Петлевая антенна. Самодельная телевизионная антенна: для DVB и аналогового сигнала — теория, типы, изготовление Антенны мобильных телефонов

Приветствую, дорогие друзья.

С вами Тимур Гаранин.

Один из моих подписчиков попросил меня, чтобы я объяснил, как работают wi-fi антенны наподобие тех, которые вы видите на экране. Это продолговатые плоские структуры, на поверхности которых можно разглядеть медные дорожки, по форме напоминающие петельки. Антенны окрашены однотонно, поэтому очень сложно различить на видео, где что. Для того, чтобы было более понятно, где проходят дорожки, мы окрасим медные части красным цветом на рисунке.

Даже на этом этапе уже видно, что это система петлевых вибраторов. Но давайте по порядку. Экран и длинный проводник вдоль экрана являются аналогом кабеля. Медная часть имеет немного переменную ширину, что сделано для лучшего согласования кабеля с петлевыми вибраторами и для укорочения длины антенны.

Ну и сами вибраторы. Это петлевые антенны, подключенные попарно. Фактически тоже самое, что биквадрат, только билуп. Пары этих петлевых вибраторов подключены к одному кабелю на расстоянии одной длины волны друг от друга по кабелю. Какая здесь поляризация поля, я думаю очевидно.

И обратите внимание на тот факт, что второй проводник кабеля выполнен в виде широкого экрана. Поэтому эта антенная система излучает только в одну сторону.

Подытожив всё вышесказанное, имеем антенную систему из 4 петлевых вибраторов и экрана.

Можно ли эту антенну подключать непосредственно к кабелю? Всё зависит от того, Какое сопротивление у кабеля и какое сопротивление у этой антенной системы. На глаз это определить невозможно, поэтому придётся читать документацию по этой антенне, либо проверять на практике.

Это не единственная антенна, которая мы рассмотрим сегодня. Взгляните на эту миниатюрную антенну на печатной плате. Известно, что работает она на частоте 2.4 гигагерца. Рассматривая эту антенну, сначала я думал, что это просто укороченная стержневая четвертьволновая антенна. Но, измерив длину дорожки, я обнаружил, что длина ее больше, чем четверть длины волны для частоты 2,4 ГГц.

Следовательно, это не просто четвертьволновый отрезок.

Более того, присмотревшись, можно увидеть, что вся антенна сидит на экране. И самое главное, у неё имеется дополнительный короткий отрезок, который не сразу заметишь.

Я могу ошибаться, но, кажется, у нас тут целая J-образная антенна на экране.

Длинная часть антенны соответствует трем четвертям волны, короткая часть антенны — 1 четверти волны.

Для того, чтобы уменьшить габариты антенны, здесь, на плате, сделано следующее:

1) Во-первых, длинная часть выполнена зигзагом, чтобы уменьшить ее длину.

2) Во-вторых, дорожки антенны относительно широкие, и вся антенна лежит плотно на экране, что значительно увеличивает емкость полотна и обеспечивает достаточный коэффициент укорочения.

Из всего этого мы можем определить поляризацию этой антенны. А также отметить тот немаловажный факт, что антенна излучает в только в сторону от экрана.

На этом сегодняшний ролик я заканчиваю. Всем удачи! И обязательно пишите в комментариях, о чём бы вы ещё хотели услышать.

Даже представить себе невозможно, сколько антенн становится вокруг нас: мобильный телефон, телевизор, компьютер, беспроводной роутер, радиоприемники. Есть даже антенные устройства для экстрасенсов. Что такое антенна кв? Большинство людей, не связанных с радио, ответит, что это длинный провод или телескопический штырь. Чем он длиннее, тем лучше приём радиоволн. Доля истины в этом есть, но ее очень мало. Так каких же размеров должна быть антенна?

Важно! Размеры всех антенн должны быть соизмеримы с длиной радиоволны. Минимальная резонансная длина антенны равна половине длины волны.

Слово резонанс означает, что такая антенна может эффективно работать только в узкой полосе частот. Большинство антенн именно резонансные. Существуют и широкополосные антенны: за широкую полосу приходится расплачиваться эффективностью, а именно коэффициентом усиления.

Почему же работает стереотип, что чем длиннее кв антенны, тем они эффективнее? На самом деле это так, но до определённых пределов, так как это характерно только для средних и длинных волн. А с увеличением частоты размеры антенн можно уменьшить. На коротких волнах (это длины примерно от 160 до10 м) размеры антенн уже могут быть оптимизированы для эффективной работы.

