Ещё одна спиральная антенна для эфирного цифрового телевидения. Цилиндрическая спиральная антенна Дополнение
3.1. В процессе развития радиотехники все больше требуются антенно-фидерные устройства, рассчитанные на работу в очень широком диапазоне частот и притом без всякой перестройки. Частотная независимость таких антенно-фидерных устройств основана на принципе электродинамического подобия.
Этот принцип состоит в том, что основные параметры антенны (ДН и входное сопротивление) остаются неизменными, если изменение длины волны сопровождается прямо пропорциональным изменением линейных размеров активной области антенны. При соблюдении данного условия антенна может быть частотно-независимой в неограниченном диапазоне волн. Однако размеры излучающей структуры конечны и рабочий диапазон волн любой антенны тоже ограничен.
Из этой группы антенн рассмотрим плоские арифметические и равноугольные спирали и логарифмически-периодические антенны.
Рис.4.
3.2. Арифметическая спираль выполняется в виде плоских металлических лент или щелей в металлическом экране (рис. 4). Уравнение этой спирали в полярных координатах
где - радиус-вектор, отсчитываемый от полюса О; а - коэффициент, характеризующий приращение радиус-вектора на каждую единицу приращения полярного угла; b - начальное значение радиус- вектора.
Спираль может быть двухзаходной, четырёхзаходной и т. д. Если спираль двухзаходная, то для ленты (щели) /, показанной штриховыми линиями, угол отсчитывается от нуля, а для ленты //, показанной сплошными линиями, - от 180°, т. е. спираль образована совершенно идентичными лентами, повернутыми на 180° друг относительно друга.
Начальные точки ленты / соответствуют радиус-векторам, которые обозначим и. Следовательно, ширина ленты. Описав один оборот, лента занимает положение D, в котором радиус-вектор больше начального на. На этом отрезке ВD размещаются две ленты и два зазора, и если ширина их одинаковая, то, Отсюда определяем коэффициент.
3.3. Питание спирали может быть противофазным, как на рис. 4, или синфазным. В первом случае токи через зажимы А, В, соединяющие ленты с фидером, имеют противоположные фазы. Путь тока в ленте / больше, чем в ленте //, на полвитка. Например, в сечении СD лента // попадает, описав полвитка, а лента / - один виток, в сечение ЕF-соответственно полтора и два витка и т. д. Поскольку длина витка по мере развертывания спирали возрастает, увеличивается расхождение фазы токов в лентах. Обозначив средний диаметр витка находим сдвиг по фазе, соответствующий длине полувитка:
Если к этому прибавить начальный сдвиг, равный, то получим результирующее расхождение по фазе токов в смежных элементах двухпроводной линии
За счет второго слагаемого угол отличен от, а в таких условиях электромагнитные волны излучаются, даже если зазор между лентами мал по сравнению с длиной волны.
Интенсивно излучает только та часть спирали, в которой токи смежных элементов обеих лент совпадают по фазе:
Подставляя, находим, что средний диаметр первого «резонансного» кольца, а периметр этого кольца.Средний диаметр и периметр второго (k=2 ), третьего (k=3 ) и т. д. «резонансных» колец соответственно в три, пять, ... раз больше. Так как излучение радиоволн спиралью вызывает большое затухание тока от ее начала к концу, то интенсивно излучает только первое резонансное кольцо , а остальная, внешняя часть спирали как бы «отсекается» {явление отсечки излучающих токов}.
3.4. Активная часть спирали представляет наибольший интерес и по другой причине. Затухание тока, вызванное излучением, настолько велико, что отражение от конца спирали практически отсутствует, т. е. ток в спирали распределяется по закону бегущих волн. К тому же периметр первого резонансного кольца равен длине волны. В таких условиях, как показано в п. 1, происходит осевое излучение с вращающейся поляризацией, которое в данном случае наиболее желательно.
Диаметр спирали должен быть достаточно велик, чтобы на максимальной волне диапазона сохранилось первое «резонансное» кольцо (),а с уменьшением длины волны это кольцо должно сжиматься до тех пор () , пока оно еще может полностью разместиться вокруг узла питания. Тогда в пределах отношение среднего периметра первого «резонансного» кольца к длине волны остается постоянным и тем самым выполняется основное условие сохранения направленных свойств антенны в широком диапазоне волн Правда, направленность арифметической спирали невелика (60 ... 80°), поскольку в излучении волн участвует, по существу, только та часть спирали, которая имеет средний периметр, равный.
Второе условие получения диапазонной антенны-постоянство входного сопротивления - достигается здесь тем, что спираль работает в режиме бегущей волны тока. Это сопротивление активное (100-200 Ом). При питании от коаксиального фидера (Ом) согласование производят ступенчатым или плавным трансформатором.
3.5. Спираль излучает по обе стороны своей оси. Чтобы сделать антенну однонаправленной, ленточную спираль помещают на диэлектрической пластине толщиной, другую сторону которой металлизируют. Если же спираль щелевая, то ее вырезают на стенке металлического короба; тогда противоположная стенка короба играет роль отражающего экрана, а сам короб является резонатором. Чтобы уменьшить его глубину, короб заполняют диэлектриком.
Одна из типовых спиралей имеет диаметр 76 мм, выполнена на пластине из эпоксидного диэлектрика, снабжена резонатором глубиной 26 мм, работает в диапазоне волн 7.5 ... 15 см при, ширине диаграммы направленности 2" = 60... 80° и коэффициенте эллиптичности в направлении максимума главного лепестка менее 3 дБ, т. е. практически поляризацию можно считать круговой. Плоские спиральные антенны удобно изготовлять печатным способом на тонких листах диэлектрика с малыми потерями на высоких частотах.
Спиральная антенна принадлежит к классу антенн с бегущей волной. Ее основной диапазон работы - дециметровый и сантиметровый. Она относится к классу поверхностных антенн. Главным ее элементом является спираль, подключенная к коаксиальной линии. Спираль создает диаграмму направленности в виде двух лепестков, излучаемых вдоль ее оси в разные стороны.
