Как сделать антенну Харченко своими руками

Антенна Харченко, или же антенна «двойной квадрат», спроектированная инженером Константином Харченко еще в 60-е гг. XX в., до сих пор ценится радиолюбителями благодаря простоте конструкции, высокому коэффициенту усиления и надежности.

антена
Схема антенны Харченко.

Предназначение и устройство антенны Харченко

Она используется умельцами в основном как телевизионная для приема эфирного вещания в дециметровом диапазоне волн (ДМВ). Но также конструируют различные виды, способные улучшить качество сигнала и увеличить скорость соединения и передачи данных модема или сотовой связи при большой удаленности от вышки. Поскольку телевидение перешло на цифровое вещание, обозначаемое стандартом DVB-T2, эту антенну стали модифицировать таким образом, чтобы можно было принимать цифровые пакеты каналов в дециметровом диапазоне.

Активные вибраторы состоят из 8 замкнутых одинаковых проводников, которые образуют два квадрата или 2 ромбовидные ячейки. Они выполнены симметрично и сделаны из толстого провода, изготовленного из токопроводящего материала, например меди или алюминия. Периметр каждого ромба равен длине волны, на которую настраивается прием, они соединяются за счет незамкнутых углов между собой. В этом месте подсоединяется телевизионный кабель с сопротивлением 50 или 75 Ом.

Для усиления сигнала сзади может быть смонтирован рефлектор в виде сплошного экрана или решетки из материала, проводящего ток. Когда принимающая антенна находится на большом расстоянии от источника трансляции, мощность излучения ослабевает. В таком случае в конструкцию антенны добавляется усилитель.

Принцип работы

Электромагнитная волна синусоидальной формы распространяется в пространстве в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной. Их называют сигналами с горизонтальной и вертикальной поляризацией. Приемную антенну необходимо ориентировать в зависимости от типа поляризации. Для поляризации горизонтального типа биквадраты должны быть расположены в виде восьмерки, для вертикальной — образовывать собой знак бесконечности.

Правильная ориентация в пространстве позволяет добиться оптимального качества приема. Электромагнитные сигналы направляются от излучателей передатчика к антенне телевизора с высокой частотой. Когда электромагнитная волна проходит через поверхность вибраторов, в ней появляется напряжение, которое приложено к точкам питания. Под его воздействием на металлических элементах антенны возникают токи, которые формируют электромагнитное поле. Оно усиливается и направляется в телевизор, где преобразовывается в изображение и звук.

антенна
Антенна своими руками.

Расчет характеристик

Рассчитать длину вибраторов можно онлайн: в интернете можно найти не один специализированный калькулятор, способный вычислить конечные величины с большой точностью. Однако посчитать необходимые характеристики можно и по формулам, которые приведены ниже.

Размер элементов рассчитывается исходя из частотного диапазона, в котором она будет работать. Для начала потребуется выяснить частоту электромагнитного излучения, на которой ведется трансляция интересующего канала по цифровому эфирному телевидению (ЦЭТВ). Ее можно узнать в интернете. Там же указан и вид поляризации волны. Эта информация нужна для того, чтобы знать, в какой плоскости расположить собранную конструкцию.

Главный параметр, который влияет на качество сигнала, принимаемого антенной, — длина электромагнитного излучения. Она обозначается как лямбда (λ) и рассчитывается с помощью частоты вещания (F) по формуле: λ=300/F. Размер каждого проводника ромбовидной ячейки равняется четверти длины волны — λ/4.

Если антенна Харченко выполняется с рефлектором, то расстояние между ними составляет величину, равную λ/7. Также площадь металлической пластины, выбранной в качестве экрана, должна быть больше примерно на 20%, чем площадь биквадратов. Рассчитать площадь отражателя можно по формуле: (2×a²)×1,2, где а — длина стороны каждого проводника.

Расчет параметров для модема и телефона аналогичен тому, что приведен для цифрового телевидения.

