Антенна двойной или тройной квадрат для Цифрового ТВ своими руками

Надо ли делать расчеты

Если человек самостоятельно решил изготовить антенну двойной квадрат для получения цифрового сигнала, ему нет надобности исчислять длину волны. Специалисты рекомендуют людям, для принятия устройствами максимального количества сигналов, делать конструкции более широкополосными.

В том случае, когда мастер стремится изготовить антенну по всем правилам, он может выполнить расчеты.

Для этого ему потребуются определенные данные:

1. Узнать размер стороны квадрата удастся таким образом. Определяется волна, на которой осуществляется трансляция сигнала. Этот показатель делится на 4.
2. Узнать, какое в идеале расстояние должно быть между 2 частями устройства можно таким образом. Внутренние элементы — более короткие, а наружные стороны ромбов – немного длиннее.

Также мастера могут задействовать в процессе изготовления антенн двойной квадрат уже готовые расчеты:

Как рассчитать антенну?

Только пожалуйста не пугайтесь, математика пятый класс. Нам нужно рассчитать только одно плечо, так как антенна квадратная. Но для начала нужно узнать под какую частоту мы будем делать антенну. Лично я в примере буду делать под WI-FI. Известно, что частота WI-FI равна примерно 2,4 ГГц или 2400 МГц (так же есть ещё более современный Wi-Fi – 5500 МГц). Если будете делать под 3G – 2100 МГц, а 4G (YOTA)- 2600 МГц.
Берем скорость распространения радиоволн (300,000 км/с) и делим на нужную частоту (2400 МГц) в килогерцах.
300.000/2.400.000 = 0,125 м
Это мы получили длину волны. Теперь поделим на четыре и получим длину плеча квадрата.
0.125/4 примерно получиться 0,0315 м. Переведем в миллиметры для удобства и получим 31,5 мм.

Изготовление простой антенны для Wi-Fi своими руками

Брем толстую проволоку толщиной 2-3 мм. И шаблон, вырезанный из кусочка алюминия. Можно конечно обойтись без него, но с ним попроще.

Гнем две петли из одной проволоки и две из другой. Разрыв должен быть между квадратами.

Затем, малярным скотчем временно фиксирую квадраты крест-накрест, чтобы было проще спаивать. И запаиваю середину сверху, чтобы конструкция приобрела жесткость.

Теперь нужно взять толстый кусок кабеля с разъемом (можно взять от той же штыревой антенны).

Вставить внутрь антенны и припаять. Средний провод к верху, а нижние плечи квадратов — к общему.

Антенна готова. Для завершения можно залить паянное соединение горячим клеем и покрасить.

Испытания антенны

Сравним силу сигнала со штыревой антенной, которая шла изначально с роутером.

Штыревая антенна:

Теперь в сравнении. Первая штыревая, а затем наш всенаправленный биквадрат.

Видно, что наша антенна принимает и усиливает сигнал на 30% лучше. Вот вам и результат работы.
Хороший уровень сигнала — это залог высокой скорости интернета, а значит залог стабильной работы. 30 процентов это очень высокий показатель, учитывая то что кардинально ничего менять не пришлось.
Делайте свою простую антенну для 3G, 4G или Wi-Fi и больше не мучайтесь с нестабильным и слабым сигналом.

Биквадратные антенны Wi-Fi

Усиление сигнала и передачу его на большие расстояния при правильно собранной антенне – до 2 км в условиях городских застроек — в самом распространенном вайфай диапазоне 2,4 ГГц выполняется при помощи различных типов направленных антенн. Одна из них – биквадратная, по-другому называемая по имени ее конструктора, – Харченко. Она состоит из следующих элементов:

• приемопередающей рамки в виде двойного (или в количестве кратном двум) ромба;
• рефлектора, изготовленного из алюминия, оцинкованной стали или медной пластины;
• фидерной линии, роль которой выполняет коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом;
• разъемов и переходников.

Чертёж двойного самодельного биквадрата

В дополнение к вышесказанному следует отметить, что при изготовлении антенны под определенную частоту очень важно соблюдать все размеры, которые приведены ниже (совместно с чертежом):

1. первичное значение угла между плечами рамки – 90 градусов, далее при выставлении зазора он незначительно изменится до нужной величины;
2. внешняя длина каждого ребра квадрата – 30,5 мм, отклонение допустимо в пределах 0,5 мм, не более;
3. величина зазора между центральными изгибами – 1-5 мм, выбирается непосредственно во время настройки;
4. рефлектор выполнен в виде прямоугольника со сторонами 100 х 120 мм.

