Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Как рассчитать антенну? - 3G-aerial

Написать эту статью нас побудили некоторые комментарии на сайте, а особенно комментарии к нашим Android приложениям. Многие анонимы считают, что им достаточно ввести любые исходные данные в калькулятор и они получат готовую антенну на выходе. А когда они на выходе получают например диаметр провода в 60 мм, то возмущению нет предела. Дело в том, что калькуляторы - это не универсальные инструменты, они имеют определенные ограничения в применении. Чтобы понять как правильно ими пользоваться нужно прежде всего понять как вообще рассчитываются антенны…

Прежде всего необходимо отметить, что традиционные методы расчета электрических цепей с простыми формулами, типа закона Ома, для расчета антенн не годятся. Поэтому гуглить по запросу "формула расчета антенны Харченко" бессмысленно. Такой формулы просто нет. При расчете необходимо учитывать, что размеры антенны соизмеримы с длиной волны, а также интенсивный процесс излучения электромагнитной энергии в пространство. Эти два обстоятельства значительно усложняют теорию и методы расчета, т.к. для того чтобы определить конфигурацию поля излучения необходимо знать характер распределения токов в антенне, на который, в свою очередь влияет само поле излучения. Вот такой заколдованный круг ребята! В результате мы имеем дело с суровым матаном: И это довольно простой пример из теории, реальность намного суровее. Дело в том, что сама теория и методы расчета постоянно усложнялись по мере развития радиотехники.

  1. На первом этапе после изобретения радио использовались сверхдлинные и длинные волны с длиной волны, измеряемой километрами. При этом размеры антенн были намного меньше длины волны и для их расчета вполне себе годилась теория электрических цепей. Добавились только несколько новых понятий, таких как сопротивление излучения, кпд антенны. Такие антенны условно можно назвать “точечными”. Их с неплохой точностью можно рассчитывать просто как набор из сосредоточенных элементов - индуктивностей, емкостей, сопротивлений.
  2. В середине 20-х годов прошлого века началось активное освоение средних и коротких волн. Началось применение антенн, состоящих из вибраторов, длины которых сравнимы с длиной волны. Такие антенны условно можно назвать “линейными”. Для этого класса антенн потребовалось развитие теории, основанной на теории длинных линий и теории излучения комбинации линейных токов.
  3. Во второй половине XX века начал активно осваиваться СВЧ диапазон с применением антенн, у которых все три пространственных измерения сравнимы с длиной волны. Такие антенны условно назовем “объемными”. При этом теория перешла к еще более суровому матану. Расчет сводится к решению векторных волновых уравнений электромагнитного поля в комплексной форме при сложных начальных и граничных условиях. Причем решение таких уравнений аналитическим путем чаще всего невозможно. Необходимо применять численные математические методы с итерацией. К счастью подоспевшая цифровая революция значительно облегчила эту задачу. Появились программы, позволяющие автоматизировать эти рутинные сложные вычисления.

Среди радиолюбителей наиболее популярны бесплатные программы, основанные на ядре NEC - MMANA-GAL и 4NEC2. Эти программы работают с антеннами, представленными как набор линейных проводов. Причем проводов бесконечно тонких. Провода программно разбиваются на сегменты, в пределах которых плотность тока считается постоянной. Реальная толщина провода учитывается отдельным алгоритмом, однако такое упрощение приводит к некоторым ограничениям в расчетах, о которых многие забывают:

  • Диаметр провода не должен превышать 0.02λ;
  • Длина сегмента должна быть меньше 0.1λ;
  • Длина сегмента должна быть меньше расстояния между ближайшими проводами;
  • Длина сегмента должна быть больше диаметра провода;

Это неполный список, но из него понятно, что на ДМВ и тем более на СВЧ выполнить все эти требования не всегда удается. Другими словами программы на ядре NEC хорошо работают с “линейными” антеннами и разработчик должен понимать что он делает и внимательно следить за правильностью модели.

Еще одну важную особенность проектирования антенн разберем на примере той же антенны Харченко. В принципе, рамки у этой антенны можно изогнуть совершенно любым способом, Как квадраты или ромбы с равными сторонами или как четырехугольники с неравными сторонами. Другими словами существует бесконечное число вариантов формы антенны, причем любой из них можно согласовать с фидером на рабочей частоте. Если считать, что рамки должны быть симметричны и одинаковы, то число степеней свободы по которым можно изогнуть рамку можно сократить до трех. А вот у Yagi-Uda таких степеней свободы на два порядка больше.

Какой же вариант выбрать для заданных характеристик антенны? Какой самый оптимальный? Это очень трудные вопросы и раньше, в до-цифровую эпоху, они решались путем кропотливых, длительных экспериментов со сложными дорогостоящими измерениями в специальной без эховой камере как на рисунке. Причем нахождение такого оптимального варианта конструкции не всегда было успешным и  считалось большой удачей. Такой антенне обычно присваивали имя автора этого варианта, также как кометам присваивают имя их первооткрывателя. Сейчас перебор вариантов и выбор оптимального можно поручить компьютеру. Пример - скрипт Н.Младенова. На поиск оптимального варианта формы антенны с помощью такого скрипта уходят сотни часов машинного времени, ребята. А вы при этом ищете какую-то "формулу для расчета".


В профессиональной среде разработчиков СВЧ антенн в настоящее время стандартом считается использование программных пакетов CST STUDIO или ANSYS HFSS. Они уже лишены недостатков присущих ядру NEC, поскольку, говоря просто, вместо “линии” работают с “плоскостью” и модели в них более реалистичны. Кроме того, они учитывают влияние диэлектриков и других материалов, что на СВЧ уже критически важно. Они более требовательны к ресурсам компьютера, но и в них тоже нельзя работать по принципу “ нажал кнопочку - получил ответ”. Разработчик должен иметь солидную теоретическую подготовку чтобы достичь желаемого результата.

Как видим все профессиональные программы требуют, чтобы пользователь был “на ты” с электродинамикой и теорией антенн. Зная теорию, он должен сам создать реалистичную модель антенны, проверить ее на отсутствие косяков и ляпов. Программа только поможет рассчитать и оптимизировать характеристики антенны. Где уж там “нажал кнопочку - получил ответ”!  Я уже уверен, что вашей голове, уважаемый аноним, созрел вопрос: “Ну если уж все так сложно, как же работают ваши калькуляторы на сайте и в андроид-приложениях, не фейковые ли они?” А специалисты вообще однозначно и не глядя скажут, что любые “калькуляторы” - это фейк. Но это не так. Большинство наших калькуляторов базируются на уже рассчитанных компьютерных моделях и основаны на принципе масштабирования размеров относительно частоты. Большинство “линейных” проволочных антенн допускают такое действие в широком диапазоне частот. При этом меняются все пространственные размеры, включая диаметр провода. В программах MMANA и 4NEC2 есть даже соответствующие опции в меню. Ограничения наступают когда вы получаете “неудобные” размеры, типа упомянутого диаметра провода 60 мм. В этом случае очевидно нужна уже другая модель, с другими размерами и просто калькулятор не годится. Конечно же пересчитывать новые модели в симуляторах под все ваши хотелки мы не в состоянии, поэтому вопросы: "А что если я возьму другой диаметр (или форму) провода?", мы оставляем без ответа. Обращаем только внимание, что замена провода, либо листового металла на фольгированный стеклотекстолит без перерасчета в симуляторе совершенно не допустима. Некоторые антенны, например Wi-Fi “пушка” имеют в своем составе немасштабируемые элементы и допускают небольшое масштабирование, не более ±30% от частоты на которой была рассчитана модель (в данном случае 2400МГц). Пересчет дальше по частоте не гарантирует успех. Отдельные калькуляторы, например калькулятор антенны Yagi-Uda DL6WU используют проверенные методы, разработанные еще в доцифровую эпоху, но также основаны на принципе масштабирования.


В любом случае вы должны понимать, что вы делаете. Принцип “нажал кнопочку - получил лайк в карму” - это не наш принцип. Пересчитывая СВЧ антенну на КВ вы действительно получите фейк. Один из анонимов под ником “Мастер-Тюмень”, подбирая “научным тыком” размеры, упорно пытался рассчитать петлевой вибратор на 50 Ом для частоты 27 МГц. Получив на выходе ахинею, долго возмущался в комментах. А петлевой вибратор Пистолькорса - это, как никак, основы теории антенн.  Мы не можем поставить защиту на наши калькуляторы от таких “мастеров”. Поэтому вникайте в матчасть, ребята. Кто не хочет, мы не виноваты...

