Антенна и заземление, их разновидности и конструкции — вопросы и ответы

Пивные банки (из-под «Пепси-Колы» тоже подойдут)

Почему этот материал так популярен?

во-первых, недостающие размеры сегментов компенсируются большой площадью приема: если развернуть банку в плоскость, получится стандартный лист;
во-вторых, алюминий имеет отличную проводимость, немного не дотягивая до меди: соответственно потери на сопротивление будут минимальными;
в-третьих — аэродинамическая форма снижает парусность (что особенно важно при размещении на улице), а легкость конструкции не требует особо прочного крепления;
и, наконец, это доступное и абсолютно бесплатное сырье, к тому же лакированный алюминий прекрасно противостоит влиянию влаги.

Несмотря на относительно высокое качество приема, данная конструкция не обладает высоким коэффициентом собственного усиления. Подключение стандартного усилителя может не дать эффекта, ввиду сложности подбора коэффициентов.

Необходимые материалы:

1. Две одинаковые литровые банки из-под пива, отмытые и высушенные. В крайнем случае, можно воспользоваться пол-литровыми, но при этом диапазон приема будет уменьшен.
2. Антенный кабель РК-75 необходимой длины (конструкция с протяженностью проводки более 10 метров, скорее всего не обеспечит уверенный прием).
3. Антенный штекер, соответствующий вашему телевизору.
4. Кронштейн для закрепления из диэлектрика для закрепления банок: деревянный брусок, плечики для одежды, пластиковая труба (металлопластик не подойдет).
5. Крепежные элементы: изолента, скотч, или пластиковые хомуты.
6. Паяльник, стандартный припой, флюс для пайки алюминия.
7. Нож, бокорезы, наждачная бумага.

Расписывать формулы расчета размеров под частоту приема нет смысла, все равно изменить размеры сегментов не удастся. Антенна из пивных банок, выполненная своими руками, неоднократно проверена в различных условиях, поэтому просто воспользуемся готовым образцом.

Разделываем антенный кабель. На одном конце будет штекер, второй конец распускаем таким образом, чтобы от центральной жилы до смотанного в жгут экрана было не менее 100 мм. Чтобы «голая» оплетка не подвергалась воздействию коррозии, ее можно упрятать в термоусадочный кембрик.

Зачищаем площадки для пайки кабеля: на верхних торцах банок. Для этого подойдет мелкая наждачная бумага.

Каждый конец провода сворачиваем в кольцо 3–5 мм диаметром, и тщательно облуживаем припоем. Затем прикручиваем полученную клемму к банке с помощью оцинкованного самореза. После чего, места соединения очищаем флюсом и пропаиваем, до нормального «прилипания» припоя.

Закрепляем банки (с точки зрения теории радиоприема, теперь это симметричные вибраторы) таким образом, чтобы между торцами с кабелем было ровно 75 мм. Это оптимальный зазор для приема аналогового и цифрового телевидения.

Важный этап: настройка изделия на оптимальный прием телесигнала. Скорее всего, вам известно направление на вышку вещательного центра. Если нет — карты «Яндекс» вам в помощь. Находите телецентр, ваш дом, и проводите виртуальную прямую. Если не хочется возиться с азимутом (без компаса это невозможно), определите ориентир направления в зоне видимости. Например, труба котельной или иной объект. Для уверенного приёма, домашняя телеантенна располагается строго перпендикулярно к вектору на вышку, и горизонтально.

Если сигнал принимается уверенно — вам повезло с первого раза. При значительном удалении от передатчика, можно поймать отраженный сигнал. Даже простая антенна, сделанная из банок, требует правильной ориентации в пространстве (хотя это и не спутниковая тарелка). В зоне неуверенного приема, всеволновая технология может неожиданно «стрельнуть» в любом направлении.

«Пивная» дециметровая антенна своими руками позволяет уверенно ловить аналоговые каналы. А как сделать антенну для цифрового ТВ? Никаких дополнительных секретов. Цифровое вещание производится в том же диапазоне. При наличии тюнера DVB-T2 вы можете настроиться на один или два мультиплекса, и принимать бесплатный комплект российских каналов на банки из-под пива.