Необходимые детали

• Металлический рефлектор—кусок фольгированноготекстолита123х123 мм, лист фольги, CD, DVD компакт диск, алюминиевая крышка с чайной банки.
• Медная проволока сечением 2.5 мм.кв.
• Отрезок коаксиального кабеля, лучше с волновым сопротивлением 50 Ом.
• Пластмассовые трубочки — можно нарезать из шариковой ручки, фломастера, маркера.
• Немного термоклея.
• Разъем N-типа — пригодится для удобного подсоединения антенны.

Материалы и инструменты

Прежде чем перейти к инструкции, как сделать биквадрат на вай фай, необходимо определиться с набором инструментов и материалов, которые однозначно понадобятся во время работы:

• пассатижи, утконосы, бокорезы (кусачки), ножницы по металлу, нож, паяльник или паяльная станция;
• припой, флюс, паяльная кислота;
• медная проволока диаметром 1,8 мм (сечение 2,5 кв. мм);
• листовой металл толщиной до 1 мм (алюминий, оцинкованное железо, подойдет даже односторонний фольгированный текстолит);
• коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом;
• разъем (если требуется, с переходником) для подключения к роутеру, реже N-type, чаще RP-SMA.

Советы и техника безопасности

При изготовлении такого точного оборудования, как СВЧ-антенна, рекомендуется принять к сведению несколько советов:

1. Совет 1. При работе с медной проволокой, при создании загибов, нужно оперировать не внешней, а внутренней величиной длины ребра биквадрата описываемого в этой статье, — Lвн = 30,5 – 3,6 = 26,9 (мм). При допуске в 0,5 мм это значение можно округлить до 27 мм. Также для обеспечения поверки лучше создать чертеж-шаблон в апример, для устройства, реальном масштабе, нарисованным линиями толщиной 1,8 мм, после чего, прикладывая к нему будущую антенну, сверять точность изготовления.
2. Совет 2. Если проволока изначально имеет мелкие изгибы (волны), не надо пытаться ее выправить при помощи пассатижей, это не приведет к требуемому результату. Вместо этого нужно найти деревянный брусок, зафиксировать его на столе (струбцина, саморезы и т. д.). Надеть тканевые перчатки и, отступив от края проволоки 30 – 40 см, надежно ухватить ее. Конец нужно взять пассатижами, далее от начала и до места захвата, перегибая проволоку через край бруса, несколько раз с усилием выполнить протяжку (в одну сторону). При таком методе все мелкие неровности будут стопроцентно устранены. Если длины выровненного участка недостаточно, нужно повторить процедуру от конца выровненного участка и выше, но уже проложив между губками пассатижей кусочки оргалита, чтобы не царапать медь.
3. Совет 3. В том случае когда используется оцинкованная сталь, пайку элементов нужно производить при помощи паяльной кислоты. Если в качестве материала был выбран алюминий, соединения выполняются посредством заклепок или резьбы (болты и гайки), пайка этого металла в домашних условиях без специализированного оборудования невозможна.
4. Техника безопасности при проведении монтажных и паяльных работ. В первую очередь следует помнить, что при работе с металлами нужно использовать защитные очки. Если планируется применение станков с вращающимися элементами (наждачный круг), категорически запрещено использование перчаток. Рукава должны быть не длиннее, чем до локтя, а волосы убраны при помощи резинки или в берет. Вторым важным правилом является соблюдение норм при выполнении пайки. Помещение, где проводятся работы, должно хорошо проветриваться. Использование защитных очков обязательно. При воздействии высоких температур на канифоль, флюс или кислоту образуются пары, которые могут попадать в легкие, поэтому желательно применять плотно прилегающий респиратор с угольными фильтрами.

Рамка для двойной биквадратной антенны

Рамка для антенны Харченко изготавливается следующим образом:

• от выправленной проволоки откусывается отрезок, длина выбирается исходя из того, какой размер будет иметь устройство итого 260 мм;
• при помощи утконосов и поверочного чертежа придается нужная форма, излишек проволоки удаляется кусачками;
• в центральной части получаются два примыкающих кончика, их нужно спаять так, чтобы они не прикасались к противоположному углу, который необходимо залудить.

Изготовление излучателя

Излучателем для антенны типа биквадрат будет служить отрезок центральной жилы коаксиального кабеля. Его нужно зачистить таким образом, чтобы длина составляла 10-20 мм, при этом экранирующий слой также необходимо сохранить. Сделать это можно, сняв верхний слой изоляции, надрезав и завернув внешнюю оплетку и фольгу назад. Оголится второй изолирующий слой, который удаляется непосредственно по нужным размерам.