Ссылки по теме:

Вконтакте

Одноклассники

Facebook

Мой мир

 

Антенна Харченко: расчет и сборка конструкции

Кабельное цифровое телевидение в городе перестает быть диковинкой. Но что делать на даче или загородном доме? Сегодня во многих регионах есть трансляционные станции DVB T2, передающие телесигнал радиоволновым излучением. Для того чтобы смотреть за городом любимые программы и ток шоу, достаточно рассчитать и сделать антенну Харченко для цифрового ТВ. Это устройство отличается максимальной простотой не только конструкции, но и принципа выбора ее отдельных размеров.

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.

Необходимые материалы и инструменты

Антенну Харченко можно сделать практически из любого проводника. Различные умельцы используют как медный прут, так и шины прямоугольного сечения и даже стальную проволоку катанку. Широко применяется плоский алюминиевый провод без изоляции.

Совет! Лучше всего изготавливать устройство из медного прута или проволоки большого (до 10 кв.мм) сечения.

Достоинства именно такого материала очевидны:

  • медь не подвержена коррозии;
  • провод предлагает оптимальный баланс между мягкостью (легко гнуть) и сохранением формы сделанной фигуры;
  • медь без проблем паяется, что будет особенно ценно для начинающих при закреплении концов кабеля.

Для изготовления антенны с дефлектором понадобится ряд простых инструментов и материалов. Краткий список необходимого выглядит так:

  • проволока нужной длины и рекомендуемого сечения, характеристики определяются по результатам расчетов;
  • планка из дерева для крепления дефлектора;
  • небольшие отрезки изолирующего материала (можно куски деревянной планки) для размещения приемного контура на расстоянии от дефлектора;
  • плоскогубцы или тиски для изгибания проволоки, молоток;
  • изолента;
  • паяльник, олово, флюс;
  • ножовка по металлу или ножницы.

Для подключения к телевизору потребуется кабель достаточной длины и один F-коннектор.

Расчет антенны

Зигзагообразная антенна Харченко для цифрового ТВ своими руками может быть рассчитана при помощи калькулятора. Ее конструкция состоит из двух приемных петель в форме квадратов.

В общем случае, чтобы получить максимально возможный коэффициент усиления, сторона каждого квадрата должна быть равна длине волны ДМВ диапазона, в котором вещает передающая станция.

То есть, расчет антенны Харченко для цифрового ТВ сводится к делению 300 000 000 (скорость света в секунду) на частоту трансляции, например, 676 000 000 (676 МГц). Полученный результат в 0,443 м и будет базовым ориентиром, длиной стороны квадрата.

Но при использовании такой простой формулы при реализации антенны в материале трудно будет учесть толщину проволоки для формирования расстояния между точками подключения кабеля. Запутаться и испортить материал при этом совсем нетрудно. Поэтому рекомендуется использовать онлайн калькулятор антенны Харченко. Подобные сервисы есть на множестве сайтов, предлагаются даже приложения для смартфонов.

Сборка конструкции

Сборка конструкции начинается с гнутья квадратов приемных петель.

Совет! Рекомендуется начать с внешнего угла приемного блока (вибратор).

Если использовать результаты расчета онлайн-калькулятора, достаточно будет отмерять нужные отрезки длины и проводить изгиб плоскогубцами или при помощи тисков.

При ориентировке только на длину волны несущей, стоит предварительно сделать шаблон из бумаги. Изгибая прут или проволоку и размещая ее по сторонам вырезанного квадрата, легко отмерить правильную длину отрезка для формирования расстояния между точками подключения кабеля в 6-20 мм.

Если хочется увеличить коэффициент усиления сигнала, антенну Харченко масштабируют, добавляя петли. При этом стоит учесть главный фактор: в точках пересечения проволок не должно быть замыкания, то есть участок нижней или верхней покрывается изолентой.

После завершения изгибов основной приемной части приступают к изготовлению дефлектора. Его можно делать точно по правилам, размещая проволоки строго отмеренной длины на вычисленном по онлайн калькулятору расстоянии, следуя ограничениям площади.

Ту же задачу создания отражающей поверхности можно решить, используя стальной лист с размерами, равными длине волны излучения.

А можно установить в роли дефлектора стальную строительную сетку с ячейкой не менее 1 см. Ее размеры по двум габаритам желательно делать равными длине волны излучения. Сетка сильно облегчит конструкцию и уменьшит ее парусность.

Важно! Главное при размещении дефлектора — выдержать точное расстояние между его поверхностью и петлями приемной части (вибратора). Онлайн калькулятор предоставит требуемое значение. Для тех, кто ориентируется только на длину волны, стоит принимать его равным 12% от опорной величины.

После соединения между собой отдельных блоков и деталей, остается только припаять концы антенного кабеля к средним точкам вибратора. На этом сборка антенны Харченко завершена.

Подключение и проверка работы антенны

Для приема сигнала цифрового телевидения антенну Харченко располагают вертикально. Положение нужно подбирать так, чтобы перпендикуляр к квадратам вибратора и плоскости дефлектора был направлен точно на станцию трансляции.

Выполнить позиционирование нетрудно. Для этого достаточно постепенно вращать устройство вокруг оси, отслеживая изменение качества картинки на экране телевизора. Или воспользоваться индикаторами, которые предлагает большинство моделей современных ресиверов. После подбора оптимального положения антенну фиксируют на опоре.

 

Антенна Харченко для цифрового ТВ (DVB T2) своими руками

Цифровые сигналы известны всем уже долгое время. Все телеорганизации перешли на новый формат. Аналоговые телевизионные устройства отошли в сторону. Но несмотря на это достаточно многие находятся в рабочем состоянии и могут прослужить не один год. Для того чтобы устаревшее оборудование доработало отведенный эксплуатационный срок, при этом присутствовала возможность просмотра цифрового вещания, потребуется подключить DVB-T к телеприемнику и ловить сигналы волны зигзагообразной антенной.

Для тех, кто желает сэкономить семейный бюджет и при этом получить качественное телевизионное вещание, необходимо обратить внимание на антенну Харченко для цифрового ТВ своими руками.

Это уникальная конструкция известна длительное время, но нашла себя относительно недавно.

Принцип работы антенны для цифрового телевидения

После того, как появилась радиосвязь, актуальность применения антенного устройства увеличилась. С 60-х годов ХХ столетия на то время узнаваемый инженер Харченко выставил напоказ конструкцию из 2 ромбов. Такое устройство позволяло ему ловить эфиры США.

Это двойной квадрат из толстой медной проволоки. Квадраты соединяются за счет незамкнутых углов между собой, в этом месте подсоединяется кабель от ТВ. Для повышения направленности сзади монтируется решетка из материала, способного проводить ток.

Периметр квадратов равен длине волны, на которую настраивается прием. Около 12 мм должен составлять диаметр проволоки для трансляции от 1 до 5 телеканалов. Конструкция получается далеко не компактная, в случае сборки для радиосвязи и ТВ метрового диапазона до 12 каналов.

Чтобы облегчить устройство, задействовалась прокладка 3 проводами меньшего сечения. Несмотря на это размер и масса оставались внушительными.

Второе дыхание рассматриваемая антенна получила, когда появилось эфирное вещание в ДМВ диапазоне. Большинству известны ромбы, треугольники и прочие самодельные фигуры в виде антенных устройств для получения сигнала дециметровых волн. Такого плана антенны весели на балконах, окнах как частных домов, так и многоэтажных сооружений.

В начале нулевых американский профессор Тревор Маршалл выступил с предложением использовать данную конструкцию в сетях Bluetooth и Wi-Fi.

Биквадратная антенна – это также антенное устройство советского инженера. Данный вариант создается по тем же принципам, что и обычный биквадрат. Отличительной чертой является то, что в вершинах квадратов вместо углов находятся дополнительные квадраты.

Что касается размеров данных квадратов, они идентичны обычным. Это позволяет избежать дополнительных вычислений. Достаточно задействовать расчет стандартного биквадрата.

Напомним, что провода в том месте, где они пересекаются, требуют изоляции друг от друга.

Необходимые материалы и инструменты

Телевизионная антенна Харченко для DVB T2 своими руками достаточно экономна. Для того чтобы собрать конструкцию, потребуются такие детали как:

  • Проволока;
  • Коаксиальный кабель;
  • Деревянная рейка.

Что касается инструментов: плоскогубцы, молоток, острый нож. В случае, если антенное устройство вы планируете прикрепить к стене или другой поверхности, вероятней всего потребуется дрель для крепления.

Расчет антенны

Перед тем как приступать к созданию конструкции, потребуется провести расчет антенны Харченко. Это позволит с максимальной точностью собрать эффективное устройство. Размеры зигзагообразной антенны DVB T2 отыгрывают весомую роль в увеличении приема сигнала.