Диполи

Самые простые и эффективные антенны – это полуволновые вибраторы, их ещё называют диполями. Запитываются они в центре: в разрыв диполей подаётся сигнал от генератора. Радиолюбительские портативные антенны могут работать как передающие, так и как приёмные. Правда, передающие антенны отличаются толстым кабелем, большими изоляторами – эти особенности позволяют им выдерживать мощность передатчиков.

Самое опасное место у диполя – это его концы, где создаются пучности напряжения. Максимум тока у диполя получается посередине. Но это не страшно, потому что пучности тока заземляют, тем самым, защищая приемники и передатчики от грозовых разрядов и статического электричества.

Обратите внимание! При работе с мощными радиопередатчиками можно получить удар от высокочастотных токов. Но ощущения будут не такими, как от удара от розетки. Удар будет ощущаться как ожог, без тряски в мышцах. Это получается из-за того, что высокочастотный ток течёт по поверхности кожи и вглубь тела не проникает. То есть от антенны можно подгореть снаружи, но внутри остаться нетронутым.

Многодиапазонная антенна

Довольно часто необходимо установитъ более одной антенны, но это не удается. И ведь помимо радиоантенны на один диапазон нужны антенны и на другие диапазоны. Решение задачи – использовать многодиапазонную антенну кв диапазона.

Обладая довольно приличными характеристиками, многодиапазонные вертикальные антенны могут решить антенную проблему для многих коротковолновиков. Они становятся очень популярными по ряду причин: нехватка пространства в стеснённых городских условиях, рост числа любительских радиодиапазонов, так называемая жизнь «на птичьих правах» при съёме квартиры.

Многодиапазонные вертикальные антенны не требуют много места для своей установки. Портативные конструкции можно расположить на балконе либо выйти с этой антенной куда-нибудь в близлежащий парк и поработать там в полевых условиях. Самые простые КВ антенны представляют собой одиночный провод с несимметричной запиткой.

Кто-то скажет укороченная антенна – это не то. Волна любит свой размер, поэтому кв антенна должна быть большой и эффективной. С этим можно согласиться, но чаще всего нет возможности для приобретения такого устройства.

Изучив интернет и посмотрев конструкции готовых изделий от разных фирм, приходишь к выводу: их очень много, и они очень дорогие. А всего в этих конструкциях провод для кв антенн и полтора метра штырька. Поэтому будет интересен, особенно начинающему, быстрый, простой и дешевый вариант самодельного изготовления эффективных кв антенн.

Вертикальная антенна (Ground Plane)

Ground Plane – это вертикальная антенна для радиолюбителей с длинным штырем, равным четверти длины волны. Но почему четверти, а не половине? Здесь недостающая половина диполя – это зеркальное отражение вертикального штыря от поверхности земли.

Но так как земля очень плохо проводит электричество, то в качестве нее используют либо листы металла, либо просто несколько проводов, раскинутых ромашкой. Их длину тоже выбирают равной четверти длины волны. Это и есть антенна Ground Plane, в переводе значит земляная площадка.

Большинство автомобильных антенн для радиоприёмников сделано по такому же принципу. Длина волны радиовещательной УКВ диапазона – это около трёх метров. Соответственно четверть полуволны будет 75 см. Второй луч диполя отражается в корпусе автомобиля. То есть такие конструкции должны принципиально монтироваться на металлической поверхности.

Коэффициент усиления антенны – отношение напряженности поля, получаемого от антенны, к напряженности поля в той же точке, но полученного от эталонного излучателя. Это отношение выражается в децибелах.

Рамочная магнитно-петлевая антенна

В тех случаях, когда простейшая антенна не может справиться с задачей, может использоваться вертикальная магнитно-петлевая антенна. Её можно сделать из дюралевого обруча. Если в горизонтальных рамочных антеннах на их технические показатели не оказывает влияние геометрическая форма и способ запитки, то на вертикальные антенны это оказывает влияние.

Такая антенна функционирует на трёх диапазонах: десять, двенадцать и пятнадцать метров. Перестраивается с помощью конденсатора, который должен быть надежно защищен от атмосферной влаги. Питание осуществляется любым кабелем 50-75 Ом, потому как согласующее устройство обеспечивает трансформацию выходного сопротивления передатчика в сопротивление антенны.