Типовая схема на иллюстрации:

Однако чтобы самому спаять и настроить подобное устройство, требуются элементарные познания в радиотехнике. Все-таки проще купить готовый прибор, тем более что на антенне вы уже сэкономили.

Как сделать своими руками?

Вам потребуются.

1. Паяльник, припой и канифоль, паяльный флюс. Вместо последнего раньше использовали хлористый цинк – готовится он из таблеток, содержащих соляную кислоту. Такими таблетками пользуются желудочные больные. В качестве источника цинка – любая щелочная (солевая) батарейка, отработавшая свой ресурс: её «стакан» сделан из цинка.
2. Медная проволока – толстый обмоточный провод. Альтернатива – скручиваются всевозможные более тонкие многожильные провода. Для прочности и надёжности они пропаиваются припоем, чтобы медь не окислялась, а проводник не «рассучивался».
3. Диэлектрическая основа. Ею может быть любая доска, фанера, ДСП, ДВП, а также самодельный или промышленный гетинакс (или стеклотекстолит), с которого удалены печатные дорожки. Можно использовать и плоские куски пластика от старых, отживших своё электроприборов.
4. Крепёж. Болты, винты, саморезы, гроверные шайбы, гайки. Запаситесь их нужным количеством. Возможно, пригодятся и пластиковые «монтажки».
5. Коаксиальный кабель (с волновым сопротивлением в 50 или 75 ом), штекер (под антенное гнездо вашего принимающего устройства).
6. Простейшие слесарные инструменты. Это может быть плоская и фигурная отвёртки, пассатижи, бокорезы, ножовки по металлу и по дереву, возможно, разводной ключ и молоток. Ускорят процесс изготовления антенны также болгарка и дрель.
7. Водостойкий лак или краска. Проводники и место присоединения к ним кабеля должны быть окрашены. Это защитит их от коррозии, появляющейся в результате попадания капель воды.

Если вы – не радиоспециалист, то возьмите готовый чертёж. В качестве примера – рамочная антенна. Чтобы её изготовить, сделайте следующее.

1. Ориентируясь по размерам из чертежа, согните из медной проволоки рабочий элемент – «бабочку».
2. Разместите её на прочной основе из диэлектрика, привязав с помощью «монтажек» к деревянной или пластиковой пластине. Более «продвинутый» вариант – вертикальные подставки по краям и в центре «восьмёрки» на винтовом креплении. Так в 1990-х поступали «самодельщики», изготавливавшие антенны для приёма ДМВ каналов телевидения.
3. Припаяйте кабель. Центральная жила подключается к одной стороне антенны, оплётка – к другой. Между частями «восьмёрки» и ними должен быть зазор до 1 см. Аналогично подключается к кабелю и дипольная антенна.
4. Окрасьте всю конструкцию.
5. После высыхания краски закрепите конструкцию на шесте или трубе. Привяжите кабель в нескольких местах к опоре.
6. Присоедините штекер к другому концу кабеля и поднимите антенну повыше. Направьте её на город вещания. Если расстояние слишком велико, прямого сигнала нет – находят отражённый, например, от горы или самого высокого здания неподалёку от вас.

Проверка антенны производится по качеству приёма нужной радиостанции. Радиопередатчики сегодня располагаются в произвольных городах и райцентрах – появилось много частных радиовещателей, зарабатывающих на рекламе. Радиостанции размещаются не в месте городской телебашни (на «телецентровской» горке), а на невысокой мачте высотой порядка 30 м. Не все хотят арендовать «стратегическую высоту» города или региона, вещая с крыши 9… 25-этажного дома через маломощный (до 100 Вт) FM-передатчик.

Шума на фоне радиопередачи должно быть как можно меньше. Радиоприём должен идти в стереоформате. Получить стереопередачу нельзя, когда сигнал слаб – появляется заметный шум на его фоне. Вращайте антенну, пока не добьётесь лучшего качества. Если станция слишком далеко, а шум остался – подключите радиоусилитель в разрыв кабеля, рядом с антенной.