Спиральные антенны бывают цилиндрические, плоские и конические. Если необходимая ширина рабочего диапазона составляет 50% и меньше, то в антенне используется цилиндрическая винтовая линия. Коническая спираль увеличивает диапазон приема в два раза по сравнению с цилиндрической. А плоские дают уже двадцатикратное преимущество. Наибольшую популярность для приема в частотном диапазоне УКВ получила цилиндрическая радиоантенна с круговой поляризацией и большим коэффициентом усиления выходного сигнала.
Устройство антенны
Главной деталью антенны является свернутый в спираль проводник. Здесь применяется, как правило, медный, латунный или стальной провод. К нему подсоединен фидер. Он предназначен для передачи сигнала от спирали в сеть (приемник) и в обратном порядке (передатчик). Фидеры бывают открытого и закрытого типа. Фидеры открытого типа представляют собой неэкранированные волноводы. А закрытого типа имеют специальный экран от помех, что делает электромагнитное поле защищенным от внешнего воздействия. В зависимости от частоты сигнала, определяется следующая конструкция фидеров:
До 3 МГц: экранированные и неэкранированные проводные сети;
От 3 МГц до 3 ГГц: коаксиальные провода;
От 3ГГц до 300 ГГц: металлические и диэлектрические волноводы;
Свыше 300 ГГц: квазиоптические линии.
Еще одним элементом антенны стал отражатель. Его предназчение - фокусирование сигнала на спираль. Он изготавливается в основном из алюминия. Основанием для антенны служит каркас с маленькой диэлектрической проницаемостью, например, пенопласт или пластик.
Расчет основных размеров антенны
Расчет спиральной антенны начинается с определения основных размеров винтовой линии. Ими являются:
Количество витков n;
Угол подъема витка a;
Диаметр спирали D;
Шаг витка спирали S;
Диаметр отражателя 2D.
Первое, что надо понять при проектировании спиральной антенны, - она является резонатором (усилителем) волны. Ее особенностью стало высокое входное сопротивление.
От геометрических размеров контура усиления зависит тип волн, возбуждаемых в ней. Соседние витки спирали оказывают очень сильное влияние на характер излучения. Оптимальные соотношения:
D=λ/π, где λ-длина волны, π=3,14
Т.к. λ величина, изменяющаяся и зависящая от частоты, то в расчетах берутся средние значения этого показателя, рассчитанного по формулам:
λ min= c/f max; λ max= c/f min, где с=3×10 8 м/сек. (скорость света) и f max, f min - максимальный и минимальный параметр частоты сигнала.
λ ср=1/2(λ min+ λ max)
n= L/S, где L - общая длина антенны, определяющаяся по формуле:
L= (61˚/Ω) 2 λ ср, где Ω - коэффициент направленного действия антенны, зависящий от поляризации (берется из справочников).
Классификация по рабочему диапазону
По основному диапазону частот, приемо-передающие устройства бывают:
1. Узкополосные. Ширина диаграммы направленности и входное сопротивление сильно зависят от частоты. Это говорит о том, что антенна может работать без перенастройки только в узком спектре длины волны, примерно 10% относительной полосы частот.
2. Широкодиапазонные. Такие антенны могут работать в большом спектре частоты. Но их основные параметры (КНД, диаграмма направленности и т. д.) все-таки зависят от изменения длины волны, но не так сильно, как у узкополосных.
3. Частотнонезависимые. Считается, что здесь основные параметры не меняются при изменении частоты. В таких антеннах имеется активная область. Она имеет возможность перемещаться вдоль антенны, не меняя своих геометрических размеров, в зависимости от изменения длины волны.
Чаще всего встречаются спиральные антенны второго и третьего типа. Первый тип применяется, когда необходима повышенная «четкость» сигнала на определенной частоте.
Самостоятельное изготовление антенны
Промышленность предлагает большой выбор антенн. Разнообразие цен может варьировать от несколько сотен до несколько тысяч рублей. Существуют антенны для телевидения, спутникового приема, телефонии. Но можно изготовить спиральную антенну и своими руками. Это не так сложно. Особой популярностью пользуются спиральные антенны для Wi-Fi.
Они особо актуальны, когда необходимо усилить сигнал от роутера в каком-нибудь большом доме. Для этого понадобится медная проволока, сечением 2-3 мм 2 и длиной 120 см. Необходимо сделать 6 витков диаметром 45 мм. Для этого можно использовать трубку, соответствующего размера. Хорошо подходит черенок от лопаты (у него примерно такой же диаметр). Наматываем проволоку и получаем спираль с шестью витками. Оставшийся конец сгибаем таким образом, чтобы он ровно проходил через ось спирали, «повторяя» ее. Растягиваем винтовую часть, чтобы расстояние между витками находилось в пределах 28-30 мм. Затем приступаем к изготовлению отражателя.
Для этого подойдет кусок алюминия размером 15 × 15 см и толщиной 1,5 мм. Из этой заготовки делаем круг диаметром 120 мм, обрезая ненужные края. В центре круга просверливаем отверстие на 2 мм. Вставляем в него конец спирали и припаиваем обе детали друг к другу. Антенна готова. Теперь необходимо вывести провод излучения из модуля антенны роутера. И конец провода спаять с выходящим из отражателя концом антенны.
Особенности антенны на 433 МГц
В первую очередь, надо сказать, что радиоволны с частотой 433 МГц при своем распространении хорошо поглощаются землей и различными препятствиями. Для ее ретрансляции используются передатчики малой мощности. Как правило, такую частоту применяют различные охранные устройства. Она специально используется в России, с целью не создавать помехи в эфире. Спиральная антенна на 433 МГц требует большего коэффициента выходного сигнала.