Укороченная дипольная антенна

Существуют укороченные антенны на 7 МГц, длина плеч которых составляет всего около трёх метров. Конструктив антенны включает в себя:

два плеча порядка трех метров;
изоляторы на краях;
веревочки для оттяжек;
катушка удлинительная;
небольшой шнур;
центральный узел.

Длина намотки катушки составляет 85 миллиметров и 140 намотанных вплотную витков. Точность здесь не так важна. То есть если витков будет больше, то это можно компенсировать длиной плеча антенны. Можно укорачивать и длину намотки, но это более сложно, придётся распаивать концы крепления.

Длина от края намотки катушки до центрального узла составляет порядка 40 сантиметров. В любом случае после изготовления антенну придётся настраивать подбором длины.

Вертикальная кв антенна своими руками

Как смастерить самому? Взять ненужную (или купить) недорогую удочку из карбона, 20-40-80. Наклеить на нее с одной стороны бумажную полоску с разметками точек. В отмеченные места вставить клипсы для подключения перемычек и шунтирования ненужной катушки. Таким образом, антенна будет переключаться с диапазона на диапазон. В заштрихованных областях будут намотаны укорачивающая катушка и указанное количество витков. В саму «удочку» вставляется штырь.

Также понадобятся материалы:

медный обмоточный провод используется диаметром 0,75 мм;
провод для противовеса диаметром 1,5 мм.

Штыревая антенна обязательно должна работать с противовесом, иначе она не будет эффективной. Итак, при наличии всех этих материалов останется только намотать проволочный бандаж на удилище так, чтобы получилась сначала большая катушка, затем меньше и ещё меньше. Процесс переключения диапазонов антенны: от 80 м до 2 м.

Выбор первого кв трансивера

При выборе коротковолнового трансивера начинающего радиолюбителя в первую очередь надо уделить внимание тому, как его купить, чтобы не ошибиться. Какие тут есть особенности? Существуют необычные узкоспециализированные радиостанции – это не подходит для первого трансивера. Не нужно выбирать носимые радиостанции, предназначенные для работы на ходу со штыревой антенной.

Такая радиостанция не удобна для того, чтобы:

ее использовать в качестве радиолюбительского обычного аппарата,
начать проводить связь;
научиться ориентироваться в радиолюбительском коротковолновом эфире.

Также есть радиостанции, которые программируются исключительно с компьютера.

Простейшие самодельные антенны

Для радиосвязи в полях бывает нужно связаться не только на расстояния в сотни километров, но и на небольшие расстояния с маленьких носимых радиостанций. Не всегда возможна устойчивая связь даже на небольшие расстояния, так как рельеф местности и крупные постройки могут мешать распространению сигнала. В таких случаях может помочь подъём антенны на небольшую высоту.

Высота даже такая, как 5-6 метров, может дать значительную прибавку в сигнале. И если с земли была слышимость очень плохая, то при подъёме антенны на несколько метров ситуация может значительно улучшиться. Конечно, установкой десятиметровой мачты и многоэлементной антенны однозначно улучшится и дальняя связь. Но мачты и антенны есть не всегда. В таких случаях выручают самодельные антенны, поднятые на высоту, например, на ветку дерева.

Немного слов о коротковолновиках

Коротковолновиками являются специалисты, обладающие знаниями в области электротехники, радиотехники, радиосвязи. К тому же они владеют квалификацией радиста, способны вести радиосвязь даже в таких условиях, в которых не всегда соглашаются работать профессионалы-радисты, а в случае необходимости способные быстро найти и устранить неисправность в своей радиостанции.

В основе работы коротковолновиков лежит коротковолновое любительство – установление двусторонней радиосвязи на коротких волнах. Самыми юными представителями коротковолновиков являются школьники.

Антенны мобильных телефонов

Ещё десяток лет тому назад из мобильных телефонов торчали небольшие пипочки. Сегодня ничего такого не наблюдается. Почему? Так как базовых станций в то время было мало, то повысить дальность связи можно было, только увеличив эффективность антенн. В общем, наличие полноразмерной антенны мобильного телефона в те времена повышало дальность его работы.

Сегодня, когда базовые станции натыканы через каждые сто метров, такой необходимости нет. К тому же с ростом поколений мобильной связи есть тенденция увеличения частоты. Вч диапазоны мобильной связи расширились до 2500 МГц. Это уже длина волны всего 12 см. И в корпус антенны можно вставить не укороченную антенну, а многоэлементную.

Без антенн в современной жизни не обойтись. Их разнообразие такое огромное, что о них можно рассказывать очень долго. Например, существуют рупорные, параболические, логопериодические, направленные антенны.