Здесь поможет универсальный кабель, в котором, кроме «коаксиала», под внешней защитной оболочкой спрятана пара дополнительных проводов. Линия питания изолируется от центрального проводника оплёткой основного радиокабеля. Если такого кабеля нет – питание усилителя по проводам к радиоприёмнику подводится рядом, отдельно.

О том, как сделать FM-антенну своими руками за 15 минут, вы можете узнать ниже.

Характеристики антенн

Электромагнитное излучение, создаваемое антенной, обладает свойствами направленности и . Антенна как двухполюсник обладает входным сопротивлением (импедансом). Реальная антенна преобразует в электромагнитную волну лишь часть энергии источника; остальная энергия расходуется в виде тепловых потерь. Для количественной оценки перечисленных и ряда других свойств антенна описывается набором радиотехнических и конструктивных характеристик и параметров, в частности:

Пример диаграммы направленности антенны и параметры: ширина ДН, КНД, УБЛ, коэффициент подавления обратного излучения

• Полевые характеристики
  • характеристика направленности
  • диаграмма направленности (ДН), её тип и возможность управления
  • ширина ДН по заданному уровню
  • уровень боковых лепестков (УБЛ), коэффициент рассеяния
  • фазовая диаграмма, местоположение фазового центра и частотная стабильность его координат
  • тип поляризации, поляризационная диаграмма, максимальное значение уровня излучения на кроссполяризации в заданном направлении, число поляризационных каналов и межполяризационная развязка (переходное затухание)
  • коэффициент направленного действия (КНД)
  • коэффициент усиления (КУ)
  • (КИП) апертуры антенны
  • эффективная площадь рассеяния (ЭПР) антенны
• Характеристики со стороны линии питания
  • тип линии передачи, входное сопротивление антенны
  • резонансная частота, рабочая полоса частот (по качеству согласования)
  • входной импеданс антенны и коэффициент стоячей волны (КСВ) в линии передачи
  • максимальная допустимая мощность на входе антенны (средняя, импульсная)
• Передаточные характеристики
  • коэффициент полезного действия (КПД)
  • действующая высота
  • векторная импульсная характеристика, векторная передаточная характеристика
• шумовая температура антенны
• эффективная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) (характеристика системы антенна + радиопередатчик)
• Конструктивные характеристики
  • масса, координаты центра масс, момент инерции
  • габаритные размеры, максимальный радиус разворота
  • тип радиочастотного соединителя или присоединительные размеры
  • парусность (ветровая нагрузка)
  • объект установки, способ крепления
  • применённые материалы
  • устойчивость к внешним воздействиям (климатическим, механическим и др.)
  • надежность, долговечность (срок службы, назначенный ресурс и др.)

Ряд электрических характеристик антенн как взаимных устройств (пассивных линейных многополюсников) в режиме передачи и в режиме приёма совпадает, в том числе: ДН (КНД, КУ, УБЛ) и входной импеданс. Например, диаграммы направленности антенны в режиме приёма и в режиме передачи совпадают.

Устройство для приема цифрового телевидения

Не будем вдаваться в различия принципа распространения аналогового и цифрового сигнала, эта информация мало о чем скажет простому пользователю. Поговорим о конкретных решениях, способных обеспечить уверенный прием для DVB-T2 цифрового эфирного телевидения в различных условиях. Производством антенн занимаются как российские, так и зарубежные производители. По качеству все представленные модели во многом сходны, главное правильно подобрать подходящий для вашей местности вариант. Какую антенну используете?

В зоне устойчивого сигнала с задачей вполне справится комнатная антенна. В прямой видимости ретранслятора хорошо работает простая пассивная конструкция без усилителей. Но в большинстве случаев все-таки купите активную антенну с усиливающим устройством. Подбирать усилитель необходимо под определенные условия, даже перенос устройства в другую комнату может привести к ухудшению приема. Такой вариант — одно из самых бюджетных решений для цифрового эфирного телевидения, который успешно работает в городских условиях на расстоянии от вышки до 20 км.