Материалы и элементы для сборки

Чтобы собрать антенну Харченко с рефлектором понадобятся:

  • моток проволоки из токопроводящего материала, диаметр проволоки около 2,5-3 мм;
  • отрезок коаксиального кабеля с волновым сопротивлением на 50 или 75 Ом;
  • штекер для подключения антенны;
  • металлическая пластина;
  • CD или DVD-диск;
  • пластины или кронштейны для крепления;
  • крышка от пластиковой бутылки;
  • изоляционная лента;
  • клей;
  • пассатижи;
  • паяльник.
антенна
Телевизионная антенна своими руками.

Пошаговая инструкция по сборке антенны своими руками

Для изготовления предпочтительней использовать провод или проволоку, выполненные из меди, поскольку этот материал прочнее алюминия, лучше подходит для пайки и хорошо гнется. Для удобства можно набросать на бумаге схематический чертеж, соответствующий по размеру готовой антенне, чтобы в процессе сгибания проволоки сверять длину сторон для соблюдения симметрии. В качестве отражающего экрана применяется CD или DVD-диск, поскольку величина готовых вибраторов будет достаточно маленькой для того, чтобы не выходить за края диска.

Для модема

Алгоритм сборки:

  1. С помощью пассатижей из проволоки выгибается зигзагообразная фигура в виде 2 ромбов. Величина внутренних углов может быть 90° или 120°. Длина каждой из сторон рассчитывается по формуле, приведенной выше. В месте, где один квадрат переходит в другой, нужно оставить небольшое расстояние между вершинами прилежащих друг к другу углов.
  2. Пайкой замыкаются свободные концы проволоки и биквадраты соединяются в монолитную конструкцию. Перед этим необходимо убедиться, что заготовка имеет ровную, выполненную без искривлений плоскость.
  3. Внешняя изоляция отрезка коаксиального кабеля зачищается, достаются центральная жила, защищенная диэлектриком, и экран в виде оплетки, которую для удобства пайки скручивают. Жилу и оплетку нужно облудить и припаять к углам ромбовидных ячеек, между которыми оставили небольшой зазор. К одному из углов припаивается центральная жила, ко второму — оплетка.
  4. Чтобы согласовать волновое сопротивление, коаксиальный кабель укладывается на одну или две стороны квадрата и фиксируется на ней изолентой.
  5. В крышке от бутылки проделывается отверстие, через которое протягивается кабель. Для надежной фиксации собранный контур можно закрепить с помощью клея.
  6. Через отверстие в диске проводится коаксиальный кабель, для надежной фиксации клеем крышка крепится к поверхности диска. В этом варианте конструкции между рефлектором и вибраторами нет электрического контакта.

Для цифрового ТВ

Способом, описанным ниже, можно собрать антенну, работающую на один мультиплекс. Он представляет собой объединение в единый цифровой пакет нескольких телевизионных каналов.

Порядок действий:

  1. Сборка биквадратов для приема сигнала цифрового ТВ осуществляется по той же схеме, что и для модема, повторяя первые 4 шага инструкции.
  2. В качестве рефлектора в данной конфигурации используется металлическая пластина, в центре нее делается отверстие, через которое будет заходить коаксиальный кабель.
  3. Для соединения собранного контура с экраном их располагают на рассчитанном заранее расстоянии друг от друга так, чтобы вибраторы помещались внутри плоскости рефлектора. С помощью кронштейнов или пластин биквадраты крепятся с 2 сторон к металлической пластине. Если крепежные элементы выполнены из металла, то в таком случае между составными частями антенны будет возникать электрический контакт.
  4. Второй конец коаксиального кабеля зачищается, оплетка экрана скручивается и обрезается так, чтобы она была короче границы изоляции центральной жилы во избежание замыкания между ними. К этому отрезку кабеля припаивается штекер для подключения следующим образом: центральный контакт штекера припоем соединяют с луженой центральной жилой, оплетка скручивается, лудится и припаивается к контакту заземления штекера.
антенна
Широкополосная зигзагообразная антенна.