Видео

Петлевой вибратор, который анализировался ранее, не является единственным вариантом петлевой антенны. К этой группе антенн принадлежит также большое количество других вариантов антенн, которые и будут рассмотрены в данном параграфе.

Обратимся к рис. 5.118а , на котором показана трансформация петлевого вибратора (сплошная линия) в квадрат (пунктирная линия) со стороной λ/4 . Полученная таким образом антенна получила название антенны «квадратный ромб» , а иная конфигурация той же антенны (рис. 5.118г ) типа «квадрат» .

В этих антеннах точки В и D приближаются друг к другу и расстояние между ними составляет 0,35λ для антенны «квадратный ромб» и 0,25λ для антенны типа «квадрат». Одновременно точки А и С удаляются друг от друга.

В антенне типа «квадрат», показанной на рис. 5.118г , токи, протекающие по горизонтальным проводам антенны, синфазны, а токи, протекающие по вертикальным проводам, противофазны. Аналогичная картина наблюдается и в антенне «квадратный ромб». Чтобы убедиться в этом, достаточно разложить на вертикальные и горизонтальные составляющие токи, протекающие по всем четырем сторонам антенны (рис. 5.118е ).

Изменение точек подключения питания антенны (рис. 5.118в , д ) приводит к изменению поляризации излучения антенны; антенна излучает вертикально поляризованную волну.

Различные схемы питания антенны показаны на рис. 5.119. Отметим, что в точке С , находящейся «напротив» точки подключения питания А , появляется узел напряжения. Это свойство антенны позволяет соединить заземление мачты именно с этой точкой антенны, что естественно, в значительной мере упрощает конструкцию антенны в целом. Одновременно отметим, что точки В и D имеют наибольший потенциал, и поэтому при креплении несущих элементов антенны к этим точкам требуются хорошие изоляторы.

Наиболее эффективно излучающая часть антенны типа «квадрат», т. е. та часть антенны, по которой протекают наибольшие токи, имеет длину около 0,25λ . Некоторое укорочение излучающей части антенны, приводящее к снижению уровня излученного поля, в избытке компенсируется наличием противоположной синфазно возбужденной части антенны, вследствие чего результирующее усиление на 1 дБ больше, чем усиление полуволнового диполя.

Направленные свойства антенны типа «квадрат» в не очень большой степени зависят от формы антенны. В плоскости XY диаграмма направленности антенны близка к диаграмме полуволнового диполя, т. е. имеет вид восьмерки. В экваториальной плоскости диаграмма имеет вид эллипса, большая ось которого нормальна к плоскости антенны. Отметим также, что, кроме главного лепестка в диаграмме излучения присутствуют боковые лепестки с небольшим уровнем излучения, которые имеют другую, ортогональную поляризацию излучения.

Достаточно интересным является сопоставление диаграмм направленности дипольных антенн и различных модификаций петлевых антенн, расположенных на небольшой высоте над землей. На рис. 5.120 приведены такие диаграммы, полученные при условии, что ни одна точка антенны не расположена над землей на высоте большей, чем λ/4 . На этих рисунках сплошные линии соответствуют горизонтальной поляризации, а пунктирные - вертикальной. Интересно отметить, что при использовании петлевой антенны в форме «дельта» (форма антенны напоминает греческую букву дельта - Δ ) наблюдается большой уровень излучения вертикально поляризованной волны под сравнительно малыми углами относительно горизонта (рис. 5.120и , к ), что благоприятно для организации длинноволновой радиосвязи.

Показанные на рис. 5.120 варианты петлевых антенн значительно расширяют возможности использования этих антенн по сравнению с антеннами, схемы которых приведены на рис. 5.118 и 5.119. Можно сказать, что свойства практически всех вариантов петлевых антенн не изменяются в больших пределах, если периметр антенны c = λ . Здесь же отметим, что петлевая антенна, периметр которой равен длине волны, является основным вариантом реализации магнитного диполя (см. также § 5.7).

Теперь рассмотрим вопрос с соотношении физической и электрической длин петлевых антенн. Если раньше при анализе дипольных антенн мерой соотношения двух указанных длин являлся коэффициент укорочения, то для этой группы антенн необходимо ввести понятие коэффициента удлинения К .

Значение коэффициента удлинения зависит от отношения c/d , где с - периметр антенны, d - диаметр провода, из которого выполнена антенна.