В зоне среднего по качеству приема стоит выбирать уже узконаправленные модификации антенн, типа «волновой канал». Такой вариант вполне подойдет для дачи или загородного дома, устанавливают подобные модели и в условиях плотной городской высотной застройки, характеризующейся наличием отраженного сигнала. Антенна способна обеспечить уверенный прием только при правильном подборе усилителя и максимально точном наведении на источник трансляции. Такие устройства широко применялись и для аналогового телевидения. Поэтому, если у вас не было проблем с его приемом при наличии антенны этого класса, то и цифровые каналы вы настроите без проблем. Для местности с неуверенным приемом зачастую используют антенны логопериодического типа.

Практика применения таких конструкций показала высокое качество получаемого сигнала даже на значительном удалении от источника, при наличии дополнительных помех и значительном влиянии отраженных сигналов. Антенны также работают в связке с подобранным под нее усилителем. Не стоит забывать и возможности наиболее распространенных на текущий момент антенн, которые в народе называют «сушилками» или «полячками». Они вполне справляются с приемом как аналогового, так и цифрового телевизионного эфирного сигнала.

В отдельных случаях для DVB-T2 может потребоваться переделка конструкции, которую выполнить сможет не каждый. Поэтому, если подбор усилителей и настройка положения не дает результатов, задумайтесь о покупке другой модели.

Длина экранирующей оплетки антенны

Еще одна теория гласит, что длина экранирующей оплетки тоже имеет большое значение и может влиять на работу антенны. Я не знаком с концепцией, но мне говорят, что, если оставить экранированную часть антенны на длине волны в несколько четвертей, можно улучшить характеристики антенны.

При ремонте антенны, обычно необходимо укоротить экранирующую оплетку на нечетную длину, что может испортить настройку антенны на 1/4 волны и вызвать различные помехи. Интересное наблюдение — приемник XSR имеет экранированный провод с длиной волны 3/4, но такого нет у других приемников Frsky.

При попытке оправдать теорию с длиной экранирующей оплетки, ничего не подтвердилось. По-моему опыту, никаких заметных изменений не произошло при попытке изменения длины этой оплетки. На одном моем квадрокоптере я оставил оплетку (экранирующую) всего в 2 см от конца антенны, но он также хорошо работал, как и до этого (в пределах 800м). Возможно, надо было слетать дальше, чтобы почувствовать разницу.

Спиральные антенны

Проще всего вам дастся штыревая самодельная антенна на 433 МГц, однако, как вы уже могли заметить выше, она неидеальна

Поэтому стоит обратить внимание на другие виды, например, на спиральную антенну. Чем она отличается от штыревой? Во-первых, она также имеет неплохие технические характеристики, так что в этом плане вы можете использовать с полным спокойствием как первый, так и второй вид

Что же насчет помех? Оказывается, они у спиральной антенны также присутствуют в закрытых помещениях, причем иногда бывают даже более сильными, чем у штыревых. Поэтому остается взглянуть на последний параметр – компактность. Как вы помните, штыревые антенны из-за особенности конструкции должны либо размещаться на корпусе устройства, либо внутри него, но при этом внутри устройства должно быть довольно много свободного места, чего сложно добиться, когда речь идет о небольших бытовых приборах домашнего использования. И по этому параметру спиральная антенна обходит штыревую, потому что она является крайне компактной и позволит вам сделать радиоуправляемым практически каждый прибор в вашем доме. Естественно, самодельная направленная антенна 433 МГц, сделанная таким образом, займет у вас гораздо больше времени, но если вы собираетесь купить антенну, то вам определенно стоит взглянуть на спиральные версии, так как они могут вам пригодиться и очень сильно помочь.