Поскольку технологии шагнули вперед, теперь отсутствует необходимость листать справочники, отыскивать формулы для вычисления габаритов. А тем более проводить сложные математические вычисления для того, чтобы правильно разработать эскиз или же будущий чертеж.

Достаточно открыть онлайн-калькулятор для расчета антенны Харченко. Выбираем номер канала для двух мультиплексов. Чтобы узнать эту информацию, откройте интерактивную карту цифрового ТВ, найдите ближайшую к вам телевышку и кликните на неё.

После этого получаете информацию: о необходимой длине медного провода, его сторонах, диаметре.

Сборка антенны Харченко для цифрового ТВ

Пошаговая инструкция, которая позволит оперативно собрать своими руками антенну Харченко для цифрового телевидения:

  1. Определите поляризацию и частоту волны. Устройство должно быть линейным.
  2. Биквадратный тип антенного устройства в виде зигзага изготовляется из меди. Все элементы расположены на углах, одним из них они соприкасаются. Для поляризации горизонтального типа восьмерка должна стоять стоймя. Если делать вертикальную поляризацию, то конструкция ложится на бок.

  1. Сторона квадрата рассчитывается по специальной формуле – длина волны, которая поделена на четыре.
  2. Представьте конструкцию, она должна быть овальной формы, при этом стянута по центру поперек большей стороны. Бока не соприкасаются, но находятся в непосредственной близости друг к другу.
  3. Антенный кабель подводим к точкам сближения с обеих сторон. Потребуется заблокировать одно направление диаграммы, для этого монтируется плодный экран, изготовленный из меди, он будет находиться на удалении 0,175 от длины рабочей волны. Его следует насадить на оплетку кабеля.

Что касается рефлектора, то ранее он изготовлялся из текстолитовых плат, которые покрывались медью. Сегодня эту комплектующую производят из металлических пластин. Именно по такому принципу и делается конструкция для приема цифрового телевидения. Ничего сложного. Все необходимое есть под рукой.

Тестирование антенны

Устройство создано, самое время проверить эффективность проделанной работы. Чтобы протестировать качество приема волнового канала, необходимо подключить антенну к ресиверу. Включите телевизор и приемник.

Откройте главное меню приставки, выберите автоматический поиск каналов. В среднем этот процесс займет всего лишь несколько минут. Найти каналы можно и вручную, но для этого придется вводить их частоту. Чтобы протестировать конструкцию Харченко для телевизора, достаточно просто оценить качество трансляции. Если каналы показывают хорошо, значит, работа выполнена правильно.

Как быть, если видны помехи? Поворачивайте телеантенну и следите за тем, улучшается ли качество картинки. Когда оптимальное расположение будет определено, просто зафиксируйте устройство. Естественно, что оно должно быть направлено в сторону ТВ вышки.

Расчет зигзагообразных антенн Харченко для 3G модема 2100


Многие пользователи задаются вопросом. Какими способами (их я уже описывал в статье: 5 способов самодельных антенн) можно еще увеличить скорость интернета, для 3G модема? Есть еще один эффективный способ - это рамочная антенна Харченко, по отзывам он дает положительные результаты, по поводу его работы. И так вся работа займет не больше часа.

 

Собираем рамочную антенну Харченко для 3G-модема

Сама антенна представляет с собой два квадратных элемента, это видно на рис.  Не зря, я еще добавил в заголовке 2100. Который расчет антенны дает частоту 2100 Мгц. При длине волны ?=143 мм сторона квадрата составляет 53 мм. Разыскиваем толстый медный провод (3-4 мм) и изгибаем его как показано на рис.1.

 

Рис.1

Фишка здесь в том, что важно соблюсти размеры рамки. И кроме того нужно еще снизить внутреннее сопротивление антенны и делать не квадратные элементы, а ромбовидные с углом 120 градусов Рис.2.

 

Рис.2

Далее к антенне припаяем высоко частотный кабель. И потом всю эту конструкцию припаять к антенне. Здесь ожидается один момент! Оплетка у большинства недорогих кабелей не паяется оловом с канифолью Рис.3. Выход в использовании фидера, который накручивается кабель, к нему припаивается кусочек медного провода, а потом вся конструкция - к антенне Рис.3.

 

Рис.3

Для повышения эффективности антенны мы снабжаем ее рефлектором. Рефлектор - металлическая пластина (фольга), которую можно сделать из фольгированного текстолита Рис.4.

 

Рис.4

Между антенной и рефлектором расстояние должно состоять 36 мм. Здесь мы применим пластмассовый колпачок (из-под баллончика с дезодорантом). Весь  следующий творческий процесс можно рассмотреть на фотографиях Рис.5.

 

Рис.5

Мы фиксируем собранную конструкцию специальным термоклеем на Рис.6

 

Рис.6

Теперь мы лишь подключаем антенну к модему и настраиваем ее на сигнал максимального уровня. Наш модем не имеет разъема для внешней антенны, поэтому мы оборачиваем вокруг модема 4 витка центральной жилы Рис.7.

 

Рис.7

Вот в принципе и все. Возможно для лучшего результата вам придется попробовать и другие варианты антенн. Например можете рассмотреть еще 5 способов самодельных антенн для 3 g модемов, хоть как то увеличить скорость. У меня в данный момент в модеме стоит проволочная антенна. Не скажу что эффект хороший, но все таки  разница не большая есть. Возможно еще есть какие то способы, чтобы модем работал более быстрее, есть еще один способ, но это уже будет в другой отдельной статье. А что бы быть в курсе интересных событий и не пропустить, можете подписаться в RSS ленте, перейдя, нажав на красненький квадратик с полосками.


Предлагаю в качестве подарка скачать бесплатную книгу: причины зависаний на ПК, восстановление данных, компьютерная сеть через электропроводку и много других интересных фишек.
Еще больше интересных новостей, а главное общение, решений ваших проблем! Добавляйтесь в телеграм - https://t.me/mycompplus

Понравилась полезная статья? Подпишитесь на RSS и получайте больше нужной информации!


Онлайн калькуляторы расчета антенн

Формулы расчетов для диполя и штыря

___________________________________________

Расчет диполя для КВ частот от 1 до 50МГц

___________________________________________

Расчет УКВ вертикального диполя (100-500МГц)

___________________________________________

Расчет J-Антенны

___________________________________________

Расчет антенны двойной квадрат

___________________________________________

Формулы для антенны YAGI

___________________________________________

Y-образная схема согласования антенн YAGI

Диапазон, м

Длина L трубки схемы
согласования, см
Расстояние А, смМаксимальное значение емкости
переменного конденсатора C, пф
2

10

15

20

40

16,5

80

120

170

300

2

10

14

16

22

18

50

80

150

250

В таблице приведены приблизительные данные для y-образной схемы согласования. Указанные значения пригодны лишь в том случае, когда входное сопротивление антенны лежит в пределах от 15 до 30 Ом и согласование производится с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50…70 Ом.

___________________________________________

Расчет штыревой антенны ¼λ для КВ частот (1-50МГц)

___________________________________________

Расчет штыря ¼λ для УКВ частот (100-500МГц)

___________________________________________

Расчет антенны Виндом для КВ (1-50МГц)

___________________________________________

Расчет антенны Inverted V для КВ (1-50МГц)

___________________________________________

Расчет рамочной антенны для КВ (1-50МГц)

Антенна своими руками для цифрового тв

Антенна Харченко

Калькулятор вертикальной заземленной антенны - Агитационные боеприпасы — LiveJournal

05:42 am -

Калькулятор вертикальной заземленной антенны

Введение

Выкладываю еще один онлайн-калькулятор для детекторных маньяков. На этот раз будем считать параметры одной из самых простых и распространенных антенн — заземленного вертикального штыря, или, по-научному, несимметричного вертикального заземленного вибратора. Предпосылкой к созданию этой считалки было отсутствие простых в использовании методик расчета параметров вертикальных антенн с высотой больше 1/10 длины волны. Распространенные формулы применимы только для коротких антенн, упрощенно отображают зависимость импеданса антенны от частоты и имеют другие ограничения.

Предлагаемый же калькулятор позволяет считать основные параметры заземленных несимметричных вибраторов высотой до λ, их диаграмму направленности и зависимость полного электрического сопротивления от частоты в широком диапазоне. При этом точность вычислений сопоставима с точностью моделирования данного типа антенн в программе MMANA.

Хочу отметить, что расчет длинных антенн высотой до λ может понадобится, например, при постройке детекторного КВ-приемника.

Два примера, как этот калькулятор можно использовать на практике:

  • Прикидываем для заданного диапазона частот граничные значения реактивного сопротивления антенн различной высоты, с тем, чтобы правильно рассчитать входные цепи приемника для более качественного согласования.