Коэффициент удлинения $$\begin{equation}K=1+\frac{0,4}{W_s}+\frac{3}{W_s^2}\end{equation}\tag{5.13}$$ где коэффициент W S задается выражением $$\begin{equation}W_s=2\ln\left(2,54\frac{c}{d}\right)\end{equation}\tag{5.14}$$

Вместо вычисления коэффициента удлинения по приведенным формулам можно определить значение К с помощью графиков на рис. 5.121. Сначала для заданного отношения c/d на графике рис. 5.121а отыскивают значение коэффициента W S , а по графику на рис. 5.121б определяют значение К .

С помощью графиков, приведенных на рис. 5.122, можно также определить усиление антенны (относительно усиления полуволнового диполя).

Широкое применение получили антенны-мачты шунтового питания с пониженным волновым сопротивлением. Эти антенны используются радиолюбителями, которые позволяют без переключения использовать их в широком диапазоне частот. Электрическая схема такой антенны показана на рис.1.

Родоначальником этой антенны был шлефовый или петлевой вибратор, который ополовинили и заземлили, см. рис.1а. Входное сопротивление полуволнового вибратора составляет 240 Ом, четвертьволнового составляет 120 Ом.
Для придания ему большей широкополосности, его породнили с диполем Надененко, и получилась принципиально новая антенна шунтового питания, см. рис.1б. Заземлённая мачта этой антенны окружается системой излучающих проводов, расположенных по образующей внешнего цилиндра радиусом R. У основания эти провода изолируются от ствола мачты и соединяются вместе собирательным кольцом, к которому подводится питание. Увеличение поперечного сечения заземлённой мачты с помощью проволочного цилиндра, снижает волновое сопротивление антенны, что позволяет улучшить её диапазонные свойства. Ее входное сопротивление становится еще ниже и может достигать 75-50Ом.
Высота шунтовых антенн-мачт обычно выбирается в пределах 0,5-0,15 λ. Достаточным примером для этого, подобный тип антенн с успехом применяется радиолюбителями UY5AP; UА6HКН, и опубликованные в журналах "Радиолюбитель" и "Радио".
Антенна на диапазон 6 - 50 мГц, которая представлена ниже, имеет несколько отличительные черты от широко применяемой шунтовой антенны в профессиональной связи и радиолюбительского варианта.
Вертикальная часть антенны изготовлена из стальной трубы диаметром около 40 мм. Горизонтальные распорки из трубок диаметром около 10-12 мм, которые насаживаются на болты с резьбой М:10, приваренные равномерно по окружности мачты.
Длина каждой распорки в верхнем ярусе составляет 0,4м, нижнего - 1,3м. На всех распорках установлены изоляторы, см. рис.2. В качестве излучающих проводников можно использовать антенный канатик диаметром 2-3 мм. или биметалл с обмеднением. В первом случае удобнее собирать конструкцию, во втором она долговечнее. В обоих случаях верхний конец проводников закрепляется к заземлённой мачте (вверху) при помощи автомобильного хомута (винтовая затяжка), с предварительной зачисткой мачты до блеска металла. Проводники при этом должны выступать выше мачты не менее чем на 10-15 см. Далее, после затяжки хомута, проводники загибаются вниз, и ещё одним хомутом, расположенным чуть ниже первого, прижимаются вновь к мачте. Этот узел соединения с мачтой герметизируется жидкой резиной или другим влагостойким гирметиком. В нижней части, излучающие элементы закрепляются на собирательном кольце, которое изолируется от мачты и соединяется с центральной жилой кабеля. Все излучающие элементы соединяются между собой в местах прохождения через изоляторы распорок, как в верхнем ярусе распорок, так и в нижнем. Это даёт дополнительную широкополосность антенне и жёсткость конструкции. Методы соединения могут быть разными, от пайки, до зажимов.
Антенна работает только с противовесами и хорошей землёй. Количество их не ограничено, но их должно быть не менее шести, а их длина должна составлять 7,5 метров. Как уже отмечалось выше, что увеличение поперечного сечения заземлённой мачты с помощью проволочного цилиндра, снижает волновое сопротивление антенны. Это необходимо для того, что бы к антенне подвести фидер с сопротивлением в 50 Ом. По этому количество проводников в вибраторе может быть увеличено до 10-12 штук. При помощи этих проводников можно настроить антенну с КСВ близкую к единице в диапазоне частот 6-50 мГц. Для более эффективной работы на частоте 6,66 мГц необходимо 3-4 противовеса удлинить до11,25м.