Недостатки штыревых антенн

Первый недостаток, которым обладают штыревые направленные антенны 433 МГц, – это подверженность влиянию окружающей среды. Проблема заключается в очень сильном отражении и интерференции, которые возникают, если вы пытаетесь использовать антенну в закрытом помещении. Таким образом, она больше подходит для переносных приборов, а не для домашних бытовых приборов, так как в домах из-за малого количества пространства, препятствий в виде мебели и стен сигнал может искажаться, теряться и не доходить до целевого устройства. Так что в первую очередь вам стоит задуматься о том, с какой целью вы собираетесь использовать антенну, а затем уже принимать решение о ее покупке. Однако это не единственный недостаток штыревых антенн, которые изначально могли показаться идеальными. Оказывается, штырь в этой антенне должен быть практически (или полностью) параллельным заземленной пластине, на которой находится сама конструкция. Как вы легко можете понять, в небольших бытовых приборах это очень сложно реализовать. Поэтому вы уже могли сообразить, что штыревые направленные антенны 433 МГц лучше всего подходят для различных портативных приборов более-менее крупных размеров или же тех, на которых антенну можно установить снаружи. В домашних условиях использовать такие антенны не рекомендуется

Но чем же их тогда заменить? Насколько вы помните, существуют еще два вида таких антенн, так что пришло время обратить внимание на них

Штыревая антенна

Она проста в изготовлении и хорошо согласуется с кабелем с волновым сопротивлением 72 ом (рис. 1). Для изготовления антенны (на 38—40 Мгц) нужна алюминиевая труба (стакан) длиной в 1,86 м и диаметром от 25 до 40 мм и; штырь (сплошной или полый) такой же длины.

В качестве штыря можно применить алюминиевую трубку диаметром 12 мм. Стакан выполняется из отрезка дюралюминиевой трубы диаметром 30 мм.

Рис. 1. Конструкция штыревой антенны. 1 — штырь; 2 — изолятор (плексиглас); 3 — место соединения оплетки кабеля со стаканом; 4 — стакан;  5 — кабель (R волн 70 — 75 ом); 6 — пробка.

Штырь должен быть, укреплен в пробке из органического стекла, в которой предварительно просверливают отверстие по диаметру штыря. Центральную жилу кабеля прочно припаивают к штырю, а оболочку кабеля надежно соединяют со стаканом в верхней его части.

После того как все необходимые соединения сделаны, «а штырь надевают пробку, которую затем с большим трением вгоняют в трубу.

В целях предохранения от проникновения воды место вокруг штыря должно быть залито смолкой (от гальванических элементов). При этом надо следить за тем, чтобы «поясок» из смолки не был слишком широк, иначе это резко ухудшит изоляционные качества пробки.

Ни в коем случае нельзя заливать смолкой всю площадь поверхности пробки, так как для токов высокой частоты смолка является плохим изолятором. Если штырь выполнен и» трубы, то верхнее отверстие надо плотно закрыть пробкой, лучше всего резиновой.

Кольцевая антенна

Кольцевая антенна, у которой п1, но зато сравнительно велико отношение S / A, оказывается намного выгоднее обычной рамочной антенны. Однако, из понятных конструктивных соображений, применение таких антенн ограничено более короткими волнами.
 

Рассмотрим теперь кольцевую антенну.
 

В электрическом отношении кольцевым антеннам равноценны антенны, представляющие собой систему синфазных вибраторов, расположенных по окружности и лежащих большей частью в плоскости этой окружности. На рис. 9 — 109 изображено несколько конструкций таких систем.
 

Кольцевая щель является аналогом кольцевой антенны ( рамки) и в силу своей симметрии создает в плоскости щели ненаправленное излучение.
 

Одиночный же излучатель в виде кольцевой антенны уже сам не излучает в направлении оси.
 

Все эти системы относятся к группе кольцевых антенн с питанием в одной точке. Сопротивление излучения у них равно примерно 0 8 — 12 ом.
 

Сопротивление излучения можно значительно повысить путем применения кольцевых антенн с питанием в нескольких точках. Для примера на рис. 9 — 104 изображены варианты выполнения кольцевых антенн с питанием в двух точках и соответствующие распределения токов. Горизонтально проведенные линии, соединяющие точки питания на рис. 9 — 104, на практике могут иметь любую длину

Важно лишь то, чтобы точка разветвления фидера находилась на равном расстоянии от двух точек питания антенны.
 

На рис. 8 — 48 показаны способы возбуждения двух типов кольцевых антенн.
 

Диполь или симметричная вибраторная антенна

Диполь представляет собой полуволновую структуру из проволоки, трубки, печатной платы (PCB) или другого проводящего материала. Он разделен на две равные четверти длины волны и подпитывается линией передачи.

