900 мгц биквадрат антенна своими руками

В связи с переходом на цифровое телевещание происходит переформатирование частотного распределения ДМВ диапазона. В тоже время бурно развивающиеся сети 4G требуют новых частотных ресурсов и появились уже на дециметровых волнах в диапазонах 8-го или 20-го бэндов, в зависимости от региона. Это требует разработки простых и эффективных антенн на эти диапазоны. Кроме того наличие MIMO стало уже стандартом для 4G сетей и изготовление SISO (не MIMO!) антенны для сети четвертого поколения в данный момент совершенно неактуально. Тот кто прочитал статью «Что такое MIMO» знает, что для поддержки этой технологии нам необходимы две антенны. Однако, если мы используем симметричный патч, как например в популярной конструкции «пушка», то мы можем эти две антенны совместить в одной, тем самым существенно сэкономив на «железе». Это, наряду с другими преимуществами патч-антенн, и определило выбор данной конструкции…

Автор и разработчик конструкции — yurik82. На нашем сайте вы можете найти много его разработок как для 3G/4G, так и для цифрового телевидения. У упомянутой нами выше конструкции «пушка» способ выполнения узла порта питания очень существенно влияет на согласование. Все его делают кардинально по разному. Кто то ставит коннектор. При этом крепеж, наличие гаек и винтов, диаметр центрального пина могут существенно различаться. Монтаж фидера без коннектора тоже пестрит разнообразием вариантов. Все это может привести к непредсказуемому результату. Избавиться от этой проблемы позволяет унификация узла питания. В этой конструкции применены стандартные фланцевые F-разъемы (которые можно купить здесь или здесь ), а вместо круглого штыря применена полоса строго определенной ширины, которая вырезается из активного диска, отгибается и припаивается непосредственно к коннектору. Форма патча выбрана квадратной, как более технологичная в изготовлении. Рефлектор применен рупорный, можно применить и плоский, но рупорный более предпочтителен, об этом ниже.

Входное сопротивление антенны близко к 75 Ом, усиление около 10.5 dBi, КСВ в рабочей полосе не превышает 1.4. Развязка между портами MIMO в среднем по диапазону около 18 dB, подавление заднего и боковых лепестков не хуже 20 dB.

Схема антенны (кликните для увеличения):

На схеме для простоты изображено только дно рупорного рефлектора. Между рефлектором, квадратным патчем и круглым директором вставляются отрезки канализационной трубы диаметром 50 мм. Расстояния Of1 и Of2 — это длины этих распорок или, другими словами, расстояния между поверхностями металлических частей конструкции. Все части конструкции скреплены по центру с помощью болта или отрезка шпильки М6 с гайками под ключ на 10. Патч, директор и рефлектор изготавливаются из оцинковки (или любого другого подходящего материала) толщиной 0,5-1 мм. Полоски линий питания вырезаются из самого патча и отгибаются вниз. По длине обрезаются так, чтобы конец линии был выше на 4 мм от дна рефлектора или примерно на 2 мм выше фланца F-коннектора.

Выкройка рефлектора (кликните для увеличения):

Рефлектор изготавливается из квадратной заготовки размером А х А. Не забываем, что у квадрата равны не только все стороны, но и обе диагонали, иначе вы можете вырезать ромб. Диагонали стоит сразу отметить на заготовке. Для защиты от атмосферных осадков рефлектор закрывается сверху пластиковой крышкой, например из оргстекла. Для крепления этой крышки предусмотрены ушки шириной Е = 1 см . Поэтому, отступив от краев нашей заготовки на 1 см, отмечаем квадрат B х B — это будет раскрыв рупора. Отступив еще на расстояние D, отмечаем квадрат C x C — это будет дно нашего рефлектора. От углов квадрата B х B делам отступы на расстояние G по вертикали и горизонтали. Из полученных точек проводим линии к вершинам квадрата C x C. Получившийся уголок вырезаем до края листа. Можно оставить небольшой лепесток для удобства скрепления углов. Сгибание заготовки в короб производится по линиям отмеченным темно-синим цветом. Должен получиться короб с раскрывом 60°. Точка пересечения диагоналей — центр рефлектора. На расстояниях Н от него по диагоналям сверлятся два отверстия под F-коннекторы, а в самом центре отверстие под скрепляющий болт. Пластиковая крышка квадратная со стороной F + 20 мм. Крепится к ушкам рефлектора небольшими болтиками. Места и количество таких креплений не критично.