    Пусть требуется прием в диапазоне СВ 500-1500 кГц на антенны высотой от 3 м до 30 м. Реактивное сопротивления антенн будет емкостным в пределах 0,4-15 кОм. Если мы конструируем простой одноконтурный детекторный приемник без КПЕ, то реактивное сопротивление его катушки должно меняться в тех же пределах, от 15 кОм на частоте 500 кГц до 400 Ом на частоте 1500 кГц. Из этих данных по формуле индуктивного сопротивления находим искомые пределы изменения индуктивности — от 40 мкГн до 4,8 мГн.

  • Оцениваем возможность приема сигналов станций с заданной частотой и напряженностью поля на антенну указанной конфигурации по отдаваемой в нагрузку мощности и Э.Д.С. эквивалентного генератора.

    Пусть у нас есть все тот же одноконтурный приемник с чувствительностью в 5 мВ, и мы хотим слушать голос некоторой страны на частоте 999 кГц, излучаемый станцией мощностью в 500 кВт на расстоянии 1000 км от нас (ближе никак нельзя подойти). Мы находимся где-то в поле возле одиноко стоящего дерева высотой в 5 м, на которое и закинули наш кусок провода. Почва влажная, заземление считаем хорошим. Естественно, дело происходит ночью.

    Считаем напряженность поля. Получили уверенные 4 мВ/м. Считаем антенну. Оказывается, далекая станция наводит в антенне Э.Д.С. аж в 10 мВ; при этом антенна способна отдать в оптимальную нагрузку до 1 мкВт мощности. Вполне неплохо, 10 мВ достаточно для работы приемника, а 1 мкВт — это довольно много, если учесть, что речевой сигнал в нормальных наушниках гарантированно разборчив уже при мощности в 1 пиковатт! (См., например, заметку о тестировании наушников).

    То есть, даже если учесть, что АМ модуляция имеет КПД меньше 20%, катушка намотана колючей проволокой вокруг ствола дерева, а детектор сделан из безопасной бритвы и имеет никакой коэффициент передачи, у нас все равно есть запас в 60 дБ на возможные потери. Делаем вывод: если ожидается нормальный прием на такую короткую вертикальную антенну, то тем более можно получить отличные результаты при использовании более совершенных антенн.

    Расчеты вполне подтверждаются практикой — неоднократно принимал в полевых условиях 150 кВт/800 км на 5 метровую веревку без особых усилий.

Работоспособность проверена в браузерах Google Chrome 34, Mozilla Firefox 28, IE 9, Opera 12.


Особенности, методика вычислений, ограничения

Калькулятор позволяет рассчитывать:

  • импеданс антенны на заданной частоте;
  • коэффициент направленного действия;
  • коэффициент усиления;
  • КПД антенны;
  • частоту первого последовательного резонанса антенны;
  • Э.Д.С. на зажимах антенны для заданной напряженности поля;
  • мощность, отдаваемую в согласованную нагрузку.

Расчет антенны производится методом определения входного сопротивления эквивалентной длинной линии с потерями. (Если найду время, как-нибудь распишу формулы подробнее с указанием источников).

Кроме того, калькулятор рисует вертикальную диаграмму направленности и график зависимости импеданса антенны от частоты для диапазонов ДВ, СВ, КВ.

Расчет сопротивления заземления выполнен методом учета потерь в почве, зависящих от распределения плотности протекающего тока [7]. См. подробнее.

Расчет наводимой Э.Д.С. основан не на методе действующей высоты, который безбожно врёт вблизи частот параллельных резонансов, а на вычислении отбираемой из пространства мощности с учетом КУ антенны.

Еще одно ограничение: не учитывается влияние неидеальности земли на диаграмму направленности.

Источники

  1. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П. и др. Коротковолновые антенны. -М.: Радио и связь, 1985. -536 с.
  2. Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны (ч. 2. Антенны). - М.: Советское радио, 1969г.
  3. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. -М.: Советское радио, 1974г.
  4. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства.- М.: Радио и связь, 1989. - 352 с.
  5. Марков Г.Т, Сазонов Д.М. Антенны. - М.: Энергия, 1975г.
  6. Методические указания по проектированию антенно-фидерных устройств. Ч.1 /Под ред. А.З. Фрадина; ЛЭИС.- Л.,1986. -68с.
  7. Надененко С.И. Антенны. - М.: Государственное издательство по вопросам связи и радио, 1959г.
  8. Справочник по специальным функциям / Под ред. М.Абрамович и И.Стиган. - М. - Л.: Энергия, 1966.- 648 с.
  9. Тарнецкий А.А., Осипов Д.Д. Антенны судовой радиосвязи. - Л.: Судпромгиз, 1960. - 236 с.
  10. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. - М.: Связь, 1977.-440 с.

Антенна Харченко для цифрового тв своими руками расчет

Несмотря на то, что в XXI веке чуть ли не в каждом доме или квартире есть подключение к Сети Интернет, антенна Харченко для цифрового ТВ не теряет своей популярности, так как люди всё равно продолжают смотреть телевизор. Такую антенну вовсе не обязательно искать в магазинах, торгующих радиотоварами – её можно сделать своими руками из материалов, которые есть у вас дома, а также самостоятельно произвести расчёт её геометрических параметров.

Более того, приёмное устройство или биквадрат, разработанный  инженером Константином Павловичем Харченко, используют для усиления сигнала, поступающего на модем Интернета или на мобильный телефон.

На сегодняшний день биквадрат можно назвать самой популярной ДМВ антенной

Приходилось встречать горе умельцев, критикующих двойной квадрат К. П. Харченко, мол, проку от него мало и сигнал ничуть не улучшился, а на вопрос о том, производил ли «мастер» расчёты, тот отвечал отрицательно. Но без вычислений даже вкусную кашу невозможно сварить (пропорции крупы, воды, жира и соли), а здесь приёмное устройство, которому нужно оказаться на нужной частоте. Помимо геометрических параметров, здесь также важен выбор материалов, а это может быть сталь, цветные металлы (медь, алюминий) и сплавы (чаще всего латунь), которые представляют собой проволоку, полоски, уголки или трубки. Порой для улучшения качества приёма контур монтируют на сетку или сплошной экран из жести или дюралюминия, но самое важное, что такую конструкцию можно собрать самостоятельно в домашних условиях.

Антенна, спроектированная Харченко, получила первые модификации с появлением эфирного вещания в дециметровом диапазоне. Инженерами и экспериментаторами-любителями представлен целый ряд усовершенствованных вариантов антенны для работы в распространенном диапазоне частот. Конструкции имели формы ромба, круга, треугольника и других геометрических фигур, и широко использовались для приема телевизионного и радиосигнала.

Для цифрового телевидения

Антенна К. П. Харченко для цифрового телевидения

Для функционирования цифрового телевидения, названного в обиходе «цифрой» требуются ДМВ или дециметровые волны, для чего используется стандарт DVB-Т2 (Digital Video Broadcasting), который на 30-50% способен увеличивать сетевую ёмкость. По сути, такие антенны выглядят, как незатейливые конструкции и если отнестись к этому с визуальной точки зрения, то становится совершенно неясно, в чём заключаются преимущества приёмного устройства такого типа. В классическом исполнении такое устройство состоит из двух квадратных ромбов, соединённых между собой в точках вершин углов, что на поверку является зигзагообразной антенной без рефлектора.

Для основы в данном случае используют токопроводящие материалы (металлы, о которых говорилось выше) сечением 1-5 мм (профиль не имеет значения). Лучше всего из всех профилей зарекомендовала себя медная моножила сечением 2-4 мм2 — такой провод можно приобрести почти в любом магазине, торгующем электротоварами. Для паечных работ медь можно назвать идеальным металлом, к тому же её легко гнуть или ровнять, задавая требуемые размеры. Важно также правильно подобрать телевизионный высокочастотный кабель, передающий сигнал от DVB-Т2 к телевизору – его сопротивление должно быть в рамках 50-75 Ом.

Если антенна сделана правильно и сам сигнал выдаётся передатчиком на приёмник в нормальном режиме, то никаких проблем не возникнет, но если в этом режиме возникнет сбой, то сигнал исчезнет вообще (не будет ни звука, ни изображения). Не следует забывать о том, что по сравнению с аналоговым ТВ у цифрового качество изображения или картинка на всех каналах одинаковая и не может быть где-то лучше, а где-то хуже. Но в разных регионах индивидуальные настройки могут отличаться, хотя ещё никто не жаловался на чёткость.