Для телефона

Первые 3 этапа сборки антенны для телефона повторяют последовательность действий при изготовлении таковой для модема. Но поскольку конструкция получается миниатюрной, в этом варианте исполнения не будет монтироваться рефлектор.

Установка и подключение

Схемы подключения готовой антенны отличаются и зависят от того, к какому устройству она присоединяется.

Подключить готовую конструкцию к модему можно 2 способами в зависимости от того, есть ли у него разъем под внешнюю антенну. Задача упрощается, если таковой имеется. В этом случае необходимо подобрать штекер, подходящий под тип разъема у модема, и припаять его к свободному концу коаксиального кабеля способом, который описан в 4 пункте инструкции по сборке антенны для цифрового ТВ. После этого остается только подключить штекер к встроенному в модем разъему.

Задача усложняется, но ненамного, если у модема нет разъема. Для начала прибор нужно разобрать, чтобы добраться до печатной платы. На ней будет контакт или дорожка, выполняющие функцию антенны, к которой нужно припаять центральную жилу кабеля. Оплетка припаивается к корпусу модема или к его заземлению. Для максимально возможного увеличения скорости соединения конструкция должна быть повернута так, чтобы она смотрела на вышку. Остается только подключить модем к ноутбуку и проверить уровень приема сигнала.

Установка и подключение к цифровому ТВ реализуется с учетом поляризации волны телевизионного вещания. Если принимаемый сигнал горизонтально поляризован, конструкцию следует развернуть так, чтобы вибраторы были расположены вертикально, т. е. один над другим. Если же поляризация вертикальная, биквадраты размещают горизонтально в виде знака бесконечности. Конструкцию направляют в сторону телевизионной вышки. Антенну посредством штекера подключают к ресиверу (приемнику).

Чтобы подключить «двойной квадрат» к сотовому телефону, нужно снять крышку у аппарата и найти гнездо-разъем для внешней антенны. Соединение лучше осуществлять через адаптер или антенный переходник, на одной стороне которого разъем для подключения к гнезду телефона, а на другой — стандартный высокочастотный разъем. К нему подключается штекер собранной антенны.

антенна
Антенна для Wi-Fi.

Настройка антенны

«Двойной квадрат» прост в эксплуатации и не требует специальной настройки. В случае с модемом и сотовым телефоном конструкцию нужно направить в сторону вышки и покрутить, чтобы поймать устойчивый сигнал.

Чтобы настроить антенну для телевизора, нужно включить его вместе с ресивером. В меню приставки выбирается автоматические поиск и настройка каналов. Через несколько минут можно оценить качество телевещания. Если изображение и звук транслируются с помехами, стоит покрутить конструкцию в разные стороны, найти оптимальное расположение, и зафиксировать ее. При большой отдаленности приемника от источника трансляции увеличить мощность принимаемой электромагнитной волны можно антенным усилителем.

Достоинства антенны

Преимуществом антенны Харченко является то, что для сборки не требуется специфических материалов и инструментов, все необходимое можно найти у себя дома. Конструкция относительно компактна и проста в изготовлении. К тому же антенна обладает хорошими показателями широкополосности и усиления, а замкнутые петли-вибраторы обеспечивают помехоустойчивость в черте города.

Отличия антенны Харченко от Туркина

Н. Туркиным была предложена конструкция, которая работает по принципу волнового канала. Внешне она представляет собой 6 колец разного диаметра: от меньшего к большему, закрепленные на горизонтальной рейке, которая выполнена из диэлектрического материала. Этот вариант исполнения обладает большим, чем у антенны Харченко, коэффициентом усиления и способен работать на большом удалении от источника сигнала.

Такой многоэлементный механизм требует точного расчета диаметра колец и расстояния между ними, тщательного соблюдения этих размеров при сборке, что является непростой задачей. Также обязательным условием является точное направление конструкции на передающую вышку. Небольшие неточности при расчете и сборке конструкции, предложенной Харченко, незначительно влияют на параметры готовой антенны.

Ссылка на основную публикацию