Антенна Харченко: расчет и изготовление. Постройка Biquad антенны Улучшение приёма ДМВ

Касались ранее конструкций Wi-Fi антенны направленного действия. Биквадратные, баночные самодельные раритеты. Люди с завидным постоянством ищут шанс получить конструкцию получше. Упоминалось: вместо традиционной проволоки лучше взять провод ПВ1 аналогичного сечения, уберегающий установленную антенну от непогоды. Плата с двухсторонним фольгированием, которую часто рекомендуют использовать рефлектором, не очень хорошо переносит непогоду, не защищена ничем, снабдить конструкцию специальным корпусом проблематично. Возрастет ветровая нагрузка на изделие. Сегодняшний обзор посвящен методам улучшения конструкции. Вай фай антенна своими руками для любой непогоды!

Важно! Попробуйте для защиты использовать термоусадочную пленку. Оденьте рефлектор “шубой”, подуйте феном. Скоро текстолит плотно обтянется полимерной пленкой.

Биквадратные антенны Wi-Fi

Вайфай антенна, построенная по биквадратной схеме, сформирована заземленным рефлектором, излучателя вида восьмерки с прямыми (90 градусов) углами. Получается нечто, напоминающее ультрамодные очки с тонкой перемычкой посередине. Нижняя половина сажается на землю, верхняя - на сигнальную жилу кабеля РК – 50.

Правда, антенна для Вай фай будет размерами поменьше. Сторона квадрата по средней линии медной жилы излучателя равна 30,5 мм. Итак, восьмерка отстоит от рефлектора на 1,5 (половина длины стороны квадрата) см и параллельна пластине. В нашем случае плата гетинакса плоха тем, что сложно достать. Рефлектор – просто пластина проводящего электрический ток металла. Сгодятся жесть, сталь, алюминий. Учитывая размер излучателя, можно изготовить рефлектор Вай фай антенны, воспользовавшись лазерным компакт диском (DVD) 5,25 дюйма.

Биквадрат Харченко

Внутренний отражающий слой алюминия создан, чтобы лазерный луч не терял энергию на поверхности. Кроме того в центре имеется дырочка под N-коннектор. Осталось вскрыть защитную пластиковую оболочку, посадить отражающий слой на экран кабеля РК – 50. Обратите внимание: если N-коннектор не будет отстоять с излучателем на 1,5 см от рефлектора, условия приема ухудшатся. Необходимо добиться указанного положения, подкладывая тонкие металлические шайбы или по месту.

Напоминаем: биквадратная восьмерка гнется от середины поворотом на 90 градусов. В точку вернутся оба конца кабеля ПВ1 1х2,5. Толщина проволоки составляет 1,6 мм диаметром, между центрами жилы сторона квадрата равняется 30,5 мм. Концы сажаются на экран коннектора, объединяются с рефлектором (компакт-диск), серединная часть послужит целям снятия сигнала. Диаграмма направленности устройства резко сужается, снабжена одним главным лепестком, который направим на источник сигнала. Если дело происходит в комнате, придется экспериментально найти отраженный луч, располагаемый практически в любом направлении.

Рефлектор защитит от соседских помех, усилит мощность. Блокирует эффект многолучевости, мало полезного приносящего аппаратуре. Самодельная антенна Вай фай принимает только из узкого сектора. Благодаря этому, соединим сетью дома, стоящие напротив, что было бы невозможно с поставляемой в комплекте точки доступа.

Обратите внимание: в иных случаях входного разъема на корпусе для подключения антенны может и не быть. Такие точки доступа снабжены встроенными контурами из металла, ведущими прием радиоволн. Традиционно выглядят замысловатыми плоскими фигурами с внутренней стороны корпуса. Придется антенну встроенную отпаять.

Рядом может стоять конденсатор, емкость служит целям компенсации коэффициента сжатия контура. Встроенная антенна невелика, бессильна образовать полноценное устройство приема радиоволн. Дефект нейтрализуется подстроечным конденсатором.