Читайте также: Антенна из кабеля для цифрового ТВ

Исходные данные для изготовления антенны К. П. Харченко

Основные параметры для сборки антенны К. П. Харченко

Теперь давайте разберёмся в последовательности изготовления антенны Харченко для цифрового ТВ своими руками и произведём некоторые расчёты. О материалах мы уже говорили, так что можете использовать любой из них. А вот для качества принятия телевизионного цифрового сигнала придётся узнать величину ƛ (лямбда обозначает длину электромагнитной волны излучения). Именно под ƛ делаются вибрационные плечи геометрических фигур, величина которых определяет габариты антенны в целом. Вычислить ƛ в сантиметрах или миллиметрах очень просто – для этого нужно использовать формулу ƛ=300/F, где буквой F обозначается частота сигнала в MHz (МГц – мегагерц).

Таблица частот русскоязычных каналов для DVB-Т2 с горизонтальной поляризацией

Для примера возьмём Кировскую область, Белохолуницкий район, город Белая Холуница (он находится в таблице под  №8), где есть 31 телевизионный канал, работающий на частоте 554 MHz. Значит, ƛ=300/F=300/554=0,541 м или 541 мм, следовательно, длина полуволны составит 541/2=270,05 мм, а внешняя сторона квадрата 270,05/2=135,25 мм – вот вам и размеры для выгибания контура. Для того чтобы найти значение F для вашего региона или местности, воспользуйтесь поиском Google или Яндекс, напечатав запрос на перечень районных пунктов телевидения. Если не хотите считать размеры вручную – найдите в Google или Яндекс онлайн калькулятор для расчётов антенны Харченко, введите в него значение ƛ и кликните по кнопке «рассчитать» — результаты будут такими же.

Заметьте, что при выгибании биквадратов в точке их стыковки угол каждого из квадратов должен быть разорванным на 10-12 мм, то есть, при общем контуре двух соединённых геометрических фигур между вершинами смыкающихся углов будет просвет, впрочем, это хорошо отмечено на видеоролике, который находится ниже этого абзаца. Телевизионный кабель зачищают примерно на 10-12 мм, разделив по сторонам оплётку и медную моножилу. Провода припаивают посредине – экран к одной части над разрывом, централь к другой, а кабель притягивают стяжками или изолированным проводом (можно даже кроссировкой) к плечу контура одного из квадратов.  И ещё. Там есть рекомендация заделки места стыков термоклеем, но такой в хозяйстве есть не всегда, поэтому можно использовать одну из модификаций клея «Момент» или эпоксидную смолу (двухкомпонентный устойчивый к влаге и перепадам температуры препарат).

Видео: Биквадрат с экраном для любого частотного диапазона DVB-Т2

Крепление биквадрата к рефлектору – в данном случае это решётка от гриля

Для корректирования и усиления мощности приёма сигнала на DVB-Т2 двойной квадрат или другие геометрические фигуры устанавливают на решетку или кусок листового металла. На верхней фотографии используется решётка от гриля, но это также может быть полка от холодильника, сушилки и так далее, но желательно, чтобы площадь экрана на 20% превышала площадь контура антенны. Расстояние от поверхности экрана до средины контура (трубки, проволоки) можно рассчитать по формуле ƛ/7. В нашем случае это будет 554/7=79,14, то есть, 79 мм

В настоящее время на основе зигзага Харченко проектируются антенны для приема сигналов разных частот, где неизменной остается ее конструкционная форма, однако индивидуальным является размер конструкции. Современным усовершенствованным вариантом является двойной биквадрат, который состоит из четырех ромбов, присоединения к которым осуществляется в незамкнутых углах на грани второго и третьего квадратов. С распространением эфирного цифрового вещания стандарта DVB-T2, антенны, на основе биквадрата приобретают популярность и имеют множество вариаций как в антеннах с рефлекторами, так и безрефлекторных конструкциях.

Видео: Самое простое изготовление биквадратов для телевидения DVB-Т2

Для модема мобильной Интернет Сети

Владельцы мобильного Интернета, проживающие или надолго выезжающие за город, то есть, на значительное расстояние от базовых станций, прекрасно понимают, о чём сейчас идёт речь. Например, если скорость заявленная провайдером 3G составляет 3,1 Mbit/сек, то в реальности на прием у вас может быть менее 1 3,1 Mbit/сек, то есть, о видеороликах или фильмах в онлайн трансляции можно забывать – вы получаете услуги исключительно для чтения. Следовательно, стремление увеличить скорость в данном случае вполне понятна и к тому же, выполнима.

Антенна К. П. Харченко с объёмным рефлектором для модема

Чтобы усилить сигнал, принимаемый модемом, можно сделать антенну конструкции Константина Харченко, а для большей эффективности закрепить её на рефлекторе. Чаще всего для такого экрана используют алюминиевую, медную, латунную или стальную пластину, но на фотографии, приведенной вше, вы видите использование фольгированного текстолита. В данном случае, как и с цифровым телевидением, площадь рефлектора должна быть на 20% больше, нежели у самого биквадрата по углам (это усиливает отражение).

И для расчётов расстояния контура от экрана используют ту же формулу, где ƛ=300/F. Например, у оператора 3G MTS России 1920 MHz, значит, ƛ=300/F=300/1920=0,156 м или 156 мм, делим их пополам 156/2=78 мм, то есть, это длина полуволны, а протяжённость наружной стороны квадрата составит 78/2=39 мм. Расстояние от рефлектора составит ƛ/7=39/7=5,571, но если сечение проволоки для биквадрата будет 1,5 мм2, то 5 мм будет вполне достаточно.

Антенный кабель припаивают к контактам модема

В старых 3G модемах нет специального разъёма для дополнительной антенны, поэтому, чтобы подключить биквадрат Харченко, придётся аккуратно разобрать модем (вытащить его из корпуса) и припаять центральную моножилу к контакту после всех деталей (резисторов, конденсаторов и тому подобное), а экран паяют к корпусу (массе) – для этого тоже нужно найти контакт. Если на модеме есть специальный разъём для подключения, то к кабелю самодельной антенны припаиваете штекер, и этим всё заканчивается. Точно так всё происходит и с 4G модемом, но там меняется частота (F) и к тому же есть вертикальная и горизонтальная поляризация, поэтому для усиления сигнала делают сразу два биквадрата Константина Харченко. Подробнее об этом рассказывает и показывает видеоролик снизу.

Видео: Усиление сигнала роутеров 3G, 4G и Wi-Fi

Для мобильного телефона

Антенное гнездо в мобильном телефоне

Проблема может быть не только с мобильным Интернетом, но и с мобильной связью за городом в отдалённых районах, где плохое покрытие из-за малочисленности вышек или гористого рельефа местности. В этой ситуации можно использовать точно такой же биквадрат Константина Харченко, подключив его к через высокочастотный кабель 50 MHz к антенному гнезду мобилки. Но все расчёты, естественно, основываются на величине F вашего мобильного оператора. Такую конструкцию можно использовать не только дома – её можно взять с собой на отдых при выезде на природу или задействовать в своей машине.

Заключение

Как видите, антенну Харченко для цифрового ТВ или усиления сигнала Интернет своими руками может сделать практически каждый человек, если, конечно, правильно произведёт расчёты и будет в точности соблюдать полученные размеры. Для того чтобы собрать весь нужный материал, зачастую не придётся даже ходить в магазин – у большинства хозяев все заготовки найдутся дома.

Расчет и формулы

»Электроника

Примечания и подробные сведения о расчете длины дипольной антенны и формуле для полуволнового диполя.


Дипольные антенны Включают:
Основы дипольных антенн Ток и напряжение Полуволновой диполь Сложенный диполь Короткий диполь Дублет Длина диполя Дипольные корма Диаграмма излучения Построить радиолюбительский ВЧ диполь Перевернутый диполь V Многополосный ВЧ диполь вентилятора Многополосный ВЧ диполь-ловушка Антенна G5RV Конструкция FM-диполя


Длина диполя является основным фактором при определении его рабочей частоты, и, как следствие, расчет длины является ключевым элементом при проектировании и установке любой дипольной антенны, будь то ВЧ, УКВ или УВЧ и т. Д..

Большинство дипольных антенн имеют длину в половину длины волны, и, соответственно, часто необходимо рассчитать физическую длину дипольной антенны на половину длины волны.

Однако физическая длина диполя не совсем такая же, как длина электрической волны в свободном пространстве - она ​​немного короче, и часто необходимо рассчитать длину диполя как можно точнее.

Осциллограммы тока и напряжения на полуволновом диполе, показывающие необходимость расчета длины антенны

Изменение длины диполя от длины свободного пространства

Хотя антенна может иметь электрическую половину длины волны или кратную половинной длине волны, эта физическая длина не совсем такая же, как длина волны для сигнала, распространяющегося в свободном пространстве.

