Зигзагообразная антенна, предложенная К. П. Харченко в 60-е годы , пользуется большой популярностью у радиолюбителей благодаря простой конструкции, хорошей повторяемости и широкополосности.
В пределах диапазона частот, на который рассчитана антенна, она обладает постоянными параметрами и практически не требует настройки.
Она представляет собой синфазную антенную решетку из двух ромбовидных элементов, расположенных друг над другом и имеющих одну общую пару точек питания.
Зигзагообразную антенну наиболее часто применяют в качестве широкополосной антенны для приема программ телевидения в диапазонах 1 — 5, 6 — 12 или 21 — 60 ДМВ канала.
Так же её можно с успехом использовать для работы в любительских УКВ диапазонах изготовив её для 145 мгц или для 433 мгц. Зигзагообразная антенна с рефлектором имеет одностороннюю диаграмму направленности в виде вытянутых эллипсов как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, причем задний лепесток практически отсутствует.
При кажущейся на первый взгляд громоздкости всей системы (Яги гораздо меньше и меньше требуют расхода матералов),эта система полностью перекрывает диапазон в 144-148 мгц (по факту полоса гораздо шире,примерно 12 мгц) с хорошим КСВ не превышающим 1.2-1.3 и имеет лучшию диаграмму излучения.Коэфициент усиления такой антенны порядка 8.5 DBd, что эквивалентно примерно 4el YAGI на 145 мгц. Система из двух таких антенн уже развивает порядка 15 DBd. Имеет более прижатый лепесток излучения, максимально адаптированный для проведения радиосвязей в УКВ диапазонах. Питание антенны кабелем 50 ом.
Мной была изготовлена антенна и подручного материала в буквальном смыле. Имелось в наличии лист оцинкованной жести толщиной 0.8мм из которой я нарезал все полоски на элементы антенны, да пара деревянных реек. Крепление полос выполнено с помощью обычного клёпальника на 3-4 заклепки по углам. Ширина всех полос порядка 40мм, что обеспечило бОльшую широкополосность данной антенне. Полоски рефлектора прикручены к деревянной несущей (предварительно покрашенной) обычными шурупами.
Для диапазона 145 мгц, размеры следующие: Рефлектор имеет длинну 1050мм х 40мм для каждой полосы. Сторона рамки 510мм. Зазор между углами рамок в точке подключения кабеля — 40мм Расстояние между активным элементом и рефлектором — 300мм Весь конструктив виден и понятен по фотографиям.
Антенну можно выполнить и на ТВ диапазон. Установить её в горизонтальную или вертикальную поляризацию. Ниже, показана таблица для частотных каналов ТВ
Горизонтальная поляризация
Вертикальная поляризация
Антенна Харченко или как оно выглядит в натуре :)) Частота резонанса 145.0 МГЦ
Pic 1 Крепление элементов
Pic 2 Рефлектор антенны
Pic 3 Зигзагообразный элемент
Pic 4 Точка питания
Pic 5 Крепление несущей к мачте
Pic 6 Стойки и изолятор по центру
Pic 7 3 el.YAGI 145 mhz (для примера)
Pic 8 Все готово к установке
Pic 9 Стоит красавица!
ON-LINE калькулятор, для расчета антенны Харченко
Примечание: D — расстояние между антенной и рефлектором
Антенна была изготовлена из подручных материалов. Использован старый рефлектор-сетка от польской УКВ-ТВ антенны, которая ввиду своей непригодности уже была попросту мной выброшена.
В качестве активного элемента, использовал аллюминевый провод от электрического кабеля диаметром 4.5мм. Кабель использован тонкий, RG-58/C, на 50 ом, длинной 3 метра. Все расчеты выполненны на основе данных он-лайн калькулятора. Разница в силе сигнала, согласно встроенному в модем измерителю поля, по сравнению со штатной антенной «хвостиком» составила более 20db, то есть показания при штатной антенне никогда не опускались ниже отметки -95db по сигналу EvDO. При подключении антенны Харченко сигнал вырос и теперь находится на отметке -72db и иногда даже до -70db. Базовая станция удалена от места приёма на 10 км.Благодаря своей широкополосности, антенна не нуждается в настройке.
Таким образом, если поставить кабель с малым погонным затуханием на этих частотах, установить антенну на высоте более 15м от земли, можно запросто перекрыть дистанцию до БАЗЫ DCMA в более 20-25 км и получить доступ к интернету, даже в весьма удаленной деревне ))))
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;
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.
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
Конструкции зигзагообразных телевизионных антенн
Если антенны типа «Волновой канал» и рамочные узкополосные, то зигзагообразные антенны широкополосные и могут работать в широком диапазоне частот.
В пределах того диапазона частот, на который рассчитана зигзагообразная антенна, она обладаетсравнительно постоянными параметрами, удовлетворительно согласуется с фидером, а ее коэффициент усиления изменяется в небольшой степени.
Еще одно из достоинств этих антенн — возможность легкого изготовления в домашних условиях, так как зигзагообразные антенны могут быть выполнены из подручных материалов.