Рефлектор

Основная задача железного экрана за излучателем — отражать электромагнитные волны. Правильно отраженные волны будут накладываться своими амплитудами на колебания только что выпущенные активным элементом. Возникающая усиливающая интерференция даст возможность максимально далеко распространитьэлектромагнитныеволны от антенны.

Чтобы добиться полезной интерференции надо расположить излучатель на расстоянии кратном четверти длины волны от отражателя.

Расстояние от излучателя до рефлектора для антенн биквадрат и двойной биквадрат находим как лямбда / 10 — определяемую особенностями данной конструкции / 4.

Лямбда — длина волны, равная скорости света в м/с деленной на частоту в Гц.

Длина волны при частоте 2.4 ГГц — 0.125 м.

Увеличив пятикратно рассчитанное значение, получим оптимальное расстояние — 15.625 мм.

Размер рефлектора сказывается на коэффициенте усиления антенны в дБи. Оптимальные размеры экрана для биквадрата — 123х123 мм или больше, только в этом случае можно добиться усиления в 12 dBi.

Размеров CD иDVD дисков явно недостаточно для полного отражения, поэтому антенны биквадраты, построенные на них, имеют коэффициент усиления лишь в 8 dBi.

Ниже приведен пример использования крышки с чайной банки в качестве рефлектора. Размера такого экрана тоже недостаточно, коэффициент усиления антенны меньше, чем ожидалось.

Форма рефлектора должна быть только плоской. Старайтесь также найти пластинки максимально гладкие. Изгибы, царапины на экране приводят к рассеиванию высокочастотных волн, по причине нарушения отражения в заданном направлении.

В выше рассмотренном примере бортики на крышке явно лишние — они снижают угол раскрытия сигнала, создают рассеиваемые помехи.

Как только пластинка рефлектора будет готова, у вас есть два способа собрать на нем излучатель.

1. Установить медную трубку с помощью пайки.

Чтобы зафиксировать двойной биквадрат понадобилось дополнительно сделать две стоечки из шариковой ручки.

2. Закрепить все на пластмассовой трубке используя термоклей.

Берем пластмассовую коробочку для дисков на 25 штук.

Отрезаем центральный штырь, оставив по высоте на 18 мм.

Прорезаем надфилем или напильником четыре шлица в пластмассовом штыре.

Подравниваем шлицы одинаково по глубине

Устанавливаем самодельную рамочку на шпиндель, проверяем, дабы её края оказались на одинаковой высоте от дна коробочки — около 16 мм.

Припаиваем выводы кабеля к рамке излучателя.

Взяв клеевой пистолет, закрепляем CD диск на дне пластмассой коробочки.

Продолжаем работать клеевым пистолетом, фиксируем на шпинделе рамку излучателя.

С обратной стороны коробочки фиксируем термоклеем кабель.

Подключение к роутеру

У кого есть опыт, тот с легкостью припаяется к контактным площадкам на монтажной плате внутри роутера.

Иначе, будьте осторожны, тонкие дорожки могут оторваться от печатной платы при долговременном прогреве паяльником.

Можно к уже припаянномукусочку кабеляродной антенны подключиться через разъем SMA. С приобретением любого другого радиочастотного соединителя N-типа в ближайшей точке торговли электроникой не должно возникнуть проблем.

Тесты антенны

Испытания показали, что идеальный биквадрат дает усиление около 11–12 дБи, а это до 4 км направленного сигнала.

Антенна из CDдиска дает 8 дБи, поскольку получается поймать WiFiсигнал на расстоянии 2 км.

Двойной биквадрат предоставляет 14 дБи— немного больше 6км.

Угол раскрытия антенн с квадратным излучателем составляет около 60 градусов, чего вполне достаточно для двора частного дома.

Расположение антенны

Если говорить о расположении рамки над поверхностью рефлектора, вначале нужно определиться с расстоянием между ними. Оно будет кратно значению, получаемому делением длины волны на 10. В случае с частотным диапазоном 2,4 ГГц эта величина равна очень удобным 5 мм. Биквадрат целесообразно располагать на пластиковой трубочке, вырезанной из корпуса шариковой ручки, внутри которой проложены два несоприкасающихся провода, которые соединяют центральную жилу и рефлектор (к нему, в свою очередь, припаивается общий провод-оплетка) с двумя углами в центре резонатора.

Когда речь идет о пространственном положении всей конструкции в целом, здесь все стандартно – пара антенн должны быть направлены максимально точно друг на друга.

Подключение к роутеру

Произвести подключение полученной антенны к приемопередающей части роутера можно тремя способами:

1. через разъем типа N, SMA или RP-SMA непосредственно к гнезду;
2. при помощи переходника к разъему антенны на плате роутера;
3. методом пайки к контактным площадкам (наихудший вариант).