Элемент не нужен, потому что полноразмерная антенна для Вай фай роутера не нуждается в компенсации. Цепи включения самоделки рвите выше конденсатора. Выполняя монтаж, нельзя пользоваться типичным паяльником на 100 Вт. Сожжет электронные компоненты платы. Потребуется маленький паяльник, снабженный жалом-иглой, мощностью 25 Вт.

Вес компакт диска маленький, ветровая нагрузка невысокая, в противовес громоздкой конструкции и никого снизу не убьет падающей платой гетинакса. Рекомендуется избегать размещать изделия на солнце, но в нашем случае записанная информация не играет великой роли. При желании N-коннектор загерметизируйте, продлив срок службы паяного соединения. Используется специальный гель-компаунд, применяемый при монтаже печатных плат. Подобные выпускает компания Аллюр (Санкт-Петербург). Пару слов объяснят, как сделать Вай фай антенну своими руками мощнее.

Биквадратные антенны Вай фай – не предел, убежим от соседей

Пролог: 2 недели, никак не мог найти в чем причина, потом перевернул антены в вертикальную и получил 20 мбит на 5 км, вместо горизонтальных 4.

Вампиреныш, участник форума Локальные сети Украины (орфография скопирована).

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:

Выбор частоты.
Выбор направления (сужение диаграммы направленности).
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 мм 2 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.

Рамка для двойной биквадратной антенны

При движении волны ток в соседних квадратах направлен противоположно по контуру. За счет этого эффект от воздействия поля складывается. Теперь надо получить четыре синфазных квадрата. Находим середину проволоки, делаем изгиб на 90 градусов. Вымеряем 30 мм, делаем изгибы с каждой стороны в противоположную сторону. Отступаем в два раза больше, опять гнем в первом направлении. Получится большая буква W. Еще 30 мм – загибаем края книзу под 90 градусов. Готова одна половина.

Вторую делаем по образу и подобию, чтобы концы вернулись в точку начального изгиба. Обратите внимание, не зря рекомендуем пользоваться проводом с оболочкой полихлорвиниловой – два имеющихся в фигуре перекрестия изолированы взаимно.

Излишек проволоки обрезаем, чтобы концы не доставали до первого изгиба два-три миллиметра. Вай фай антенна для компьютера требует рефлектора, сойдет добрый кусок фольгированного текстолита или стандартная ровная жесть. Используем N-коннектор для соединения.

Излучатель отстоит от рефлектора на 1,5 см по площади. Концы сажаем на землю, середину – на сигнальную жилу (кабель для Вай фай антенны РК – 50). Чтобы укрепить края фигуры, используйте керамическую или пластиковую трубку. Для фиксации, электрической изоляции применяйте клей, герметик. Уличному варианту рекомендуется подыскать пластиковый корпус. Расстояние между самодельной антенной и приемником берите поменьше.

Следующая встреча обсудит Вай фай радиоприемник.

Хотите собрать дальнобойную WiFi антенну, тогда следует знать о некоторых её особенностях.

Первое и самое простое: большие антенны в 15 или 20 dBi (децибел изотропных) являются предельными по мощности, и не нужно делать их ещё мощнее.

Вот наглядная иллюстрация, как с ростом мощности антенны в dBi уменьшается зона её покрытия.

Так получается, что с увеличением дистанции действия антенны, площадь её покрытия значительно уменьшается. Дома вам придется постоянно ловить узкую полоску действия сигнала при слишком мощном WiFi излучателе. Встанете с дивана или приляжете на пол, и связь тут же пропадет.

Вот почему домашние роутеры имеют обычные, излучающие во все стороны, антенны мощностью в 2 dBi-так они наиболее эффективны на короткой дистанции.

Направленная

Антенны на 9 dBi работают только в заданном направлении (направленного действия) - в комнате они бесполезны, их лучше применять для дальней связи, во дворе, в гараже рядом с домом. Направленную антенну при установке потребуется регулировать для передачи четкого сигнала в нужном направлении.

Теперь к вопросу о несущей частоте. Какая антенна будет лучше работать на дальнем расстоянии, в 2.4 или 5 ГГц?

Сейчас есть новые роутеры, работающие на удвоенной частоте в 5 ГГц. Такие маршрутизаторы все еще остаются новинкой, они хороши для скоростной передачи данных. Но сигнал 5 ГГц не очень хорош для дальних расстояний, так как затухает быстрее, чем при 2.4 ГГц.