Проволочная зигзагообразная антенна
Впервые зигзагообразная антенна описана в радиолюбительской литературе К.П. Харченко в журнале «Радио», 1961 г., № 3, а ее Разновидности многократно публиковались в последующие годы. Одна из простейших зигзагообразных антенн показана на рис. 1.
Рис. 1. Проволочная зигзагообразная антенна.
В качестве мачты 1 используется деревянный брусок сечением 60 х 60 мм, к которому крепятся под углом 90° две рейки 2, выполненные из деревянных брусков сечением 40×40 мм. Рейки необходимо врезать в мачту заподлицо, а затем скрепить с ней болтами с гайками.
В верхней и нижней частях мачты к ней, крепятся гвоздями или шурупами две планки 3 из листовой меди, латуни или белой жести размерами 20 х 300 мм. Еще четыре такие же планки устанавливаются на концах реек, но эти планки изолируют от реек прокладками из гетинакса. К мачте посредине между рейками крепится пластина 4 из гетинакса размерами 80 х 300 мм, а к, ней -две металлические пластинки 5 в форме сегментов радиусом 340 мм, хордой 300 мм и стрелой 35 мм. Ширина просвета между пластинками в наиболее узкой части должна получиться равной 10 мм.
Полотно антенны выполняется обмоточным, монтажным проводом или антенным канатиком произвольного диаметра, который в точках изгиба припаивается к планкам 3 и пластинкам 5. Полотно образовано тремя параллельными проводами с точками питания на пластинках 5.
Верхняя и нижняя планки при работе антенны оказываются в точках нулевого потенциала во всем диапазоне принимаемых волн, что позволяет не изолировать их от мачты и обойтись без ССУ при использовании в качестве фидера 75-омного коаксиального кабеля. Кабель проходит по мачте вверх до нижней планки, затем прокладывается между проводами левой части зигзага к точкам питания. Здесь оплетка кабеля припаивается, к левой пластинке, а центральная жила — к правой.
Размеры, показанные на рис. 1 без скобок, относятся к антенне, рассчитанной на прием телевизионного сигнала в диапазоне с первого по пятый телевизионный канал (диапазоны I и II). При этом согласование антенны с фидером характеризуется коэффициентом бегущей волны в фидере, превышающим 0,45, что соответствует передаче мощности сигнала к телевизору не менее 85 %. Коэффициент усиления антенны по диапазону изменяется в пределах« 4,3. 7,9 дБ с максимумом вблизи 3-го частотного канала.
Такая же антенна может быть выполнена для приема сигнала в диапазоне III (6-12:й каналы). Размеры такой антенны показаны на рисунке в скобках. Длина планок берется равной 150 мм, изоляционная пластина 4 -размерами 80x 150 мм, а металлические пластины 5 в форме сегментов радиусом 97 мм, хордой 150 мм и стрелой 35 мм.
В связи с тем, что относительная ширина этого диапазона меньше,, согласование антенны с фидером получается, лучше: коэффициент бегущей, волны в фидере превышает 0,65 (к телевизору передается более 96 % принятой антенной мощности сигнала). Коэффициент усиления антенны изменяется по диапазону в пределах 4,8. 6,9 дБ.
Антенна таких же размеров и с такими же характеристиками может быть получена, если вместо каждой из шести металлических планок установить на мачте и , рейках по три ролика от электропроводки. При этом у каждой группы роликов провода полотна необходимо замкнуть между собой припайкой проволочных перемычек.
Наконец, полотно антенны можно выполнить из металлической полосы шириной 120 мм (1-5-й каналы) или 70 мм (6-12-й каналы). Размеры антенны остаются прежними. Полотно этой конструкции может быть образовано из восьми полос, которые соединяются по углам зигзага пайкой, или одной длинной полосой, которая перегибается по углам зигзага. От реек полосы по-прежнему изолируются.
Кольцевая зигзагообразная антенна
Другой вариант зигзагообразной антенны показан на рис. 2. Антенна представляет собой металлическое кольцо или деревянный обруч с проложенным по поверхности обруча проволочным кольцом. Проволоку . можно закрепить к поверхности деревянного обруча скобками.
Рис. 2. Кольцевая зигзагообразная антенна.
Кольцо или обруч крепят на деревянной мачте. В центре кольца к мачте на изоляционном основании устанавливают две полукруглые металлические пластины, выполненные из листовой меди, латуни или белой жести радиусом 50 мм. Каждую пластину соединяют с кольцом пятью лучами, расположенными иод одинаковыми углами.
Затем лучи соединяют между собой пятью перемычками, расположенными также па одинаковом расстоянии одна от другой. Проволочное кольцо, лучи и перемычки можно изготовить из антенного канатика или медного провода диаметром 1,5. 3,0 мм. Все соединения нужно тщательно пропаять.
Прокладка и подключение кабеля, которое производится также без ССУ, показаны на том же рисунке.
Кольцевая зигзагообразная антенна указанных размеров способна принимать сигналы всех 12 каналов метрового диапазона волн. Антенна удовлетворительно согласуется с 75-омным коаксиальным кабелем: на каналах с третьего по двенадцатый согласование хорошее, на первом и втором — несколько хуже.