Еще одной особенностью при использовании такой приемопередающей аппаратуры является то, что волны данного диапазона имеют возможность складывать фазы прямой и отраженной волны от поверхности. Это может привести либо к усилению сигнала, либо к его ослаблению. Из вышеизложенного можно сделать вывод, что выбор «лучшего» приема зависит от индивидуальной настройки положения антенны.
Самодельная антенна на 433 МГц
Спиральную антенну на 433 МГц своими руками изготовить просто. Она очень компактна. Для этого понадобится небольшой отрезок медного, латунного или стального провода. Можно применить и просто проволоку. Диаметр провода должен составлять 1 мм. Наматываем 17 витков на оправку диаметром 5 мм. Растягиваем винтовую линию, чтобы ее длина составила 30 мм. При этих размерах испытываем антенну на прием сигнала. Изменяя расстояние между витками, путем растяжения и сжатия спирали, добиваемся лучшего качества сигнала. Но надо знать, что такая антенна очень чувствительна к различным предметам, подносимым к ней близко.
Приемная антенна ДМВ
Спиральные антенны ДМВ необходимы для приема телевизионного сигнала. По своей конструкции они состоят из двух частей: отражатель и спираль.
Для спирали лучше применять медь - она имеет меньшее сопротивление и, следовательно, меньшую потерю сигнала. Формулы для ее расчета:
Общая длина спирали L=30000/f, где f- частота сигнала (МГц);
Шаг спирали S= 0,24 L;
Диаметр витка D=0,31/L;
Диаметр провода спирали d ≈ 0,01L;
Диаметр отражателя 0,8 nS, где n- количество витков;
Расстояние до экрана H= 0,2 L.
Коэффициент усиления:
K=10×lg(15(1/L)2nS/L)
Чашка отражателя изготавливается из алюминия.
Другие виды приемопередающей аппаратуры
Коническая и плоская спиральные антенны встречаются реже. Это связано с трудностью их изготовления, хотя они и имеют лучшие характеристики по диапазону передачи и приема сигнала. Излучение таких передатчиков формируется не всеми витками, а лишь теми, длина которых близка к длине волны.
В плоской антенне винтовая линия выполнена в виде свернутой в спираль двухпроводной линии. В этом случае соседние витки возбуждаются синфазно в режиме бегущей волны. Это приводит к тому, что создается поле излучения с круговой поляризацией в сторону оси антенны, позволяя создавать широкую полосу частот. Встречаются плоские антенны с так называемой спиралью Архимеда. Это сложная форма позволяет существенно увеличить частотный диапазон передачи от 0,8 до 21 ГГц.
Сравнение спиральных и узконаправленных антенн
Основное отличие спиральной антенны от направленной заключается в том, что она меньше размером. Это делает ее более легкой, что позволяет производить монтаж с меньшими физическими усилиями. Ее недостатком является более узкий диапазон частот приема и передачи. Также она имеет более узкую диаграмму направленности, что требует «поиска» лучшего положения в пространстве для удовлетворительного приема. Несомненное ее преимущество - простота конструкции. Большим плюсом является возможность настраивать антенну при помощи изменения шага витка и общей длины спирали.
Укороченная антенна
Для лучшего резонанса в антенне нужно, чтобы «вытянутая» длина спиральной части как можно ближе была к значению длины волны. Но она не должна быть меньше ¼ длины волны (λ). Таким образом, λ может доходить до 11 м. Это актуально для КВ-диапазона. В этом случае антенна будет слишком длинной, что неприемлемо. Одним из способов увеличить длину проводника является установка удлиняющей катушки у основания приемника. Еще один вариант - запитывание в цепь тракта тюнера. Его задача - согласование выходного сигнала передатчика радиостанций, с антенной на всех рабочих частотах. Если говорить понятным языком, то тюнер выступает в роли усилителя входящего сигнала с приемника. Такая схема применяется в автомобильных антеннах, где очень важен размер элемента, принимающего радиоволну.
Заключение
Спиральные антенны получили большую популярность во многих областях радиоэлектронных коммуникаций. Благодаря им осуществляется сотовая связь. Также их применяют в телевидении и даже в дальней космической радиосвязи. Одной из перспективных разработок по уменьшению габаритов антенны стало применение конусного рефлектора, позволяющего увеличить длину принимающей волны, по сравнению с обычным отражателем. Однако есть и недостаток, выраженный в уменьшении спектра рабочей частоты. Также интересным образцом является «двухзаходная» коническая спиральная антенна, позволяющая работать в широком спектре частот, благодаря формированию изотропной диафрагмы направленности. Это происходит потому, что линия питания в виде двухпроводного кабеля обеспечивает плавное изменение волнового сопротивления.
На частотах выше 300 МГц и выше широкое применение находят цилиндрические спиральные антенны бегущей волны. Один из вариантов исполнения спиральной антенны приведён на рис.1. Она представляет собой спираль диаметром D и шагом намотки S , и металлического рефлектора, выполненного в виде диска или квадрата с размером ≈2D .
В зависимости от геометрических параметров (электрической длины периметра витка с и электрической длины шага спирали S ) спиральной антенны, в ней могут возбуждаться различные типы волн (моды). Наибольшее значение на характер излучения антенны оказывает фазовое соотношение между соседними витками спирали.
Нас интересует волна Т1 (рис.2), для которой характерно отличие на 360 градусов фазы токов на соседних витках.
Волна Т1 образуется при электрической длине периметра витка, близкой к длине волны λ , при этом спиральная антенна работает в режиме осевого излучения (максимум излучения совпадает с осью спирали).
Оптимальные размеры спиральной антенны:
- Диаметр витка D=λ/π
- Шаг спирали S=0,25λ
- Угол спирали α=12°
Входное сопротивление антенн, при условии 12°≤α≤15° , 0,75λ<с<1,33 λ и количестве витков n>3 равно:
RА ≈140·с/λ (ом)
Ширина основного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности:
θ0,5 =52 ·λ/с ·√nS/ λ (градусов)
На рис.3 изображён результат расчёта диаграммы направленности спиральной антенны в вертикальной и горизонтальной плоскости с помощью программы MMANA .