Потому старые роутеры на 2.4 ГГц будут работать лучше в дальнобойном режиме, чем новые быстродействующие в 5 ГГц.

Чертёж двойного самодельного биквадрата

Первые образцы самодельных распространителейWiFi сигнала, появились еще в 2005 году.

Наилучшие из них конструкции биквадрат, обеспечивающие усиление до 11–12 dBi и двойной биквадрат, имеющие несколько лучший результат в 14 dBi.

Согласно опыту использования, конструкция биквадрат является более подходящей в качестве многофункционального излучателя. Действительно, преимуществом этой антенны является то, что при неизбежном сжатии поля излучения, угол раскрытия сигнала остается достаточно широким, чтобы покрыть всю площадь квартиры при правильной установке.

Все, возможные, версии биквадратной антенны являются простыми в реализации.

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.

Для частоты 2.4 ГГц, на которой планируется использовать передатчик, идеальными размерами биквадрата будут 30.5 мм. Но все-таки мы делаем не спутниковую антенну, поэтому допустимы некоторые отклонения в размерах активного элемента -30–31 мм.

К вопросу о толщине проволоки также нужно отнестись внимательно. С учетом выбранной частоты 2.4 ГГц, медную жилу надобно найти толщиной точно в 1.8 мм (сечением 2.5 мм.кв.).

От края проволоки отмеряем расстояние 29 мм до загиба.

Делаем следующий загиб, проконтролировав наружный размер в 30–31 мм.

Следующие загибы вовнутрь делаем на расстоянии 29 мм.

Проверяем самый важный параметр у готового биквадрата -31 мм по средней линии.

Пропаиваем места для будущего крепления выводов коаксиального кабеля.

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.

Установить медную трубку с помощью пайки.

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

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.

О дальности действия Вай Фай антен

От родной роутерной антенны на 2 dBi сигнал 2.4 ГГц, стандарта 802.11n может распространиться на 400 метров в пределах прямой видимости. Сигналы 2.4 ГГц, старых стандартов 802.11b, 802.11g хуже распространяются, имея вдвое меньшую дальность по сравнению с 802.11n.

Считая WiFi антенну за изотропный излучатель - идеальный источник, распространяющий электромагнитную энергию равномерно во всех направлениях, можно руководствоваться логарифмической формулой перевода дБи в прирост мощности.

Децибел изотропный (дБи) - коэффициент усиления антенны, определяемый как умноженный на десять десятичный алгоритм отношения усиленного электромагнитного сигнала к исходному его значению.

AdBi = 10lg(A1/A0)

Перевод дБи антен в прирост мощностей.

A,дБи	30	20	18	16	15	14	13	12	10	9	6	5	3	2	1
A1/A0	1000	100	≈64	≈40	≈32	≈25	≈20	≈16	10	≈8	≈4	≈3.2	≈2	≈1.6	≈1.26

Судя по таблице, несложно сделать вывод, что направленный WiFi передатчик максимально допустимой мощности в 20 дБи может распространить сигнал в даль на 25 км при отсутствии преград.

Широко известная и очень популярная wifi антенна Biquad или зигзаг Харченко, а также антенна Trevor Marshall`а обладает отличными характеристиками и простотой в сборке. Существует много модификаций такой антенны wifi, но я предлагаю остановиться на обычном биквадрате как отличное соотношение работа+материалы/усиление.
Чтобы приступить к изготовлению антенны, нам надо подготовить материалы:

медный провод диаметром от 1,5мм до 3мм

одностороний текстолит

медная трубка или N коннектор

коаксиальный кабель RG-6U

Из текстолита вырезаем рефлектор, размером 110 х 110мм и по центру просверливаем отверстие равное внешнему диаметру медной трубки. Трубку следует подбирать так, чтобы имеющийся кабель плотно входил в нее с равномерно уложенной внешней оплеткой и длинной 5см.

Залудим отверстие и подготавливаем трубку, в зависимости от диаметра проволоки + 0,5мм стачиваем половину радиуса верхней части.