Инструкция

1. Для того чтобы плотно закрепить двойной квадрат я решил использовать защитный колпачок от велосипедных колес. Но вообще может подойти все что угодно, даже пластиковая крышка – правда смотреться будет не эстетично;

2. Из фольгированного стеклотекстолита вырезаем прямоугольник 100 на 140 мм;

3. Надеюсь все помнят – как найти центр прямоугольника. Там нужно просверлить дырку диаметром чуть больше чем толщина кабеля. Это нужно, чтобы в будущем мы его закрепили клеем;

4. Теперь надо отрезать наш держатель на высотку примерно 1,8 см;

5. Отражатель или наш диск 100 на 140 мм у нас будет около основания. Нам нужно круглым надфилем проделать вот такие отверстия. В них у нас и будет сидеть квадрат. Нужно сделать это таким образом, чтобы в дальнейшем от отражателя до квадратов было ровно 15 мм расстояния;

6. Для квадратов WiFi антенны мы будем использовать медный кабель толщиной 2,5mm2 или 4mm2. Посмотрите на картинку выше – его нужно аккуратно согнуть так, чтобы внутри расстояние от граней было примерно 29 мм, а снаружи 31 мм. Внутренние углы должны иметь расстояние друг от друга и не соприкасаться;

7. Внутренний угол спаиваем, в том месте где вы соединяли кабель;

8. Теперь нужно правильно «развернуть» коаксиальный кабель. Откусываем внешнюю оплетку так, чтобы остался экранированный слой и пластиковая основа. Центральную жилу припаиваем к одному внутреннему углу. А оплетку к другому. Смотрите, чтобы они не соприкасались друг с другом.

9. Пластиковую крышку приклеиваем к отражателю. А в дырку продеваем провод с биквадратной антенной.

10. Приклеиваем вайфай квадраты к пластиковому основанию;

11. А также не забываем приклеить сам провод к отверстию.

Далее антенну обжимаем и прикручиваем к роутеру. Можно также припаять к внутренней части вайфай маршрутизатора, если вы знаете как это сделать. Как видите ничего сложного нет. Усиление происходит в пределах одного дома или квартиры. Также советую ещё одну статью по самодельным антеннам по этой ссылке. Там можно найти ещё один вариант подобной антенны, а также чертеж мощной Wi-Fi пушки.

Видео инструкция двойного биквадрата

Биквадратные антенны Вай фай – не предел, убежим от соседей

Прежде чем купить Вай фай антенну, подумайте: теория показывает, что излучатели, расположенные рядами, диаграмму направленности сужают, в направлении перпендикулярном линии, вдоль которой выстроить элементы. В переводе на русский означает: если наши с другом дома разделены 100 метрами, ширина сектора обзора антенны для реализации канала связи Вай фай едва превышает 15 градусов. Полезная мощность будет направлена на окно товарища (причинит вред только обитателям квартиры!). Чтобы реализовать схему, используйте двойную биквадратную антенну. Можно увеличить скорость, если на ДР подарить такую же другу!

Как сделать Вай фай антенну, чтобы не мешала соседям. Защититься от непрошеных гостей можно, изменив канал, поляризацию. Найдено три способа защиты канала конфигурацией антенны:

1. Выбор частоты.
2. Выбор направления (сужение диаграммы направленности).
3. Выбор поляризации.

Обычно, когда имеется Вай фай, предоставляемый провайдером, величины задает поставщик связи, клиенту остается подчиниться, но если имеется собственное оборудование, расклад получается иной. Можем поставить антенну на вертикальную поляризацию, если у соседей используется горизонтальная. Наше оборудование перестанет видеть друг друга. Можно сделать в одностороннем порядке или договориться. Антенны понадобятся наподобие биквадратной, комплектные отставьте.

На горизонтальной поляризации работает телевидение, на вертикальной – связь. Просто традиция, штырь рации удобно держать перпендикулярно земле, когда говоришь. В этом контексте выгодно использовать вертикальную поляризацию, обычно стоит в роутерах. Предлагаем простое правило:

• Расположите с другом напротив антенны на окнах одинаково. Обеспечивается пространственная совместимость, являющаяся подвидом электромагнитной. Выпущены микроволновки, телефоны, гора оборудования частоты 2,4 ГГц, создающая помехи. Располагайте антенны одинаково, вертикально, горизонтально, наклонив. Экспериментально ищите положение, при котором скорость наибольшая.