Размеры элементов антенны сведены в таблицу:

Размер [мм]	Диапазон [МГц]
Размер [мм]	800	900
A	510	460
B	490	440
C	310	280
D	90	80
E	10	10
F	400	360
G	45	40
K	100,6	89,5
H	65,5	59
P	165	148
Dr	150	134
Of1	18	16
Of2	28	25
tS	17	15
tW	11	10
tH	14	12

Характеристики антенны для диапазона 800 МГц


Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi

Диаграмма направленности	Отношение излучения вперед/назад dB	Развязка между портами MIMO dB

Характеристики антенны для диапазона 900 МГц


Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi

Диаграмма направленности	Отношение излучения вперед/назад dB	Развязка между портами MIMO dB

В натурных испытаниях антенна показала себя просто изумительно:

Прирост силы сигнала по сравнению с телефоном +30 dB;
MIMO дало реальное удвоение скорости даунлинка (если вытащить второй кабель скорость падает вдвое);
За счет рупора была сильно подавлена более мощная базовая станция с противоположного направления;

Фото антенны и ее отдельных деталей

На последнем пункте стоит остановиться подробнее. Нередки ситуации когда в центре вашего поселения расположена единственная базовая станция, которая загружена под завязку абонентами. При этом интернет у вас не только не имеет скорости 4G (скорее ближе к 2G!), но даже коннектится через раз. В такой ситуации любой может воскликнуть: «За что я плачу такие деньги этому опсосу?». В некоторых случаях решить эту проблему может позволить наша антенна с рупорным рефлектором. Базовые станции LTE-800 и LTE-900 обычно устанавливаются в местах с пониженной плотностью абонентов и покрывают много населенных пунктов. Некоторые базы (особенно вблизи крупного пункта, типа райцентра) более загружены, выдают меньше скорость. База с более слабым сигналом в небольших сёлах может оказаться менее загруженной и выдавать выше скорость. Хотелось бы подключиться к ней, но для этого надо как-то ослабить нежелательный сигнал более мощной БС. В таких ситуациях помехозащищенность антенны (подавление задней полусферы) как правило выгоднее, чем наращивание усиления вперёд. Ведь для того чтобы увеличить усиление вперёд хотя бы на 3 дБ (в 2 раза) размеры антенны надо увеличить как минимум в 2 раза, применяя более сложные технологии фазированных решеток. А на частотах ДМВ такие решетки получаются довольно солидных размеров. В то же время значительное ослабление, не менее чем в 40 раз (на 16 дБ) сигналов задней полусферы позволяет ускорить ваш интернет при сравнительно небольшом увеличении размеров и без усложнения конструкции самой антенны. В принципе можно использовать и плоский рефлектор. Оптимальные его размеры для 8-го бэнда 28х28 см (для 20-го — 31х31 см), минимально возможные — 21х21 см (для 20-го — 24х24 см), но при этом уровень боковых лепестков сильно возрастает. Для защиты от атмосферных осадков в случае плоского рефлектора вам все равно придется искать какой то пластиковый ящик для антенны. А здесь роль такого ящика выполняет сам рефлектор одновременно выполняя свою полезную «электрическую» функцию.

Источник

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 .

Вычисляем длину волны по формуле:
λ = с/F , где:
λ — длина волны;
с — скорость света (3×10 8 м/с);
F — частота.
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

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).
С помощью линейки и маркера отметьте 8 одинаковых отрезков, длину которых (L1) вы рассчитали на калькуляторе.
На чистом листе бумаги нарисуйте шаблон будущей рамки телеантенны, соблюдая вычисленные размеры.
Согните проволоку по отметкам, ориентируясь на шаблон. Должна получится ровная восьмерка с углами 90°.
Используя напильник или наждачную бумагу, зачистите края проволоки и место сгиба граней, а затем зафиксируйте свободные концы тонкой медной проволокой.
Спаяйте концы между собой.
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.
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.

Источник