Для этого есть несколько причин, и это означает, что антенна будет немного короче, чем длина, рассчитанная для волны, распространяющейся в свободном пространстве, в результате того, что легко называют «конечным эффектом».

Конечный эффект возникает из-за того, что антенна обычно работает в окружении воздуха, а сигнал распространяется по проводнику конечной длины. В частности, торцевой эффект антенны возникает в результате уменьшения индуктивности и увеличения емкости по направлению к концу антенного проводника.Это позволяет эффективно удлинить антенну.

Было обнаружено, что торцевой эффект антенны увеличивается с увеличением частоты и также изменяется в зависимости от установки. Диаметр проволоки также оказывает заметное влияние на это, как показано на диаграмме.

Для полуволнового диполя рассчитывается длина волны, бегущей в свободном пространстве, и она умножается на коэффициент «А». Обычно он составляет от 0,96 до 0,98 и в основном зависит от отношения длины антенны к толщине провода или трубки, используемой в качестве элемента.Его значение можно приблизительно оценить по графику:

Коэффициент умножения «A», используемый для расчета длины диполя.

В качестве дополнительного усложнения, опорные изоляторы, системы питания и другие окружающие объекты, такие как земля, здания, деревья и т. Д., Оказывают заметное влияние на электрическую длину. Это может даже превышать изменение длины, вызванное практическими изменениями диаметра проводника.

Это делает точный расчет длины трудным, а то и невозможным в практических условиях.Соответственно, обычной практикой является определение наиболее вероятной длины антенны, отрезание ее немного длиннее, чем ожидается, а затем экспериментальная проверка характеристик антенны, при необходимости изменяя физическую длину.

Формула дипольной длины

Длину полуволнового диполя довольно легко вычислить, используя простые формулы, приведенные ниже. Для этого расчета длины даны две версии: одна с использованием длины в метрах, а другая с использованием длины в дюймах.

длина (метры) = 150 Af

длина (дюймы) = 5905 Af

длина (фут) = 492 Af

Часто формула для длины диполя в футах рассматривается как 468 / частота. Это может быть получено, если взять цифру 492 из приведенной выше формулы и умножить ее на типичный A или коэффициент конечного эффекта 0,95. Фактическое полученное значение составляет 467,48, но это достаточно близко для большинства приложений, особенно потому, что другие факторы, включая близлежащие объекты и т. Д., Оказывают значительное влияние на длину.

Расчеты по этим формулам дают хорошую отправную точку для определения длины дипольной антенны. Однако такие факторы, как близость земли и других близлежащих объектов, как упомянуто выше, также оказывают значительное влияние на длину, и их нелегко определить заранее.

Соответственно, всегда лучше сделать любой прототип антенны немного длиннее, чем показывают расчеты, а затем укоротить антенну, каждый раз измеряя ее характеристики.Таким образом можно получить оптимальную производительность для этой антенны.

Лучше всего обрезать антенну небольшими шагами, потому что провод или трубку нельзя очень легко заменить после того, как они были удалены.

Программы компьютерного моделирования обычно могут очень точно рассчитать длину диполя при условии, что все переменные и элементы, которые влияют на работу диполя, могут быть введены точно, чтобы моделирование было реалистичным и, следовательно, точным. Основная проблема обычно заключается в возможности точного ввода реальных данных об окружающей среде, чтобы можно было провести реалистичное моделирование.

Длина антенн для популярных радиолюбителей

Дипольные антенны используются во многих областях и приложениях. Одна из основных областей, где требуются домашние антенны, - это радиолюбители. Проволочные дипольные антенны часто конструируются и устанавливаются, чтобы обеспечить антенну для определенного диапазона, а иногда и диапазонов.

Чтобы иметь представление о длинах, необходимых для полуволновых диполей, широко используемые длины приведены в таблице.

Приблизительная длина дипольных антенн на ветчине
Диапазон (МГц) Длина (фут) Длина (метры)
1.8 266 82,2
3,5 137 42,2
7,0 68,5 21,1
10,1 47,5 14,7
14,0 34,3 10,6
18.068 26,2 8.2
21,0 22,8 7,04
24,89 19,3 5,94
28,0 17,1 5,28

Эти длины широко используются в качестве основы для дипольных антенн любительского диапазона. Как уже упоминалось, влияние земли / высоты, а также близлежащих объектов может изменить необходимую естественную резонансную длину, поэтому обычно требуется небольшое экспериментирование.

Теоретически вычислить длину антенны относительно легко. На практике на длину большое влияние оказывают многие другие факторы. Многие программы проектирования антенн помогут уменьшить ошибки, но на практике трудно предсказать влияние зданий, деревьев и общей топологии земли, и как эти факторы повлияют на антенну. Всегда лучше рассчитать длину диполя как можно лучше и отрегулировать ее для оптимальной работы на месте.

Еще темы об антеннах и распространении:
ЭМ-волны Распространение радио Ионосферное распространение Земная волна Рассеивание метеорита Тропосферное распространение Кубический четырехугольник Диполь Дискон Ферритовый стержень Логопериодическая антенна Антенна с параболическим рефлектором Вертикальные антенны Яги Заземление антенны Коаксиальный кабель Волновод КСВН Балуны для антенн MIMO
Вернуться в меню «Антенны и распространение».. .

США - Расчет длины антенны на экзамене FCC по сравнению с реальностью

Легенда

  • $ c $ = скорость распространения = скорость света (299 792 458 метров в секунду)
  • $ f $ = частота
  • $ \ lambda $ = длина волны

Формулы

Основная формула для расчета длины волны:

\ begin {уравнение} \ lambda = \ frac {c} {f} \ end {Equation}

Чтобы упростить математику, частота ($ f $) выражается в мегагерцах (МГц), а скорость распространения в свободном пространстве ($ c $) для частот выше 30 МГц выражается как и округляется до 300 мегаметров (Мм).Это вернет длину волны ($ \ lambda $) в метрах. Таким образом, для 1 длины волны выше 30 МГц:

\ begin {уравнение} \ lambda_ {m} = \ frac {300} {f_ {МГц}} \ end {Equation}

Однако, когда $ f <30_ {MHz} $, скорость распространения ($ c $) выражается как и округляется до 286 мм, поскольку

Распространение лектрической волны

дюймов [e] в проводе составляет от 95% до 97% от скорости света. Поскольку длина волны чаще всего используется для построения антенн которые включают в себя передачу волны из воздуха в проволоку и тиски наоборот, расчет корректируется с учетом более медленного распространения в неэкранированный провод.

"Однако это расхождение от 3% до 5% достаточно мало для частот выше 30 МГц, что обычно игнорируется для простоты, а 300 мм - используется вместо "(Адам Дэвис, KD8OAS).

Когда $ f <30_ {MHz} $, расхождение становится более значительным, и вместо него используется скорректированное значение, примерно 95% от 300 мм, что составляет примерно 286 мм (что на самом деле было бы $ 0,95 \ overline {3} $). Это приводит к следующей формуле для 1 длины волны ниже 30 МГц:

\ begin {уравнение} \ lambda_ {m} = \ frac {286} {f_ {МГц}} \ end {Equation}

Чтобы преобразовать это в футы, умножьте $ c $ на 3.28084, что приводит к следующей формуле для получения ответа в футах при $ f> 30_ {MHz} $:

\ begin {уравнение} \ lambda_ {ft} = \ frac {(3,28084) 300} {f_ {МГц}} = \ frac {984,252} {f_ {МГц}} \ end {Equation}

Для простоты округлено до 984 долл. / Шт. Однако напомним, что когда $ f <30_ {MHz} $, скорость распространения ($ c $) выражается как и округляется до 286 мм. Применение этой формулы приводит к следующему преобразованию в футы ниже 30 МГц:

\ begin {уравнение} \ lambda_ {ft} = \ frac {(3.28084) 286} {f_ {MHz}} = \ frac {938.32024} {f_ {MHz}} \ end {Equation}

Это также округлено до 938 долл. США за штуку для простоты.