Коэффициент усиления антенны плавно нарастает при увеличении номера, канала примерно от 0,5 дБ на первом канале дб 11,5 дБ на двенадцатом. Такое изменение коэффициента усиления соответствует необходимости, так как с уменьшением длины волны сигнала при постоянных напряженности поля и коэффициенте усиления антенны напряжение сигнала на выходе антенны должно пропорционально уменьшаться.
Рассмотренные конструкции зигзагообразных антенн имеют два одинаковых лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, максимумы которых направлены перпендикулярно плоскости полотна антенны. Таким образом, эти антенны принимают сигнал как спереди, так и сзади, подобно одиночному полуволновому вибратору, что создает опасность приема помех с заднего направления.
Зигзагообразная антенна с рефлектором
Значительно улучшить работу зигзагообразной антенны можно за счет ее усложнения добавлением рефлектора (рис. 3).
Рис. 3. Зигзагообразная антенна с рефлектором.
Рефлектор образован горизонтальными металлическими трубками, прикрепленными к мачте, а полотно антенны отодвинуто от плоскости рефлектора на некоторое расстояние А. В точках нулевого потенциала в верхней и нижней частях полотно антенны металлическими стойками крепят к мачте, которая также может быть металлической. В средней части такими же двумя стойками к мачте крепят изоляционную пластину, на которой закреплены углы полотна антенны в точках питания.
Диаметр трубок рефлектора можно выбирать произвольно, а их длина Р для антенны 1-5-го каналов должна составлять 3100 мм, для антенны 6-12-го каналов 890, мм, расстояние между полотном антенны и плоскостью рефлектора А для 1-5-го каналов 600 мм, для 6-12-го каналов — 340 мм, расстояние между трубками рефлектора Б для антенны 1-5-го каналов должно быть 290 мм, для антенны 6-12-го каналов 193 мм.
Размеры полотна антенны такие же, как на рис. 1. Таким образом, рефлектор содержит 14 трубок. Размеры изоляционной пластины выбирают произвольно.
Кабель к этой антенне прокладывают следующим образом: по мачте вверх, по нижней стойке, затем по левой части антенного полотна до точек питания.
Здесь оплетку припаивают к углу левой части полотна, а центральную жилу — к углу правой части. Диаграмма направленности этой антенны имеет только один главный лепесток, а задний практически отсутствует.
Согласование антенны 1-5-го каналов с фидером получается не очень хорошим, так как для его улучшения следовало бы увеличить расстояние А, но это конструктивно сложно. У антенны 6-12-го каналов согласование значительно лучше. Коэффициент усиления антенны 1-5-го каналов плавно нарастает от 7,8 дБ на первом канале до 14 дБ на пятом, а антенны 6-12-го каналов изменяются в меньших пределах от 7,8 до 10 дБ.
Зигзагообразная антенна с рамочным рефлектором
Еще одна зигзагообразная антенна показана на рис. 4. Она также содержит рефлектор и обладает такими же характеристиками, как и предыдущая, но рассчитана на’ вертикальную поляризацию сигнала.
Рис. 4. Зигзагообразная антенна с рефлектором.
Рефлектор этой антенны образован металлической рамой, закрепленной на металлической мачте. К раме припаивают 15 вертикально натянутых проводов диаметром 0,8. 1,2 мм. Для улучшения согласования антенны с фидером ее размеры целесообразно выбирать конкретно для того частотного канала, сигнал которого будет приниматься этой антенной.
При выборе размеров антенны под конкретный канал удается также получить больший коэффициент усиления антенны, чем при выполнении широкополосной антенны. Это особенно важно для антенны вертикальной поляризации, где напряженность поля обычно бывает меньше, чем при горизонтальной поляризации. Размеры антенны, показанной на рис.
4, приведены в табл. 1.
Таблица 1. Размеры зигзагообразной антенны с рефлектором, мм.
Номер канала
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
В
1710
1450
1130
1025
950
510
485
465
450
430
415
400
Р
4830
4090
3190
2890
2650
1430
1360
1310
1260
1210
1160
1120
н
2600
2200
1800
1600
1500
900
800
750
700
650
625
600
а
870
725
570
500
455
240
230
220
210
205
200
195
Если полотно антенны выполнено из металлической трубки диаметром 8. 16 мм для 1-5-го каналов и 4. 8 мм для 6-12-го каналов, по данным К.П. Харченко коэффициент усиления антенны составляет 9 дБ.
Сравнение зигзагообразных антенн с рамочными позволяет сделать следующие выводы. Конструктивно зигзагообразные антенны проще легко могут быть изготовлены в домашних условиях из подручных материалов и не нуждаются в согласующем устройстве.
Основное достоинство зигзагообразных антенн в том, что они могут быть выполнены широкополосными для использования там, где возможен прием нескольких телевизионных программ. Однако рамочные антенны имеют значительно меньшие габариты и при сравнимых размерах более эффективны.
Никитин В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.Б. — 100 и одна конструкция антенн.