Вставляем трубку в текстолит так, что верхняя часть трубки была на расстоянии 16мм над отражателем. Я думаю не надо говорить о том, что все делается аккуратно и как можно точнее. Теперь согнем из провода вторую часть антенны. Подготовим провод длиной 244мм и сделаем насечки через каждые 30,5мм. Теперь осталось согнуть провод по рисункам ниже.

Осталось соединить две части wifi антенны. Припаиваем свободные концы провода к самой верхней точке трубки, а в разрезе остается целая часть к которой и припаивается центральная жила кабеля RG-6U.

Вставляем кабель и припаиваем.

Biquad в собранном виде.

Можно обойтись и без трубки, применив специальный коннектор N типа, это дело каждого.

В заключении скажу, что эта антенна отличная замена «банки». Усиление этой антенны в районе 6-8dbi. Из-за малых габаритов ее можно использовать в качестве облучателя параболического зеркала, что даст минимум 19 дБ усиления.

С поддержкой DVB-T2 и естественно ему понадобилась антенна, которую естественно нужно сделать своими руками. О том как сделать антенну для DVB-T2 своими руками и пойдет речь дальше.

Для начала я решил протестировать антенну биквадрат Харченко или в просто народе «восьмерка». Для изготовления нам понадобиться медная или алюминиевая проволока диаметром 2-5 мм. У меня под рукой был ВВГ на 2.5 квадрата и я решил попробовать сделать антенну для DVB-T2 из него.

Расчет антенны

Узнаем свои частоты обоих пакетов DVB-T2 в своей местности. Для этого можно перейти на сайт Интерактивной карты ЦЭТВ и посмотреть какая вышка к вам ближе, один или оба пакета каналов вещает и на каких частотах. У нас в пригороде Санкт-Петербурга это 586 МГц и 666 МГц.

Теперь зная частоты пакетов нам нужно рассчитать длину стороны квадрата нашей DVB-T2 антенны. Она равна четверти длины волны.

То есть для наших 586МГц: 300000000/586000000=0,51 метр. Четверть длины волны соответственно 0,51/4=0,127 метра или 12,7 см.

Для второго мультиплекса 666МГц рассчитываем аналогично и получаем 11,2 см.

Нас интересует L1. H и B для антенны с рефлектором (решетка), усиливает сигнал. Я делал без него.

Теперь если мы делаем антенну на два пакета каналов DVB-T2, определяем среднюю длину. То бишь складываем наши длины и делим пополам.

L1=(12,7+11,2)/2=11,95 округляем до 12 см.

Сборка антенны для DVB-T2

Тут должно быть все понятно. Берем наш отрезок ВВГ или что там у вас. Для определения примерной длины проволоки необходимой для сборки антенны, можно L1*8 и накинуть пару сантиметров. 12*8+2=98 см понадобилось для изготовления моей антенны.

Если у вас толстая проволока 4-5 мм диаметром то скорее всего без тисков будет не обойтись. Мне же хватило плоскогубцев.

Зачищаем провод от изоляции. Затем плоскогубцами гнем биквадрат. Смотрим фотки. Все углы под 90 градусов.

Потом припаиваем 75 Омный телевизионный кабель. Жилу паяем к одному квадрату, Оплетку к другому.

Сигнал на высоких частотах распространяется по поверхности проводника, поэтому антенну после сборки лучше покрасить. Я использовал остатки акриловой фасадной краски. Место пайки лучше залить термоклеем или герметиком.

Провод от места пайки крепим стяжками (ремешками) вдоль сторон квадрата, как на фото. Это обязательное действие является согласованием антенны.

Тестирование самодельной антенны на самодельном телевизоре

Так биквадрат дает усиление сигнала порядка 6 дБ, а до вышки 26 км по прямой. Хотя на сайте ЦЭТВ указано что мы находимся в зоне уверенного сигнала я сомневался и приготовил сделанный давно .

Поднялся на второй этаж дома и вытащил антенну на леса. Направил в сторону вышки и включил телевизор. Телевизор уверенно принимал оба пакета цифрового тв.

Я занес самодельную антенну в дом, телевизор продолжал уверенно идеально показывать.