Линии показывают распределение электрических и магнитных полей. Одна длина волны (λ) равна:

λ = 984/f_MHz

половина волны:

λ/2 = 492/f_MHz

Фактическая длина обычно сокращается в зависимости от размера антенных проводов. Лучшее приближение к электрической длине:

λ/2 = 492 K/f_MHz

где K — коэффициент, связывающий диаметр проводника с его длиной. Это 0,95 для проводных антенн с частотой 30 МГц или менее. Или:

λ/2 = 468/f_MHz

Длина в дюймах:

λ/2 = 5904 K/f_MHz

Значение K меньше для элементов большего диаметра. Для трубки диаметром в полдюйма K составляет 0,945. Дипольный канал для 165 МГц должен иметь длину:

λ/2 = 5904(0.945)/165 = 33.81 дюйма

или два 16,9-дюймовых сегмента.

Длина важна, потому что антенна является резонансным устройством. Для максимальной эффективности излучения он должен быть настроен на рабочую частоту. Однако антенна работает достаточно хорошо на узком диапазоне частот, как резонансный фильтр.

Полоса пропускания диполя является функцией его структуры. Обычно он определяется как диапазон, в котором отношение коэффициента стоячей волны антенны (КСВ) меньше 2:1. КСВ определяется величиной отраженного сигнала от устройства назад по линии передачи, подающей на него. Это функция импеданса антенны с отношением к импедансу линии передачи.

Фактическое сопротивление антенны в ее центральной точке зависит от ее частоты и высоты антенны. При резонансе и полуволне над землей импеданс антенны составляет приблизительно 73 Ом. Паразитный резонанс, импеданс антенны будет включать либо индуктивный, либо емкостный компонент реактивного сопротивления.

Идеальной линией передачи является сбалансированная проводящая пара с сопротивлением 75 Ом. Также можно использовать коаксиальный кабель с характеристическим импедансом 75 Ом (Zo). Коаксиальный кабель с характеристическим импедансом 50 Ом также может использоваться, так как он хорошо соответствует антенне, если он меньше половины длины волны над землей.

Коаксиальный кабель является несбалансированной линией, так как радиочастотный ток будет протекать снаружи коаксиального экрана, создавая некоторые нежелательные индуцированные помехи в соседних устройствах, хотя антенна будет работать достаточно хорошо. Лучший метод подачи — использовать симметрирующий трансформатор в точке подачи с коаксиальным кабелем. Симметрирующий трансформатор — это трансформаторное устройство, которое преобразует сбалансированные сигналы в несбалансированные сигналы или наоборот.

Диполь может быть установлен горизонтально или вертикально в зависимости от желаемой поляризации. Линия подачи идеально должна проходить перпендикулярно к излучающим элементам, чтобы избежать искажения излучения, поэтому диполь наиболее часто ориентирован горизонтально.

Диаграмма излучения сигнала антенны зависит от ее структуры и монтажа. Физическое излучение является трехмерным, но обычно оно представлено как горизонтальными, так и вертикальными диаграммами направленности.

Горизонтальная диаграмма направленности диполя представляет собой цифру восемь (рисунок 3). Максимальный сигнал появляется на антенне. На рисунке 4 показана вертикальная диаграмма направленности. Это идеальные образцы, которые легко искажаются землей и любыми соседними объектами.

Усиление антенны связано с направленностью. Коэффициент усиления обычно выражается в децибелах (дБ) с учетом некоторого «эталона», такого как изотропная антенна, которая является точечным источником радиочастотной энергии, излучающая сигнал во всех направлениях. Подумайте о точечном источнике света, освещающем внутреннюю часть расширяющейся сферы. Изотропная антенна имеет коэффициент усиления 1 или 0 дБ.

Если передатчик формирует или фокусирует диаграмму излучения и делает ее более направленной, он имеет усиление по изотропной антенне. Диполь имеет коэффициент усиления 2,16 дБи по изотропному источнику. В некоторых случаях коэффициент усиления выражается в зависимости от дипольного задания в дБд.