Расчет для половинной и четвертьволновой волн - это всего лишь способ деления $ c / 2 $ или $ c / 4 $ соответственно. Таким образом, мы получаем следующий расчет для вычисления длины полуволновых антенн в футах, когда $ f> 30_ {MHz} $:

\ begin {уравнение} \ lambda_ {ft} = \ frac {(3.28084) (300/2)} {f_ {MHz}} = \ frac {492.126} {f_ {MHz}} \ end {Equation}

При вычислении длины полуволновой антенны в футах, где $ f <30_ {MHz} $, мы имеем следующую формулу:

\ begin {уравнение} \ lambda_ {ft} = \ frac {(3.28084) (286/2)} {f_ {МГц}} = \ frac {469.16012} {f_ {МГц}} \ end {Equation}

Но обычно это выражается как 468 $ / f $, а не как 469. Почему? Прежде всего, помните, что коэффициент скорости составляет приблизительно 95-97% скорости света, поэтому изменение этого значения приводит к немного другим результатам. Кроме того, используем ли мы скорректированное значение $ c $ при $ f <30_ {MHz} $ (286 мм) или применяем коэффициент скорости непосредственно к $ c $, это немного изменит наш результат. Так, например, следующий расчет приблизит нас к 468 $ / f $:

\ begin {уравнение} \ lambda_ {ft} = \ frac {(3.28084) ((300/2) (0,95))} {f_ {МГц}} = \ frac {467,5197} {f_ {МГц}} \ end {Equation}

Это легко округлить до 468 $ / f $, когда $ f <30_ {MHz} $, и это немного более точно.

Это показывает, почему существуют разные уравнения и когда следует использовать каждое из них.

Расчет напряженности поля с известными антеннами

Дано:

  • усиление приемной антенны в дБи, $ G_ \ mathrm {дБи} $
  • мощность, принимаемая антенной в дБм, $ P_ \ mathrm {дБм} $
  • частота в Гц, $ f $
  • Импеданс свободного пространства в Ом, $ Z_0 $
  • скорость света в метрах в секунду, $ c $

, то напряженность поля в В / м составляет:

$$ \ begin {align *} V & = \: \ sqrt {0.{(P_ \ mathrm {дБм} -G_ \ mathrm {дБи}) / 20}

$

Обратите внимание, что приемная антенна должна соответствовать поляризации измеряемого поля напряжения. В ситуациях, когда поляризация неизвестна, можно использовать изотропный приемник, который обычно представляет собой ортогональное расположение коротких диполей по 3 осям. Такая антенна может измерять градиент напряжения в любом направлении.


Я считаю, что легче понять, почему это так, если подумать о плотности мощности, а не о напряженности поля.

Если у вас есть изотропная антенна мощностью 1 Вт в центре сферы, весь 1 ватт передаваемой мощности должен проходить через сферу. Плотность мощности - это передаваемая мощность, деленная на площадь поверхности сферы. Результат - число в ваттах на квадратный метр.

Приемная антенна, если предположить, что она одинаково поляризована, тогда является "сеткой" для этого потока энергии. Размер сети - это апертура антенны, которую можно рассчитать по ее усилению.2 \ over \ text {импеданс свободного пространства}} $$

Или решено для напряженности поля:

$$ \ text {field Strength} = \ sqrt {\ text {power density} \ times \ text {сопротивление свободного пространства}} $$

Таким образом, если вы можете измерить плотность мощности в какой-то момент, например, измерив мощность в точке питания от антенны с известным усилением, то вы можете рассчитать напряженность поля.

Например, предположим, что антенна имеет усиление 3 дБи на длине волны 2 метра, и вы измеряете мощность в точке питания, равной 0.2} \ times 377 \: \ Omega} = 7705 \: \ mathrm {\ mu V / m} $$

Соедините эти три уравнения и упростите, чтобы получить уравнение вверху.

Для получения более подробной информации у Semtech есть хорошая статья по напряженности поля и многим связанным темам.

Как рассчитать импеданс в практике проектирования антенн?

Импеданс представляет собой сумму сопротивления и реактивного сопротивления :

$$ Z = R + jX $$

$ j $ - мнимая единица, равная $ \ sqrt {-1} $.В некоторых уравнениях вместо символа $ i $ используется одно и то же.

Реактивное сопротивление - это концепция, описывающая влияние конденсаторов и катушек индуктивности, а также других компонентов, которые вносят фазовый сдвиг между напряжением и током, но не рассеивают энергию.

Например, реактивное сопротивление конденсатора определяется как:

$$ X_C = {-1 \ более 2 \ pi fC} \ tag 1 $$

А для индуктора:

$$ X_L = 2 \ pi fL \ tag 2 $$

где $ C $ - емкость (фарады), $ L $ - индуктивность (генри), а $ f $ - частота (герцы).Из этого вы можете видеть, что для конденсаторов и катушек индуктивности (и на практике для большинства других вещей) реактивное сопротивление зависит от частоты, а конденсаторы имеют отрицательное реактивное сопротивление, тогда как катушки индуктивности имеют положительное реактивное сопротивление.

Единица измерения импеданса, сопротивления и реактивного сопротивления составляет Ом в каждом случае. Импеданс представлен комплексным числом, но единица измерения - омы.


Это теория.

На практике вы не сможете измерить импеданс антенны с помощью измерителя LCR.Как вы можете видеть в уравнениях 1 и 2, реактивное сопротивление (и, следовательно, импеданс) зависит от частоты. Измеритель LCR работает, измеряя импеданс на некоторой частоте, а затем работая в обратном направлении, используя уравнения 1 или 2, чтобы найти индуктивность или емкость.

Это работает нормально для катушек индуктивности и конденсаторов (по крайней мере, при работе на частотах, где паразитные эффекты незначительны), но антенна - это нечто другое, поэтому уравнения 1 и 2 неприменимы.

Вместо этого люди используют анализатор антенны для измерения импеданса непосредственно на той частоте, на которой предполагается использовать антенну.

Если у вас нет антенного анализатора, вы можете использовать мост SWR . Это покажет вам, насколько вы близки к 50 Ом, но не в каком направлении. Там, где антенна резонирует, будет падение КСВ. Увеличение длины антенны приводит к понижению частоты этого провала, а уменьшение длины антенны - к более высокому. Измеряя КСВ на нескольких частотах и ​​итеративно регулируя длину антенны, можно получить антенну правильной длины для желаемой частоты.

Антенный калькулятор

Вот простой антенный калькулятор для двух популярных видов проволочных КВ антенн для любительских радиостанций: горизонтального диполя и перевернутой буквы "V".

Вычислитель антенн


для полуволновых диполей

Введите желаемую рабочую частоту (МГц) (например, 3,55). Если у вас нет особых предпочтений в пределах данного диапазона любительского радио, просто введите его центральную частоту (например, 7,15 для диапазона 40 метров).

Чтобы полностью понять результаты, полученные с помощью этого калькулятора, пожалуйста, уделите несколько минут, чтобы прочитать объяснение под ним.

Интерпретация результатов


Вот как интерпретировать результирующую длину проводов, полученную калькулятором.

Будьте готовы обрезать концы перевернутого V-диполя, если последний частота резонанса оказывается слишком низкой для ваших нужд, когда инвертированный V установлен в его постоянное положение .

Полуволновая дипольная антенна


Наиболее широко используемая формула для расчета приблизительной общей длины провода, необходимой для диполя :

468 / частота (МГц) = длина провода в футах.

The антенный калькулятор, приведенный выше, использует эту формулу в качестве отправной точки для рассчитать длину проводов для диполя. Результаты удобно отображается в дюймах, сантиметрах, футах и ​​метрах.

Эта формула для определения длины полуволновой дипольной антенны даст хорошее приблизительное значение для начала.

Однако фактическая результирующая частота резонанса и сопротивление точки питания диполя будут зависеть от:

  • Высота диполя над землей;
  • проводимость земли под землей;
  • Диэлектрическая постоянная земли под землей;
  • Наличие построек, деревьев, металлоконструкций (башни) рядом.

Инвертированная

V Дипольная антенна

Когда каждая сторона диполя наклоняется вниз от точки питания, его обычно называют перевернутым V .

инвертированный V дает:

  • более всенаправленную диаграмму направленности, чем у диполя.
  • более высокая резонансная частота для той же длины провода, что и диполь.
  • A более низкий импеданс точки питания , чем у горизонтального диполя (для точек питания на одинаковой высоте над землей).
  • Некоторые потери полосы пропускания.

Некоторые говорят, что перевернутый V надо обрезать на 4-5% короче диполя! Но если бы кто-то действительно сделал что перевернутая буква V будет резонировать на еще более высокой частоте!

Фактически, если вы собираетесь установить инвертированный V , антенна Калькулятор выше даст вам длину провода, которая будет на 5% длиннее чем у диполя при той же желаемой частоте работы. Этот даст вам некоторую свободу действий, чтобы обрезать концы проводов назад, если перевернутый V резонирует слишком низко для вашей цели при установке в окончательное положение.

Формула, используемая калькулятором для вычисления длины провода для инвертированного V , основана на формуле для полуволнового диполя. Он настроен с учетом особых характеристик перевернутого V.