Обещанная новинка: конструкция из четырех квадратов, выстроенных рядком. Диаграмма направленности станет узкой в направлении перпендикулярном строю. Медная проволока или одножильный провод сечения 2,5 мм² длиной 50 см. Рекомендуем взять с запасом. Если стандартная биквадратная Вай фай антенна для ноутбука представляет собой синфазную решетку двух рамок, в нашем случае рамок четыре.

Биквадратная антенна

Преимущества антенны Харченко

Главные достоинства антенны Харченко перед другими конструкциями — простота изготовления и масштабируемость. В базовом исполнении она имеет два модуля приема. Это называется биквадрат Харченко. Для дальнего приема антенна может быть масштабирована добавлением дополнительных петель. Это позволяет получить достаточный уровень сигнала в областях облучения неоптимальной мощности.

Если еще наращивать количество петель-квадратов, можно построить антенну под цифровое эфирное телевидение в точках, от которых до вышки 100 км с наличием помех на линии обзора транслятора. На практике таких антенн никто не делает, поскольку размеры конструкции становятся чрезмерными, увеличиваются требования к пространству размещения, и устройство начинает генерировать паразитный шум.

Усиление мощности приема и сигнала роутера

Антенна передаёт (и принимает) радиоволны лучше в определенных направлениях, тем самым увеличивая эффективную излучаемую мощность.

Обратите внимание!

Полная излучаемая мощность не увеличивается, а просто становится сильнее в одном или нескольких направлениях и слабее в других направлениях.

Такое «усиление» применяется как к переданному, так и принятому сигналу. Единицей измерения количественного усиления является децибел или дБ, который был назван в честь Александра Грэма Белла.

Важно!

Более высокие значения дБ показывают более высокий коэффициент усиления.

Тройной квадрат на ДМВ ТВ (DVB-T2)

Промышленно такая антенна производится под маркой „Сигнал 3.0“. Заявленный диапазон по КСВ<1.5 равен 470-862 МГц, усиление до 14 dB (16 dBi??)

Проведем упрощенную симуляцию в HFSS (без пластиковых проставок и без закругления углов, это немного сдвинет резонансную частоту, но точное значние нам сейчас не интересно). Директорная рамка имеет разрыв 1 мм.




Как и ожидалось, антенна имеет единственный резонанс (примерно на 626 МГц), Ra=150 Ом. При питании через ССУ 2:1 на кабель 75 Ом можно получить КСВ=1 на этом канале (примерно 40-ый канал), а КСВ<2 получится в диапазоне 562-737 МГц.
Снизу как и все квадраты, реактивность набирается очень быстро, а Ra падает тоже очень быстро. КСВ150>6 уже при 535 МГц, а на 470 МГц КСВ150=35
Направленность на резонансной частоте 6.88 dBi, F/B=12.77 dB
Изготовить ССУ 2:1 на ДМВ диапазон крайне сложно, поэтому производитель даже не пытался.
Антенна комплектуется печатным эквивалентом полуволновой петли, которая работает как трансформатор 4:1, но только когда электрическая длина петли L/2. Такое ССУ по определению узкополосное (одноканальное). При нагрузке на 75 Ом, входное сопротивление такого ССУ 300 Ом. Но производитель укомплектовал антенну кабелем 50 Ом (хотя телевизоры и тюнеры все 75 Ом). Возможно производитель посчитал что 200 ближе к 150 чем 300, и для уменьшения отражения на границе антенна<->кабель пожертвовал дополнительным отражением на границе кабель<->телевизор.
При нагрузке 300 Ом (платы симметризации или усилители типа SWA/PAE/ALN) антенна имеет КСВ около 2 в диапазоне 616-750 МГц.
При нагрузке 75 Ом (четвертьволновый трансформатор, как в схемах Сотникова) антенна сильно рассогласована везде, но в узком участке 577-608 МГц КСВ опускается до 2.
Направленность излучения вперёд на уровне 6.7 dBi антенна сохраняет от 540 до 860 МГц.
На частоте 500 МГц F/B падает до 0 (и вперёд и назад излучается по 5.2 dBi)
Такая антенна по сложности изготовления и по стоимости превышает 3-элементный волновой канал „Волна-1“ розничной стоимостью $3.5

А по электрическим характеристиками существенно проигрывает ей


 

Заключение и особенности антенны двойной квадрат

Антенна двойной квадрат, направленного действия, проворачивая её по кругу, можно поймать различные сигналы. Кстати антенну можно использовать и без экрана и тогда сигнал будет ловиться со всех сторон, но соответственно сигнал упадёт примерно на 30%.

В место экрана можно использовать спутниковую тарелку, прикрепив антенну двойной квадрат на место головки, таким способом значительно усилится уровень сигнала.