Рис.3 Диаграмма направленности спиральной антенны.
Цилиндрические спиральные антенны, работающие в режиме волны Т1 имеют круговую поляризацию. При приёме сигнала антенной с линейной поляризацией (вертикальной или горизонтальной) сигнал будет ослаблен на 3дБ (в два раза). Чтобы этого избежать, можно использовать систему из двух спиральных антенн с противоположным направлением намотки спирали и питаемых синфазно, расположенных на расстоянии 0,5 λ или 1,5 λ (рис.4).
Входное сопротивление такой антенной системы будет равно 67,6 ома, что хорошо согласуется с волновым сопротивлением коаксиального кабеля (КСВ 1,1 и 1,35 для 75 и 50 омного кабеля соответственно). Волновое сопротивление однопроводной линии (рис.5) участка ab должно соответствовать входному сопротивлению спиральной антенны (≈140ом). Для этого необходимо выдержать соотношение e/d равным ≈2,75.
Для согласования одиночной антенны или антенной системы, состоящей из трёх и более антенн в данном случае можно использовать экспоненциальный согласующий трансформатор, конструктивно выполненный в виде полосковой линии (рис.6). У экспоненциальной линии волновое сопротивление изменяется вдоль её длины по закону:
Z 0 (x)=Z 01 e bx , где
Z 01 - волновое сопротивление линии на входе
Z 0 (x) - волновое сопротивление линии в сечении, расположенном на расстоянии х от её начала
b - параметр, показывающий скорость изменения волнового сопротивления линии
В зависимости от КСВ и известного отношения Z02 /Z01 волновых сопротивлений в конце и в начале линии её минимальную длину расчитывают по формуле:
,
где 
;
На рис.7 изображён экспоненциальный согласующий трансформатор, расчитаный на согласование сопротивлений 140 ом и 50 ом на частоте 2450 МГц при КСВ 1,2. Расстояние e равно 7 мм, диэлектрик - воздух (ε=1), толщина материала d 1 мм.
Благодаря высокому коэффициенту усиления и стабильности электрических параметров, ввиду невысокой чувствительности к внешним факторам и отклонениям в геометрии, цилиндрические спиральные антенны могут найти широкое применение в системах связи и безопасности для организации дальней связи.
Литература
Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ.
Беньковский З., Липинский Э. Любительские антенны КВ и УКВ.
Уронов Л.Г.
ООО «ТехноСфера», 2011 г.
Покупать хорошую антенну на дачу не всегда целесообразно. Особенно если она посещается время от времени. Дело не столько в затратах, сколько в том, что ее через некоторое время может не оказаться на месте. Поэтому многие предпочитают делать антенну для дачи самостоятельно. Затраты минимальные, качество неплохое. И самый важный момент — ТВ антенна своими руками может быть сделана за полчаса-час и потом, в случае необходимости, легко повторяется…
Цифровое телевидение в формате DVB-T2 передается в диапазоне ДМВ, причем цифровой сигнал или есть, или его нет. Если сигнал принимается, то картинка получается хорошего качества. В связи с этим. для приема цифрового телевидения подходит любая дециметровая антенна. Многим радиолюбителям знакома телеантенна, которую называют «зигзагообразная» или «восьмерка». Эта ТВ антенна своими руками собирается буквально за считанные минуты.
Для уменьшения количества помех сзади антенны ставят отражатель. Расстояние между антенной и отражателем подбирают экспериментально — по «чистоте» картинки
Можно на стекле прикрепить фольгу и получить неплохой сигнал….
Медная трубка или проволока — оптимальный вариант, хорошо гнется, легко пр
Делать ее очень просто, материал — любой токопроводящий металл: трубка, прут, проволока, полоса, уголок. Принимает она, несмотря на простоту, хорошо. Выглядит как два квадрата (ромба), соединенных между собой. В оригинале за квадратом располагается отражатель — для более уверенного приема сигнала. Но он больше нужен для аналоговых сигналов. Для приема цифрового телевидения вполне можно обойтись и без него или установить потом, если прием будет чересчур слабым.
Материалы
Оптимально для этой самодельной телеантенны подходит медная или алюминиевая проволока диаметром 2-5 мм. В этом случае сделать все можно буквально за час. Также можно использовать трубку, уголок, полосу из меди или алюминия, но надо будет какое-то приспособление чтобы выгнуть рамки нужной формы. Проволоку же можно гнуть молотком, закрепив ее в тисках.
Также потребуется коаксиальный антенный кабель требуемой длины, штекер подходящий к разъему на вашем телевизоре, какое-то крепление для самой антенны. Кабель можно брать с сопротивлением 75 Ом и 50 Ом (второй вариант хуже). Если делается ТВ антенна своими руками для установки на улице, обратите внимание на качество изоляции.
Крепление зависит от того, где вы собираетесь повесить самодельную антенну для цифрового телевидения. На верхних этажах можно попробовать использовать ее как домашнюю и повесить на шторы. Тогда нужны крупные булавки. На даче или если выносить самодельную телеантенну на крышу, надо будет крепить ее к шесту. Для этого случая ищите подходящие фиксаторы. Для работы еще понадобится паяльник, наждачная бумага и/или напильник, надфиль.
Нужен ли расчет
Для приема цифрового сигнала нет необходимости считать длину волны. Просто желательно сделать антенну более широкополосной — чтобы принимать как можно больше сигналов. Для этого в оригинальную конструкцию (на фото выше) внесены некоторые изменения (дальше по тексту).
При желании можете сделать расчет. Для этого надо узнать на какой волне транслируется сигнал, разделить на 4 и получить требуемую сторону квадрата. Чтобы получить требуемое расстояние между двумя частями антенны, делайте наружные стороны ромбов чуть длиннее, внутренние — короче.
Чертеж антенны «восьмерки» для приема цифрового ТВ
- Длина «внутренней» стороны прямоугольника (В2) — 13 см,
- «наружной» (В1) — 14 см.
За счет разницы длин образуется расстояние между квадратами (они соединяться не должны). Два крайних участка делают длиннее на 1 см — чтобы можно было свернуть петлю, к которой припаивается коаксиальный антенный кабель.
Изготовление рамки
Если посчитать все длины, получится 112 см. Отрезаем проволоку или тот материал, который у вас есть, берем пассатижи и линейку, начинаем гнуть. Углы должны быть под 90° или около того. С длинами сторон можно немного ошибаться — это не смертельно. Получается так:
- Первый участок — 13 см + 1 см на петлю. Петлю можно согнуть сразу.
- Два участка по 14 см.
- Два по 13 см, но с поворотом в противоположную сторону — это место перегиба на второй квадрат.
- Снова два по 14 см.
- Последний — 13 см + 1 см на петлю.
Собственно рамка антенны готова. Если все удалось сделать правильно, между двумя половинами в середине получилось расстояние 1,5-2 см. Могут быть небольшие расхождения. Далее петли и место перегиба зачищаем до чистого металла (обработать наждаком с мелким зерном), залудить. Две петли соединить, обжать пассатижами чтобы держались крепко.
Подготовка кабеля
Берем антенный кабель, осторожно зачищаем. Как это делать показано на пошаговом фото. Зачистить кабель надо с двух сторон. Один край будет крепиться к антенне. Тут зачищаем так, чтобы провод торчал на 2 см. Если получилось больше, лишнее (потом) можно будет отрезать. Экран (фольгу) и оплетку скрутить в жгут. Получилось два проводника. Один — центральная моножила кабеля, второй — скрученный из множества проводков оплетки. Оба нужны и их нужно залудить.
Ко второму краю подпаиваем штекер. Тут достаточно длины 1 см или около того. Также сформировать два проводника, залудить.
Штекер в тех местах, где будем проводить пайку, протереть спиртом или растворителем, зачистить наждаком (можно надфилем). На кабель надеть пластиковую часть штекера, теперь можно начинать пайку. К центральному выходу штекера припаиваем моножилу, к боковому — многожильную скрутку. Последнее — обжать захват вокруг изоляции.
Дальше можно просто накрутить пластиковый наконечник, в можно залить клеем или токонепроводящим герметиком (это важно). Пока клей/герметик не застыл, быстро собираем штекер (накручиваем пластиковую часть), убираем излишки состава. Так штекер будет почти вечным.
DVB-T2 ТВ антенна своими руками: сборка
Теперь осталось соединить кабель и рамку. Так как мы не привязывались к конкретному каналу, припаивать кабель будем к средней точке. Это увеличит широкополосность антенны — принимать будет больше каналов. Потому второй разделанный конец кабеля припаиваем к двум сторонам посередине (те, которые зачищали и лудили). Еще одно отличие от «оригинальной версии» — кабель не надо обводить по рамке и припаивать внизу. Это тоже расширит диапазон приема.
Собранную антенну можно проверить. Если прием нормальный, можно закончить сборку — залить герметиком места пайки. Если прием плохой, попробуйте для начала найти место, где ловится лучше. Если положительных изменений нет, можно попробовать заменить кабель. Для простоты эксперимента можно использовать обычную телефонную лапшу. Она стоит копейки. К ней припаять штекер и рамку. Попробовать с ней. Если «ловит» лучше — дело в плохом кабеле. В принципе, можно работать и на «лапше», но недолго — она быстро придет в негодность. Лучше, конечно, поставить нормальный антенный кабель.
Для защиты места соединения кабеля и рамки антенны от атмосферных воздействий, места пайки можно замотать обычной изолентой. Но это способ ненадежный. Если не забудете, можно перед пайкой надеть несколько термоусадочных трубок, чтобы с их помощью заизолировать. Но самый надежный способ — залить все клеем или герметиком (они не должны проводить ток). В качестве «корпуса» можно использовать крышки на 5-6 литровые баллоны с водой, обычные пластиковые крыши на банки и т.п. В нужных местах делаем углубления — чтобы рамка «улеглась» в них, не забываем про вывод кабеля. Заливаем герметизирующим составом, ждем пока схватится. Все, ТВ антенна своими руками для приема цифрового телевидения готова.
Самодельная антенна двойной и тройной квадрат
Это узкополосная антенна, которая используется если принимать надо слабый сигнал. Она может даже помочь, если более слабый сигнал «забивается» более мощным. Единственный недостаток — нужна точная ориентация на источник. Эту же конструкцию можно сделать чтобы принимать цифровое телевидение.
Можно сделать и пять рамок — для более уверенного приема
Красить или лакировать нежелательно — ухудшается прием. Такое возможно только в непосредственной близости с передатчиком
Достоинства этой конструкции — прием будет уверенным даже на значительном расстоянии от ретранслятора. Только надо будет конкретно узнать частоту вещания, выдержать размеры рамок и согласующего устройства.
Конструкция и материалы
Делают ее из трубок или проволоки:
- 1-5 ТВ канал МВ диапазона — трубки (медь, латунь, алюминий) диаметром 10-20 мм;
- 6-12 ТВ канал МВ диапазона — трубки (медь, латунь, алюминий) 8-15 мм;
- ДМВ диапазон — медная или латунная проволока диаметром 3-6 мм.
Антенна двойной квадрат представляет собой две рамки, соединенных двумя стрелами — верхней и нижней. Меньшая рамка — вибратор, большая — рефлектор. Антенна, состоящая из трех рамок дает больший коэффициент усиления. Третий, самый маленький, квадрат называется директор.
Верхняя стрела соединяет середины рамок, может быть сделана из металла. Нижняя — из изоляционного материала (текстолит, геттинакс, деревянная планка). Рамки должны устанавливаться так, чтобы их центры (точки пересечения диагоналей) находились на одной прямой. И направлена эта прямая должна быть на передатчик.
Активная рамка — вибратор — имеет разомкнутый контур. Ее концы прикручиваются к текстолитовой пластине размером 30*60 мм. Если сделаны рамки из трубки, края расплющивают, в ни проделывают отверстия и через них крепят нижнюю стрелу.
Мачта для этой антенны должна быть деревянной. Во всяком случае, верхняя ее часть. Причем деревянная часть должна начинаться на расстоянии не менее 1,5 метров от уровня рамок антенны.
Размеры
Все размеры для изготовления этой ТВ антенны своими руками приведены в таблицах. Первая таблица — для метрового диапазона, вторая — для дециметрового.
В трехрамочных антеннах расстояние между концами вибраторной (средней) рамки делают больше — 50 мм. Остальные размеры даны в таблицах.
Подключение активной рамки (вибратора) через короткозамкнутый шлейф
Так как рамка — симметричное устройство, а подключить ее надо к несимметричному коаксиальному антенному кабелю, необходимо согласующее устройство. В данном случае обычно используют симметритрующий короткозамкнутый шлейф. Его делают из отрезков антенного кабеля. Правый отрезок называют «шлейф», левый — «фидер». К месту соединения фидера и шлейфа крепится кабель, который идет к телевизору. Длинна отрезков выбирается исходя из длины волн принимаемого сигнала (смотрите таблицу).
Короткий отрезок провода (шлейф) разделывают с одного конца, удалив алюминиевый экран и скрутив оплетку в плотный жгут. Его центральный проводник можно срезать до изоляции, так как он не играет значения. Разделывают и фидер. Тут тоже удаляют алюминиевый экран и скручивают оплетку в жгут, но центральный проводник остается.
Дальнейшая сборка происходит так:
- Оплетку шлейфа и центральный проводник фидера припаиваются к левому концу активной рамки (вибратору).
- Оплетка фидера припаивается к правому концу вибратора.
- Нижний конец шлейфа (оплетку) соединяют с оплеткой фидера с помощью жесткой металлической перемычки (можно использовать проволоку, только убедиться в хорошем контакте с оплеткой). Кроме электрического соединения она еще задает расстояние между участками согласующего устройства. Вместо металлической перемычки можно закрутить в жгут оплетку нижней части шлейфа (снять изоляцию на этом участке, удалить экран, свернуть в жгут). Для обеспечения хорошего контакта жгуты спаять между собой легкоплавким припоем.
- Куски кабеля должны быть параллельны. Расстояние между ними — около 50 мм (возможны некоторые отклонения). Для фиксации расстояния используют фиксаторы из диэлектрического материала. Также можно прикрепить согласующее устройство к текстолитовой пластине, например.
- Кабель, идущий к телевизору припаивается к нижней части фидера. Оплетка соединяется с оплеткой, центральный проводник — с центральным проводником. Для уменьшения количества соединений фидер и кабель к телевизору можно сделать единым. Только в том месте, где должен заканчиваться фидер надо снять изоляцию чтобы можно было установить перемычку.
Это согласующее устройство позволяет избавиться от помех, расплывшегося контура, второго размытого изображения. Особенно оно пригодиться на большом расстоянии от передатчика, когда сигнал будет забиваться помехами.
Другой вариант тройного квадрата
Чтобы не подключать короткозамкнутый шлейф, вибратор антенны тройной квадрат делают удлиненным. В этом случае можно подключать кабель напрямую к рамке как показано на рисунке. Только высота, на которой припаивается антенный провод, определяется в каждом случае индивидуально. После сборки антенны проводят «испытания». Подключают кабель к телевизору, центральный проводник и оплетку передвигают вверх/вниз, добиваясь лучшего изображения. В том положении, где картинка будет наиболее четкой, припаивают отводы антенного кабеля, места пайки изолируют. Положение может быть любым — от нижней перемычки, до места перехода на рамку.
Иногда одна антенна не дает требуемого эффекта. Сигнал получается слабым изображение — черно-белым. В этом случае стандартное решение — установить усилитель телевизионного сигнала.
Самая проста антенна для дачи — из металлических банок
Для изготовления этой телевизионной антенны кроме кабеля нужны будут только две алюминиевых или жестяных банки да кусок деревянной планки или пластиковой трубы. Банки должны быть металлическими. Можно брать пивные алюминиевые, можно — жестяные. Главное условие — чтобы стенки были ровными (не ребристыми).
Банки промывают и высушивают. Конец коаксиального провода разделывают — скрутив жилы оплетки и очистив центральную жилу от изоляции получают два проводника. Их крепят к банкам. Если умеете , можно припаять. Нет — берете два маленьких самореза с плоскими шляпками (можно «блошки» для гипсокартона), на концах проводников скручиваете петлю, в нее продеваете саморез с установленной на нем шайбой, прикручиваете к банке. Только перед этим надо металл банки очистить — сняв налет при помощи наждачной бумаги с тонким зерном.
Банки закрепляют на планке. Расстояние между ними подбирают индивидуально — по лучшей картинке. Не стоит надеяться на чудо — в нормальном качестве будет один-два канала, а может и нет… Зависит от положения ретранслятора, «чистоты» коридора, того, насколько правильно ориентирована антенна… Но как выход в аварийной ситуации — это отличный вариант.
Простая антенна для Wi-Fi из металлической банки
Антенну для приема сигнала Wi-Fi тоже можно сделать из подручных средств — из консервной банки. Эта ТВ антенна своими руками может быть собрана за пол часа. Это если все делать неторопясь. Банка должна быть из металла, с ровными стенками. Отлично подходят высокие и узкие консервные банки. Если ставить самодельную антенну будете на улице, найдите банку с пластиковой крышкой (как на фото). Кабель берут антенный, коаксиальный, сопротивлением 75 Ом.
Кроме банки и кабеля потребуется еще:
- радиочастотный соединитель RF-N;
- кусок медной или латунной проволоки диаметром 2 мм и длиной 40 мм;
- кабель с гнездом, подходящим к Wi-Fi карте или адаптеру.
Передатчики Wi-Fi работают на частоте 2,4 ГГц с длинной волны 124 мм. Так вот, банку желательно выбрать такую, чтобы ее высота была не менее 3/4 длины волны. Для данного случая лучше чтобы она была больше 93 мм. Диаметр банки должен быть как можно ближе к половине длины волны — 62 мм для данного канала. Некоторые отклонения могут быть, но чем ближе к идеалу — тем лучше.
Размеры и сборка
При сборке в банке делают отверстие. Его надо расположить строго в нужной точке. Тогда сигнал будет усиливаться в несколько раз. Он зависит от диаметра выбранной банки. Все параметры приведены в таблице. Измеряете точно диаметр вашей банки, находите нужную строчку, имеете все нужные размеры.
| D - диаметр | Нижняя граница затухания | Верхняя граница затухания | Lg | 1/4 Lg | 3/4 Lg |
|---|---|---|---|---|---|
| 73 мм | 2407.236 | 3144.522 | 752.281 | 188.070 | 564.211 |
| 74 мм | 2374.706 | 3102.028 | 534.688 | 133.672 | 401.016 |
| 75 мм | 2343.043 | 3060.668 | 440.231 | 110.057 | 330.173 |
| 76 мм | 2312.214 | 3020.396 | 384.708 | 96.177 | 288.531 |
| 77 мм | 2282.185 | 2981.170 | 347.276 | 86.819 | 260.457 |
| 78 мм | 2252.926 | 2942.950 | 319.958 | 79.989 | 239.968 |
| 79 мм | 2224.408 | 2905.697 | 298.955 | 74.738 | 224.216 |
| 80 мм | 2196.603 | 2869.376 | 282.204 | 070.551 | 211.653 |
| 81 мм | 2169.485 | 2833.952 | 268.471 | 67.117 | 201.353 |
| 82 мм | 2143.027 | 2799.391 | 256.972 | 64.243 | 192.729 |
| 83 мм | 2117.208 | 2765.664 | 247.178 | 61.794 | 185.383 |
| 84 мм | 2092.003 | 2732.739 | 238.719 | 59.679 | 179.039 |
| 85 мм | 2067.391 | 2700.589 | 231.329 | 57.832 | 173.497 |
| 86 мм | 2043.352 | 2669.187 | 224.810 | 56.202 | 168.607 |
| 87 мм | 2019.865 | 2638.507 | 219.010 | 54.752 | 164.258 |
| 88 мм | 1996.912 | 2608.524 | 213.813 | 53.453 | 160.360 |
| 89 мм | 1974.475 | 2579.214 | 209.126 | 52.281 | 156.845 |
| 90 мм | 1952.536 | 2550.556 | 204.876 | 51.219 | 153.657 |
| 91 мм | 1931.080 | 2522.528 | 201.002 | 50.250 | 150.751 |
| 92 мм | 1910.090 | 2495.110 | 197.456 | 49.364 | 148.092 |
| 93 мм | 1889.551 | 2468.280 | 194.196 | 48.549 | 145.647 |
| 94 мм | 1869.449 | 2442.022 | 191.188 | 47.797 | 143.391 |
| 95 мм | 1849.771 | 2416.317 | 188.405 | 47.101 | 141.304 |
| 96 мм | 1830.502 | 2391.147 | 185.821 | 46.455 | 139.365 |
| 97 мм | 1811.631 | 2366.496 | 183.415 | 45.853 | 137.561 |
| 98 мм | 1793.145 | 2342.348 | 181.169 | 45.292 | 135.877 |
| 99 мм | 1775.033 | 2318.688 | 179.068 | 44.767 | 134.301 |
Порядок действий такой:
Можно обойтись и без RF соединителя, но с ним все намного проще — легче выставить излучатель вертикально вверх, подключить кабель, идущий к роутеру (маршрутизатору) или карте Wi-Fi.
Введение
Современное состояние техники связи радиодиапазона нельзя представить без спиральных антенн. Этот тип антенных систем используется благодаря своим характерным качеством: широкополосность, эллиптическая поляризация поля при малых габаритах и простой конструкции.
Спиральные антенны используются как самостоятельно, так и в качестве элементов антенной решётки, облучателя, например, зеркальной антенны, что к преимуществам спиральных антенн прибавляет и направленность.
Благодаря свойству эллиптической поляризации спиральные антенны нашли применение в техники космической связи, поскольку, в ряде случаев поляризация принимаемого сигнала может быть случайной, например, от объектов, положение которых в пространстве изменяется или может быть произвольным (эти объекты могут быть: самолёты, ракеты, спутники и т.д.)
В радиолокации антенны с вращающейся поляризацией позволяют уменьшить помехи создаваемые отражениями от осадков и от поверхности Земли, обусловленные тем, что направление вектора напряжённости электрического поля изменяется на обратное.
Поле с вращающейся поляризацией может применяться также при работе одной и той же антенны на передачу и приёма для увеличения развязки между каналами (при этом излучаемые и принимаемые поля должны иметь противоположное направление вращение).
В настоящие время спиральные антенны широко применяются в качестве антенн устройств личной связи. Значительная доля сотовых телефонов, транковых аппаратов, и мобильных радиостанций содержат в своей конструкции спиральные антенны, работающие в режиме перпендикулярной оси излучения.
В настоящие время я собираюсь исследовать диаграммы направленности плоских спиральных и цилиндрических СА, проанализировать их зависимость от длинны, проследить изменение направленности при изменении параметров антенны. Так же сравнить характеристики СА между собой и с другими типами антенн.
В начале каждого раздела берется определенный тип СА. И дальше будут идти результаты компьютерного анализа для разных режимов и типов. Все расчеты и построения графиков будут проведены в программе МаthCAD 2001i.
Предполагается включение в приложения программ простейшего расчета характеристик спиральной антенны.
Особенностью теории СА является сложность расчета поля антенны.
Из различных конструкций диапазонных антенн эллиптической поляризации наибольшее применение получила спиральная антенна, предложенная Краусом в 1947 году, и ее различные модификации.
Чтобы иметь возможность производить расчет перечисленных характеристик и параметров СА в широком интервале частот, необходимо установить зависимость фазовых скоростей волн тока, распространяющихся вдоль провода в спирали от геометрии и частоты возбуждающего спираль напряжения.
Расчетам фазовой скорости волны тока, распространяющейсявдоль провода спирали, и установлению зависимости фазовых скоростей от геометрии и частоты возбуждающего спираль напряжения, посвящено много работ, первая попытка решения этой задачи принадлежит Поклингтону, который еще в 1897 году, решив задачу об определении фазовой скорости электромагнитной волны, распространяющейся вдоль прямого провода и вдоль кольца, пытался рассмотреть вопрос о распространении электромагнитной волны вдоль спирали. Это удалось ему сделать в ряде частных случаев. Если не считать отдельных работ в этом направлении, связанных с распространением электромагнитной волны в катушках интерес к этой теме возник в конце 40-х годов в связи с широким применением спиралей в качестве замедляющих структур.
Глава 1. Типы спиральных антенн
1.1 Типы спиральных антенн
Среди различных типов широкополосных антенн важное место занимают разнообразные спиральные антенны. Спиральные антенны являются слабо- и средненаправленными широкополосными антеннами эллиптической и управляемой поляризации. Они применяются в качестве самостоятельных антенн, возбудителей волноводно-рупорных антенн эллиптической и управляемой поляризации, элементов антенных решеток.
Спиральные антенны – это антенны поверхностных волн. По виду направителя (замедляющей системы) и способу обеспечения работы в широком диапазоне частот их можно разделить на:
· цилиндрические регулярные, у которых геометрические параметры (шаг, радиус, диаметр провода) постоянны по всей длине и широкополосность обусловлена наличием дисперсии фазовой скорости;
· эквиугольные или частотно-независимые (конические, плоские);
· нерегулярные, к которым можно отнести все другие типы спиральных антенн.
Рис.1.1. 3 Нерегулярные спиральные антенны:
а – плоская с постоянным шагом намотки (архимедова);
б – коническая с постоянным шагом намотки;
в – на поверхности эллипсоида вращения с постоянным углом намотки.
 |
Рис.1.1.4 Нерегулярная цилиндрическая спиральная антенна (с переменным шагом)
По числу заходов (ветвей) и способу их намотки спиральные антенны могут быть одно- и многозаходные с односторонней или двусторонней (встречной) намотки.
Отсутствие или наличие дополнительного замедления фазовой скорости и способ его реализации позволяют разделить спиральные антенны на следующие типы:
· из гладкого провода в однородном диэлектрике (воздухе),
· из провода, обладающего собственным замедлением (импедансные спиральные антенны),
· из провода с собственным замедлением и с диэлектриком (импедансные спирально-диэлектрические антенны).
 |
Рис. 1.1.5 Спиральные антенны с дополнительным замедлением:
а – импедансная;
б,в – спирально-диэлектрическая;
г – импедансная спирально-диэлектрическая.
Одним из основных свойств спиральных антенн является их способность работать в широкой полосе частот с коэффициентом перекрытия от 1.5 до 10 и более. Все спиральные антенны – это антенны бегущей волны, но одно обстоятельство само по себе не обуславливает работы спиральных антенн в диапазоне частот с таким коэффициентом перекрытия.
Работа однозаходных регулярных цилиндрических спиральных антенн и их модификаций в диапазоне частот возможна благодаря их дисперсионным свойствам, вследствие которых в широком диапазоне частот фазовая скорость поля вдоль оси спирали близка к скорости света, отражение от свободного конца спирали мало, длина волны в проводе спирали примерно равна длине витка.
В многозаходных цилиндрических спиральных антеннах рабочий диапазон дополнительно расширяется вследствие подавления в них ближайших низших и высших типов волн, искажающих диаграмму направленности основного типа.
Спиральные антенны с односторонней намоткой излучают поле с эллиптической, близкой к круговой, поляризацией. Направление вращения вектора поля соответствует направлению намотки спирали. Для получения линейной и управляемой поляризации используют спиральные антенны с двусторонней (встречной) намоткой.
Рис.1.1.6. Эквиугольные спиральные антенны с двусторонней (встречной) намоткой: а – коническая четырехзаходная; б – плоская трехзаходная.
Форма частотно-независимых (плоских и конических эквиугольных) спиральных антенн определяется только углами. Каждой длине волны в пределах рабочего диапазона соответствует излучающий участок неизменной формы и постоянных электрических размеров. Поэтому ширина диаграммы направленности и входного сопротивления приближенно остаются постоянными в весьма широких диапазонах частот (10:1 ...20:1).
Для получения однонаправленного излучения с эллиптической поляризацией в меньших диапазонах частот (2:1 ... 4:1) нет необходимости строго выдерживать форму антенны в соответствии с условием частотной независимости. Если при переходе от одной длины волны к другой форма и электрические размеры излучающего элемента повторяются хотя бы приближенно, антенна работает в диапазоне частот с меньшим постоянством характеристик и параметров. Следуя этому, можно построить очень широкое, не подчиняющееся точно принципу частотной независимости семейство антенн в виде одно- или многозаходных спиралей, навитых (по различным законам намотки) на различных поверхностях вращения. Иногда такие антенны называют квазичастотно-независимыми.
Квазичастотно-независимые спиральные антенны для получения управляемой и линейной поляризации также выполняются с двусторонней намоткой. Для получения управляемой, линейной и круговой поляризации могут также применяться различные (цилиндрические, эквиугольные и др.) двухзаходные спиральные антенны.
Рис.1.1.7. Квазичастотно-независимые спиральные антенны с двусторонней (встречной) намоткой и постоянным шагом: а – коническая четырехзаходная; б – полусферическая четырехзаходная; в – эллипсоидная четырехзаходная.