В случае перевернутого V V мы должны добавить - к списку переменных окружающей среды, влияющих на полуволновой диполь - угол между двумя ножками. из перевернутый V .

Угол между двумя секциями горизонтального диполя составляет 180 градусов.По мере того, как две секции диполя опускаются ниже точки питания, угол между двумя ножками уменьшается:

  • Резонансная частота перевернутого V повышается.
  • Влияние проводимости земли и диэлектрической проницаемости становится увеличивающим фактором .

ПРИМЕЧАНИЕ: если вы начнете с указания вычислителю вашей * желаемой * частоты работы, перевернутая V - при установке в ее конечное положение - все равно может оказаться слишком коротким или слишком длинным, в зависимости от условий окружающей среды. упомянутый выше.

Чтобы избежать последнего результата, антенный калькулятор выше настроен на компенсацию несколько для местных неблагоприятных условий окружающей среды. Длина будет вычислить, вероятно, будет слишком долго. Вам останется только обрезать несколько дюймов за раз, чтобы довести частоту резонанса до где вы этого хотите.

Для получения более подробной информации о проводных КВ антеннах любительских радиостанций посетите этот раздел нашего веб-сайта.

Кроме того ...

Если угол между двумя ножками перевернутого V становится на меньше , чем 90 градусов, диаграммы направленности от каждой ножки перевернутого V начинают взаимодействовать и нейтрализовать друг друга, какой-то степени.

Следовательно, угол между двумя сторонами перевернутой буквы V не должен быть меньше 90 градусов.

Помните, что перевернутый V требует немного больше провода, чем горизонтальный диполь для данной частоты резонанса.

Вышеупомянутый антенный калькулятор предоставит подходящую длину проводов для инвертированного V и диполя для заданной частоты по вашему выбору.



73 de VE2DPE
Claude Jollet
7, Rue de la Rive, Notre-Dame-des-Prairies, Québec, Canada J6E 1M9

QTH Locator: FN36gb




West Mountain Radio - антенный калькулятор

Приведенные ниже размеры относятся к простой дипольной антенне.Размер провода может варьироваться от 16 AWG до 12 AWG. Чем крупнее провод, тем шире пропускная способность. Антенна рассчитана на питание от коаксиального кабеля 50 или 75 Ом практически любой длины с балуном. Поместите балун 1: 1 на антенный конец фидерного кабеля. Балун соединяет сбалансированную антенну с несимметричным коаксиальным кабелем. Балун будет удерживать паразитные антенные токи от питающей линии и помогать не допускать попадания паразитных радиочастотных сигналов в радиорубку. Если используется ферритовый балун, балун должен иметь номинальную мощность, по крайней мере, в два раза превышающую рабочую мощность, чтобы предотвратить перегрев балуна.Это поможет уменьшить рассогласование и паразитные радиочастоты из-за использования антенны на частотах, отличных от тех, для которых антенна была специально разработана.


Обратите внимание: расчеты приблизительны, поэтому может потребоваться некоторая окончательная корректировка длины. Размеры немного изменятся из-за колебаний высоты антенны и проводимости земли ... и держите антенну подальше от линий электропередач. Они хорошо умеют превратить вас в «Белку на подстанции».

Схема антенны

Любительские группы
160 Метров

МГц "L" (футы) "E" (футы)
1.800 260,00 130,00
1.900 246,32 123,16
2.000 234,00 117,00
80 метров

3.500 133,71 66.86
3.600 130,00 65,00
3,700 126,49 63,24
3.800 123,16 61,58
3.900 120,00 60,00
4.000 117.00 58,50
60 метров

5,331 87,80 43,90
5,347 87,53 43,77
5,367 87,21 43,60
5.371 87,13 43,56
5,404 86,61 43,31
40 метров

7.000 66,86 33,43
7.100 65.92 32.96
7.150 65,45 32,73
7.200 65,00 32,50
7.300 64,11 32,05
30 метров

10.100 46,34 23,17
10,150 46,11 23,05
20 метров

14,000 33,43 16,71
14.100 33,19 16.60
14.200 32,96 16,48
14,220 32.91 16,46
14,300 32,73 16,36
14,313 32,70 16.35
17 метров

18.068 25,90 12,95
18,130 25,81 12.91
15 метров

21.000 22.29 11,14
21.100 22,18 11.09
21.200 22.08 11,04
21,300 21,97 10,99
12 метров

24.890 18,80 9,40
24.950 18,76 9,38
10 метров

28,000 16,71 8,36
28,500 16,42 8.21
29,000 16,14 8.07
29,500 15,86 7,93

Формула Фрииса - (также известная как Формула передачи Фрииса)

На этой странице мы вводим одно из самых фундаментальных уравнений в теории антенн: Уравнение передачи Friis . Уравнение передачи Фрииса используется для расчета мощности полученные от одной антенны (с усилением G1 ), при передаче от другой антенны (с усилением G2 ), разделены расстоянием R и работают на частоте f или длине волны лямбда.Эту страницу стоит прочитать пару раз, и ее следует полностью понять.

Вывод формулы передачи Фрииса

Чтобы начать вывод уравнения Фрииса, рассмотрим два антенны в свободном пространстве (поблизости нет препятствий) на расстоянии R :

Рисунок 1. Передающая (Tx) и приемная (Rx) антенны, разделенные между собой R .

Предположить, что Общая мощность в ваттах передается на передающую антенну. А пока предположим что передающая антенна является всенаправленной, без потерь и что приемная антенна находится в дальней зоне передающей антенны.Тогда плотность мощности p (в ваттах на квадратный метр) плоской волны, падающей на приемную антенну на расстоянии R от передающей антенны выдается по:

Если передающая антенна имеет усиление антенны в направлении приемной антенны, заданном , то приведенное выше уравнение плотности мощности принимает следующий вид:

Коэффициент усиления влияет на направленность и потери реальной антенны. Предположим теперь, что приемная антенна имеет эффективную апертуру, равную .Тогда мощность, получаемая этой антенной () выдается по:

Поскольку эффективная апертура для любой антенны также может быть выражена как:

Результирующая полученная мощность может быть записана как:

[Уравнение 1]

Это известно как формула передачи Friis . Это относится потери на трассе в свободном пространстве, усиление антенны и длина волны до принимаемые и передаваемые мощности. Это один из фундаментальных уравнения в теории антенн, и следует помнить (а также как вывод выше).

Другая полезная форма уравнения передачи Фрииса дается в уравнении [2]. С длина волны и частота f связаны скоростью света c (см. введение к странице частоты), у нас есть формула передачи Фрииса в терминах частоты:

[Уравнение 2]

Уравнение [2] показывает, что больше мощности теряется на более высоких частотах. Это фундаментальный результат уравнения передачи Фрииса.Это означает, что для антенн с заданным усилением передача энергии будет максимальной на более низких частотах. Разница между полученной мощностью а передаваемая мощность известна как потери на пути . Другими словами, уравнение передачи Фрииса говорит, что потери на пути выше для более высоких частот.

Важность этого результата из Формулу передачи Friis невозможно переоценить. Вот почему мобильные телефоны обычно работают менее чем 2 ГГц. На более высоких частотах может быть больше частотного спектра, но связанные с этим потери на трассе не обеспечит качественный прием.Предположим, что в качестве дальнейшего следствия уравнения передачи Фрисса вы спрашивают об антеннах 60 ГГц. Заметив, что эта частота очень высока, можно сказать, что потери на пути будут слишком велики для связи на большие расстояния - и вы абсолютно правы. На очень высоком частот (60 ГГц иногда называют областью миллиметрового диапазона), потери на трассе очень высокий, поэтому возможна только двухточечная связь. Это происходит, когда приемник и передатчик находятся в одной комнате и смотрят друг на друга.

Как вы думаете, довольны ли операторы мобильной связи, следуя формуле передачи Фрииса? о новом диапазоне LTE (4G), который работает на частоте 700 МГц? Ответ положительный: это более низкая частота, чем антенны обычно работают при, но из уравнения [2] мы отмечаем, что потери на трассе, следовательно, будут тоже быть ниже. Следовательно, они могут «покрыть большую территорию» с помощью этого частотного спектра, и Verizon Wireless Исполнительный директор недавно назвал это «высококачественным спектром» именно по этой причине. Боковое примечание: с другой стороны, производителям сотовых телефонов придется установить антенну с большей длиной волны. в компактном устройстве (более низкая частота = большая длина волны), поэтому работа разработчика антенны получила немного сложнее!

Наконец, если антенны не согласованы по поляризации, полученная выше мощность может умножить на коэффициент поляризационных потерь ( PLF ) чтобы правильно учесть это несоответствие.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *