описанной выше конструкции (Рисунки 10 и 11).

Правильный расчет и сборка антенны Харченко для эфирного цифрового ТВ

Обязательным условием приема эфирного цифрового телевидения является антенна ДМВ-диапазона. Ее можно приобрести в магазине электронной техники или собрать своими руками. Существует более 10 эффективных схем самодельных конструкций, все они способны улавливать до 30 эфирных каналов. В этой статье мы расскажем о том, как изготовить одну из самых мощных самоделок — антенну Харченко для цифрового ТВ.

Что такое антенна Харченко и чем она хороша

В 1961 году в третьем выпуске журнала «Радио» была опубликована статья инженера К. Харченко «Зигзагообразная антенна», которая помогла улучшить качество картинки людям, проживающим за зоной уверенного приема. В сфере радиолюбителей она получила названия «ромбовидная», «восьмерка», «биквадрат» или просто «антенна Харченко».

У биквадратной конструкции есть ряд особенностей, которые позволяют ей оставаться популярной на протяжении более полувека:

• обеспечивает высокий коэффициент усиления ;
• подходит для приема телевидения и мобильного интернета — нужно только правильно подобрать размеры сторон;
• широкополосная — способна улавливать одновременно цифровые и аналоговые каналы;
• простая и недорогая в исполнении — позволяет любому собрать и использовать ее для приема слабого сигнала.

Делаем биквадратную антенну в домашних условиях

Самодельная антенна собирается за 30-40 минут. К тому же элементы конструкции изготавливаются из самых обычных материалов, которые с большой долей вероятности уже есть у вас дома или в гараже.

Необходимые материалы и инструменты

• медный провод сечением 1,5–5 миллиметров, длиной около метра;
• обычный антенный провод (коаксиальный), 3–5 метров;
• паяльник, соответственно, припой и канифоль;
• штекер для телевизора;
• напильник или наждачная бумага для зачистки провода;
• рулетка или линейка;
• маркер либо фломастер.

Дополнительные материалы, которые могут понадобиться:

• основа для антенны (например, деревянная рейка);
• клей;
• изоляционная лента.

Ручной расчет

Размеры антенны Харченко напрямую зависят от диапазона принимаемых частот.

Расчет под эфирное телевидение заключается в определении длины волны и переносе значений на собираемое устройство. Цифровые телеканалы транслируются в стандарте DVB-T2 на радиочастотах, которые варьируются от 400 до 800 МГц и отличаются в зависимости от региона.

Точный диапазон для вещающих мультиплексов вы узнаете из инструкции по определению частот цифрового ТВ.

В Москве вещание 1 мультиплекса идет частоте 546 МГц (ТВК 30), 2-ого — на 498 МГц (ТВК 24 ). Я хочу принимать оба пакета, поэтому беру среднее значение:

(546 + 498)/2 = 522 МГц .

1. Вычисляем длину волны по формуле:
   λ = с/F , где:
   λ — длина волны;
   с — скорость света (3×10 8 м/с);
   F — частота.
2. Подставляем значения:
   λ = 300/522 ≈ 0,5747 м = 57,47 см.

Можно использовать полученную величину, но для практического применения она может оказаться слишком большой. Мы имеем право взять ровно половину или четверть длины волны:

λ/2 = 0,5747/2 ≈ 0,287 м = 28,7 см.

λ/4 = 0,4918/4 ≈ 0,143 м = 14,3 см.

Зная длину волны, производится расчет размеров рамки. На примере значения 575 мм получаем следующее:

• длина внешней стороны ромба: 575/4 = 143,75 мм;
• общая длина проволоки – 1150 мм.

Калькулятор антенны Харченко

Можно поступить проще: рассчитать все параметры с помощью онлайн-калькулятора. Алгоритм его работы аналогичен представленному выше, действие всех формул автоматизировано. На выходе получится готовый чертеж с размерами «двойного квадрата».

Сборка

1. Возьмите проволоку. Для антенны подойдет только медь (алюминий или другой металл надежно спаять не получится, а от качества соединения контактов будет зависеть чистота принимаемого сигнала).
2. С помощью линейки и маркера отметьте 8 одинаковых отрезков, длину которых (L1) вы рассчитали на калькуляторе.
3. На чистом листе бумаги нарисуйте шаблон будущей рамки телеантенны, соблюдая вычисленные размеры.
4. Согните проволоку по отметкам, ориентируясь на шаблон. Должна получится ровная восьмерка с углами 90°.
5. Используя напильник или наждачную бумагу, зачистите края проволоки и место сгиба граней, а затем зафиксируйте свободные концы тонкой медной проволокой.
6. Спаяйте концы между собой.
7. Возьмите антенный провод, оголите его примерно на 2 см для и припаяйте к рамке антенны: центральная жила на один сгиб, экран — на второй. На другой конец кабеля установите RF-штекер.
8. Заизолируйте все места пайки. Можно использовать силиконовый герметик или простую изоленту.

Настройка

После сборки включите телевизор и выполните поиск цифровых каналов. Если у вас приставка — запустите автопоиск на ней. Дальше анализируйте:

• Прием сигнала хорошего качества.
  Можно закрепить полученную рамку на любую поверхность при помощи клея или жидких гвоздей. Кабель тоже нужно зафиксировать, чтобы не нарушать слабое место пайки.
• Качество принимаемого сигнала недостаточно хорошее.
  Попробуйте переместить антенну: меняйте вертикальные и горизонтальные углы наклона. Если это не помогает, то нужно усилить принимаемый сигнал, используя рефлектор.

Изготовление рефлектора

Рефлектор представляет собой экран, расположенный за основной рамкой антенны. Для изготовления подойдет металлическая пластина или стеклотекстолит, используемый для печатных плат. Можно взять решетку, состоящую из металлических прутьев. Или можно сделать экран самостоятельно из плотной фольги, наклеенной на твердую основу нужного размера.

В данном примере экран сделан из стенки корпуса домашнего ПК.

К расположению рефлектора предъявляются следующие требования:

• расстояние между ним и приемником — ровно 1/7 часть длины принимаемой волны (на калькуляторе это значение D). Изготовьте диэлектрические проставки, с помощью которых соберите единую конструкцию;
• площадь активной (токопроводящей) поверхности рефлектора на 20 % больше площади телеантенны;
• приемник должен «лежать» внутри плоскости рефлектора.

В этом примере проставки сделаны из старых маркеров, которые стягиваются пластиковыми жгутами.

Рекомендуем полную пошаговую видеоинструкцию по изготовлению биквадрата с экраном:

Для модемов 3G и 4G

Использование биквадратной антенны не ограничивается только приемом цифрового телевидения. Когда скорость работы мобильного интернета неудовлетворительна, антенна Харченко тоже может помочь.

Сначала, как и в случае с цифровым телевидением, необходимо выяснить частоту передачи 3G- или 4G-сигнала (LTE). У каждого оператора сотовой связи она своя, но находится в диапазоне 1.9–2.1 ГГц. Расчетное значение длины волны составляет от 14 до 16 сантиметров.

Исходя из этого получаем следующие размеры антенны:

• для 1,9 Gz = 3,5 сантиметра;
• для 2,1 Gz = 4 сантиметра.

Собирается конструкция так же, как и для цифрового ТВ.

Не помешает для данной антенны и рефлектор. Расстояние между ним и приемником следует обеспечить равным 2,3 сантиметра. К готовой антенне припаивается кабель сопротивлением 50–65 Ом, а на другой конец — штекер Jack 3,5 мм, который вставляется в антенный вход модема.

Для сотового телефона

Обычные GSM-телефоны основаны на приеме радиосигнала ультракоротких волн (УКВ) на частоте 900 или 1800 МГц. Чем выше это значение (короче длина волны), тем дальше он распространяется, но хуже огибает препятствия. То есть в бетонных джунглях лучше работает GSM на частоте 900 МГц, а вот за городом, на даче – 1800 МГц.

В современном телефоне уже нет возможности для свободного подключения внешней антенны. Однако внутри каждого из них есть встроенная, и разъем у нее универсальный. Поэтому в местности, где сотовой связи нет, вы можете найти старый телефон с возможностью подсоединить антенну или разобрать новый и подключить к нему внешнюю.

Как мы уже выяснили, нас интересует «дальнобойная» связь GSM на частотах 900 МГц.

Живые примеры

На пробке из под 5л бутылке С экраном из мелкой сетки С экраном из крупной сетки LTE Удобное крепление 1 Удобное крепление 2 Вариант от подписчика 3G

Вместо заключения

Все описанные в этой статье принципы передачи информации основаны на радиоволнах. Хотя прогресс не стоит на месте и скорость передачи информации растет, принципы радиотехники остаются неизменными. Антенна Харченко – простое и эффективное устройство для приема слабого сигнала как цифрового телевидения, так и мобильного интернета.

Хорошая антенна. Покупал несколько разных и дорогих антенн — эта работает лучше всех покупных (те сдал обратно в магазины). Теперь вопрос: можно ли раздать с этой антенны сигнал по Wi-Fi на несколько смарт-ТВ? Есть ли в природе такие устройства? не хочется тянуть кабель — ремонт закончил уже.

Можно. Только у этой антенны относительная узкая диаграмма направленности. Можно сравнить с лучом фонарика. Другими словами, антенна точки доступа должна быть всенаправленной, иметь диаграмму направленности близкую к сфере или тору, а усиление таких антенн близкое к нулю.
Усиление и диаграмма направленности очень сильно связаны. Если сильно упростить, то можно рассматривать фонарик как пример для объяснения. Просто лампочка без отражателя и линзы светит во все стороны и поэтому ее свет виден с любой точки пространства, но стоит установить отражатель и линзу, как свет фокусируется в одном направлении и чем этот луч более узкий, тем усиление света этой системой более высокое.
Исходя из этого, подобные антенны лучше устанавливать на клиентских станциях по направлению на точку доступа (на базовую станцию), а на базовых станциях устанавливать максимально всенаправленные антенны (или системы антенн). То есть, данная антенна не совсем хорошо подойдет для «раздачи» wi-fi, только если ваши клиентские устройства не находятся в зоне диаграммы направленности этой антенны.

Денис, спасибо за грамотное и развернутое дополнение!

Не совсем соглашусь с Вами. Диаграмма направленности антенны Харченко, без рефлектора — восьмерка. И пример с фонариком, не совсем удачный. Это скорее светодиодный прожектор, который светит в одном направлении, под определенным углом (в нашем случае, без рефлектора, в два направления). Антенну Харченко, несложно сделать многоэлементной. То есть, если упрощенно, «ромба» может быть не два, а четыре, шесть и т.д. Коэффициент усиления антенны, при этом кратно возрастает. И если такую многоэлементную антенну свернуть в горизонтальное кольцо, мы получим антенну, с приемлемым коэффициентом усиления и с круговой диаграммой направленности, вполне пригодную для «раздачи» Wi-fi, на значительное расстояние. А если, такую антенну оснастить сетчатым металлическим рефлектором в виде отрезка трубы, коэффициент усиления, еще более возрастет.

Нарисуйте, как это выглядит?

Усиление антенны не бывает равной 0. наихудшее значение равно 1 это для всенаправленной антенны. любая хоть сколько то направленная(с диаграммой направленности направлением меньше шара) имеет КУ больше 1.

Когда усиление равно 0, то КУ равен 1.

как я понял вы хотите смотреть смарт тв через интернет тогда надо подключить антенну к модему с симкой сотового оператора чья связь лучше в вашей местности а модем подключить к роутеру с функцией wi-fi

Алексей, большое спасибо вам за критику! Замечание абсолютно по делу!

А в центре антенны ( там где производится пайка) какое расстояние между проволокой, около 1 см?

Сергей, да, примерно 1 см. Но ничего страшного, если будет плюс минус 5 мм. Главное, чтобы контакта между местами сгиба не было.

Изображена антенна для вертикальной поляризации радиоволны.Не нужно ли её повернуть на 90 градусов для приёма DTV?

Виктор, не нужно.

У меня вертикальное положение антенны
даёт лучший сигнал

Тогда вопрос из предыдущего.Все ли передатчики (ретрансляторы) мультиплексов DTV работают на вертикальной поляризации

Здравствуйте. Сможете ли вы проконсультировать куда подключить внешнюю антенну в 3g роутеру. Снимки платы вышлю.

Здравствуйте. Можно не снимать изоляцию с медного провода, что бы не окислялась ?

Зависит от материала изоляции. Есть не радиопрозрачные изоляционные материалы. Проверить легко с помощью микроволновки. Кусочек изоляции провода (без металлической жилы) поместить в микроволновку на минуту. Если нагрелся, материал изоляции не радиопрозрачный и его лучше снять.

Можно ли вместо рефлектора использовать спутниковую тарелку? И нужно ли в таком случае размещать антенну в точке установки конвектора или выдерживать расстояние D из калькулятора?

Спасибо за информацию .

Скажите пожалуста, а чем обусловлено то что можно взять четверть или половину длины волны за сторону ромба (как и целую длину волны)? Какие физические основание что сигнал при таких длинах усиливается? Сперва подумал что для 3g/4g (2100/1800 Мгц) можно взять целую длину волны. Хотя для частоты 900 Мгц, это уже и накладно и труднее реализовать при длине волны 33,333 см. Также интересно чем обусловлено что растояние до экрана должно быть L/7 — это также теория или практические изыскание? Так как частоты в операторов несколько отличаются даже в отдельном диапазоне, то думаю в расчете длины можно просчитатся на 3-5 мм. Как это повлияет на уменьшение усиление сигнала? Надо тоже практически определять? Мобильные приложение могут подсказать лиш band, или номер канала по которому можно определить лиш сам диапазон.

А если, на обычную антенну один мультиплекс ловит отлично, 100%, а второй вообще ноль, что может быть?

Здравствуйте.мне не как не рассчитать,ромб.антенны харченко.гатчинский район.

Вы уже достали этой антенной и фамилией Харченко.Возьмите учебники и журналы радио 60-70 годов прошлого века и там найдёте расчеты этой антенны но вашего Харченко там и в помине нет.

Антенна — работает.
НО в качестве телевизионной — имеет смысл только если материалы халявные.
В моем случае у меня нет запасов проволоки и пр., поэтому провод на антенну 10 мм.кв. я покупал.
В итоге для нормального установочного вида надо еще потратить рублей 200.
А пассивная антенна заводского исполнения как раз и стоит рублей 300.