Антенна для дачи своими руками: варианты и схемы самоделок + инструкции по изготовлению

Немного слов о коротковолновиках

Коротковолновик

Коротковолновики – радиолюбители, занимающиеся вещанием в коротковолновом диапазоне. Занимающиеся конструированием, изготовлением и ремонтом передающих устройств люди проводят сеансы связи из различных уголков планеты. При этом для каждого из них достижением считается самая дальняя точка, с которой был проведен сеанс радиосвязи.

На заметку. Согласно действующему законодательству РФ, для радиолюбителей-коротковолновиков доступно вещание на 10 коротковолновых диапазонах со следующей длиной волн: 2200 м, 160 м, 80 м, 40 м, 30 м, 20 м, 16 м, 15 м, 12 м, 10 м. Использование высокочастотных диапазонов запрещено.

История

Идея использовать параболические отражатели для радио-антенн была взята от оптики, где власть параболического зеркала сосредоточить свет в луч была известна начиная с классической старины. Проекты некоторых определенных типов параболической антенны, такие как Cassegrain и Gregorian, прибывают из столь же названных аналогичных типов размышляющего телескопа, которые были изобретены астрономами в течение 15-го века.

В 1888 немецкий физик Генрих Херц построил первую в мире параболическую антенну отражателя. Антенна была цилиндрическим параболическим отражателем, сделанным из цинковой листовой стали, поддержанной деревянной рамой, и имела взволнованный диполь промежутка искры как антенну подачи вдоль центральной линии. Его апертура была 2 метра высотой 1,2 метрами шириной, с фокусным расстоянием 0,12 метров, и использовалась в операционной частоте приблизительно 450 МГц. С двумя такими антеннами, одним используемым для передачи и другим для получения, Херц продемонстрировал существование радиоволн, которые были предсказаны Джеймсом Клерком Максвеллом приблизительно 22 годами ранее. Однако раннее развитие радио было ограничено, чтобы понизить частоты, в которых параболические антенны были неподходящими, и они широко не использовались до окончания Второй мировой войны, когда микроволновые частоты начали эксплуатироваться.

Итальянский радио-пионер Гульельмо Маркони использовал параболический отражатель в течение 1930-х в расследованиях передачи УВЧ от его лодки в Средиземноморье. В 1931 микроволновое реле на 1,7 ГГц звонит связи через Ла-Манш, используя 10 футов. Были продемонстрированы (3-метровые) блюда диаметра. Первая большая параболическая антенна, блюдо на 9 м, была построена в 1937 новаторским радио-астрономом Гроутом Ребером на его заднем дворе, и обзор неба, который он сделал с ним, был одним из событий, которые основали область радио-астрономии.

Разработка радара во время Второй мировой войны обеспечила большой стимул параболическому исследованию антенны и видела развитие имеющих форму остронаправленных антенн, в которых кривая отражателя отличается в вертикальных и горизонтальных направлениях, скроенных, чтобы произвести луч с особой формой. После войны очень большие параболические блюда были построены как радио-телескопы. 100-метровый Зеленый Телескоп Радио Банка в Зеленом Банке, Западная Вирджиния, первая версия которой была закончена в 1962, является все еще самым большим полностью управляемым параболическим блюдом в мире.

В течение 1960-х спутниковые антенны стали широко используемыми в земных микроволновых коммуникационных сетях реле, которые несли телефонные звонки и телевизионные программы через континенты. Первая параболическая антенна, используемая для спутниковой связи, была построена в 1962 в Goonhilly в Корнуолле, Англия, чтобы общаться со спутником Телстара. Антенна Cassegrain была развита в Японии в 1963 NTT, KDDI и Mitsubishi Electric. Появление в 1970-х инструментов компьютерного дизайна, таких как NEC, способная к вычислению радиационного образца параболических антенн, привело к развитию асимметричных сложных, мультиотражатель и проекты мультиподачи в последние годы.

Как усилить сигнал 4G?

Для того чтобы увеличить эффективное применение антенны для USB модема, ее оснащают рефлектором — стальной пластиной. Ее можно сделать из фольгированного текстолита. Дистанция между антенной и рефлектором должна быть 36 миллиметров. Для того чтобы создать дистанцию между антенной и рефлектором, можно применять какой-то колпачок или коробочку.

Усилитель 4g сигнала для модема обладает определенными особенностями устройства. В виде экрана может осуществлять работу всякая стальная пластина. Такой экран можно вырезать с помощью ножниц непосредственно из жести или из устаревшей кастрюли из алюминия с помощью болгарки либо вообще сделать из фанерный кусок или картонный материал и обклеить, использовав фольгу. Особой разницы не будет. Только бы он перекрывал помехи, которые идут. Специалисты советуют применять для антенны какой-нибудь ДВД-диск. Его одна сторона окутана фольгой из алюминия и прекрасно справляется с волновым отражением. Вдобавок он красиво выглядит и способствует существенному упрощению работы. Понадобится лишь намазать его клеем и укрепить на торце вставки-крышечки от бутылки из пластика, отрегулировать удаленность вибратора от усилителя добавлением добавочных шайб или срезанием лишней утолщенности.

Какие существуют требования к вибратору?

Специалисты советуют делать антенну Харченко из провода, выполненного из меди. Его поперечное сечение должно равняться 5 мм. кв. или быть с диаметром 2.5 миллиметра. Сразу стоит отметить, что можно брать утолщенность 2.3 миллиметра (сечение при этом — 4 мм кв), которая не очень значительно уменьшит параметры приема. Также допустимо осуществлять установку с сечением 2.5 мм кв, но это приведет к ухудшению сигнала, увеличив его затухание. Впрочем, для определенной местности это является вполне допустимым.

К антенне нужно выполнить припайку высокочастотного кабеля. Но тут может появиться проблема в виде оплетки. Ее у многих дешевых кабелей нельзя паять, используя канифоль. Решить эту проблему можно, если использовать простой F-конектор, накрутив его на кабель. К нему следует припаять кусочек провода из меди, а всю конструкцию непосредственно к антенне.

У пользователей зачастую возникает вопрос, какой именно кабель следует использовать, чтобы получилась панельная антенна 4G? Главное различие, с которым можно столкнуться — это размер волновой сопротивляемости, которая может быть пятьдесят либо семьдесят пять Ом. Для снижения утрат мощности лучше применять кабель с меньшей сопротивляемостью. Он лучше подходит по электрическим показателям, лучше гарантирует наименьшие потери сигнала. Но применяя один из таких типов кабеля лучше более точно сделать под него механические габариты вибратора. В этом случае потери сигнальной мощности будут наименьшими.

Получившуюся конструкцию нужно надежно зафиксировать, применив термоклей. После этого останется подсоединить антенну к модему и выполнить настройку на предельный уровень сигнала. Если модем не оборудован разъемом, предназначенным для наружной антенны, то следует попросту сделать три-четыре витка основной жилы вокруг USB модема.

Ширина луча

Параметры параболической антенны. Ширина ДН, уровень боковых лепестков, усиление

Угловая ширина луча антенны и её диаграмма направленности не зависит от того, работает ли антенна на приём или на передачу. Ширина луча определяется по уровню половинной мощности луча, то есть по уровню (-3 дБ) от его максимального значения. Для параболических антенн этот уровень определяется по формуле:

θ=kλd{\displaystyle \theta =k\lambda /d\,},

где K является фактором, который незначительно меняется в зависимости от формы отражателя, а d — диаметр рефлектора в метрах, ширина диаграммы по половинной мощности θ в радианах. Для 2-х метровой спутниковой антенны, работающей C диапазоне (3—4 ГГц на приём и 5—6 ГГц на передачу), эта формула даёт ширину диаграммы направленности около 2,6°.

Усиление антенны определяется по формуле:

G=(πkθ)2 eA{\displaystyle G=\left({\frac {\pi k}{\theta }}\right)^{2}\ e_{A}}

При этом существует обратная зависимость между усилением и шириной луча.

Параболические антенны больших диаметров формируют очень узкие лучи. Наведение таких лучей на спутник связи становится проблемой, так как вместо основного лепестка можно навести антенну на боковой лепесток.

Диаграмма направленности антенны представляет собой узкий главный луч и боковые лепестки. Круговая поляризация в главном луче задаётся в соответствии с задачами, уровень поляризации в разных местах главного луча разный, в первых боковых лепестках поляризация меняется на противоположную, левая — на правую, правая — на левую.

Как выбрать спутниковую антенну

Большинство антенн спутникового телевидения выглядит очень похоже. Особой популярностью  пользуются современные тарелки офсетного типа (конвертер находится не в центре купола, а внизу). Отражатели имеют диаметр от 45 до 120 см. Их важным элементом является преобразователь – устройство в передней части тарелки, которое собирает и усиливает отражённый сигнал, доставляя его к спутниковому ресиверу.

Выбирая спутниковую антенну, необходимо в первую очередь учитывать место её установки. Она должна «смотреть» в южную сторону неба, не сталкиваясь с препятствиями. Ими могут быть стена, дымоход, холм, и даже дерево. В связи с этим лучшим местом для антенны будет  крыша.  Чем сложнее местность, тем больший диаметр антенны необходимо выбирать. Небольшие рефлекторы лучше всего подходят для установки на высоких строениях, так как крупные тарелки на большой высоте более подвержены ветровым нагрузкам.

Антенны для приёма цифрового телевидения

Весь мир, в том числе и наша страна, перешли с аналогового вещания на цифровое. Поэтому делая антенну своими руками или покупая её в магазине, необходимо знать какая антенна лучше подойдёт для приёма DVB-T2 формата:

Комнатная антенна — подходит для приёма сигнала в формате DVB-T2 только на расстоянии до 10 километров от ретранслятора. В принципе на этом расстоянии, сигнал способна принять даже обычная оголённая проволока вставленная в антенный разъём телевизора и направленная в нужную сторону, но для более стабильного и устойчивого сигнала лучше воспользоваться комнатной антенной.

Антенна типа «Ворона» — способна принимать цифровой сигнал на расстоянии до 30 километров. Данный тип антенны устанавливается вне жилища и не требует чёткой направленности на ретранслятор. Но в случаях если расстояние от источника сигнала составляет более 30 километров или рядом имеются генераторы помех, желательно направить антенну на телевышку.

Антенна типа DIPOL 19/21-69 — принимает сигнал на расстоянии до 50 километров. Требует установки на возвышенность 8-10 метров и чёткого направления на источник сигнала. В связке с усилителем, способна принимать цифровой сигнал на расстоянии до 80-100 километров. Отличные характеристики данной антенны, делают её одним из лучших вариантов для приёма сигнала в формате DVB-T2 на удалённом расстоянии от ретранслятора.

Если вы живёте не далеко от телевышки, то вполне можете сделать простейшую антенну для приёма сигнала в DVB-T2 формате своими руками:

1. Отмерьте от коннектора 15 сантиметров антенного кабеля.
2. Снимите с обрезанного края 13 сантиметров внешней изоляции и оплётки, оставьте только медный стержень.
3. Сверяясь с картинкой телевизора, выставите стержень в нужном направлении.

Всё антенна готова! Нужно отметить, что такая примитивная антенна не способна обеспечивать качественный и устойчивый сигнал на удалённом от телевышки расстоянии и в местах с источниками помех.

Антенна — петлевой вибратор

Антенна более простой конструкции — петлевой вибратор, называемый также шлейф-вибратор Пистолькорса, показана на рис. 2. Оба плеча этого вибратора выполнены в виде короткозамкнутых шлейфов с длиной каждого, приблизительно равной 1/4 длины волны. Середина верхней неразрезанной части вибратора является точкой нулевого потенциала, что позволяет в этой точке крепить вибратор к металлической мачте без изоляции.

Рис. 2. Антенна — петлевой вибратор.

Петлевой вибратор выполняют из тех же материалов, что и разрезной. Радиус закругления концов петлевого вибратора не имеет значения. В точках питания концы трубок можно расплющить.

Коэффициент укорочения полуволнового петлевого вибратора значительно меньше зависит от диаметра трубки, лем коэффициент укорочения разрезного вибратора. Поэтому длина петлевого вибратора, выполненного из трубок диаметром 10…20 мм, практически остается неизменной. Механическое соединение петлевого вибратора с мачтой можно выполнять любым способом: сваркой, заклепочным или винтовым соединением без изоляции.

Входное сопротивление петлевого вибратора составляет 292 Ома, но обычно приближенно его считают равным 300 Ом. Некоторые из первых отечественных телевизионных приемников имели симметричный антенный вход с входным сопротивлением также 300 Ом, и с такими телевизорами петлевой вибратор мог соединяться симметричным высокочастотным кабелем КАТВ с волновым сопротивлением 300 Ом.

Для подключения к петлевому вибратору 75-омного коаксиального кабеля необходимо симметрирующе-согласующее устройство в виде полуволновой петли, которое показано также на рис. 2. Полуволновая петля уменьшает входное сопротивление антенны в 4 раза, ее выполняют из кабеля любой марки. Длина ’ петлевого вибратора В и длина петли в развернутом виде П для любого метрового канала приведены в табл. 2.

Таблица 2. Размеры антенны полуволновый петлевой вибратор.

Если разрезной вибратор узкополосный и может принимать сигналы только того канала, на который рассчитана его длина, то петлевой вибратор имеет более широкую полосу пропускания. Поэтому он может удовлетворительно принимать сигналы по двум-трем каналам, соседним по частоте. При этом необходимо иметь в виду, что второй и третий, пятый и шестой каналы не являются соседними по частоте, между ними значительный частотный интервал.

Вместо четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа симметрирование полуволнового разрезного вибратора можно осуществить с помощью устройства на ферритовом кольце. Так же симметрирование и согласование с фидером петлевого вибратора можно выполнить без полуволновой петли с помощью такого же устройства на ферритовом кольце.

Такое симметрирование и согласование более компактно. Однако во втором случае сложнее герметизация, необходимая для наружной антенны во избежание попадания влаги. В то же время, шлейф или петля в герметизации не нуждаются.

Обе рассмотренные антенны (полуволновые разрезной и петлевой вибраторы) ориентируются по направлению на передатчик так, чтобы они располагались в плоскости, перпендикулярной этому направлению. Однако ориентирование должно контролироваться по изображению на экране телевизора, которое должно иметь максимальную четкость по горизонтали и устойчивую синхронизацию, контрастность же картинки не обязательно должна получаться максимальной. Лучше всего ориентировать антенну при приеме телевизионной испытательной таблицы.

Простейшие антенны в диапазоне дециметровых волн обычно не применяют, так как в этом диапазоне требуется получить от антенны ощутимое усиление из-за меньшей напряженности поля.

Никитин В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.Б. — 100 и одна конструкция антенн.

Общие сведения

Структура зеркальной антенны

Типовая суммарно разностная диаграмма параболической антенны с боковыми лепестками

Типовая суммарно разностная диаграмма параболической антенны пеленгатора

Рефлектор офсетной антенны вырезан сбоку из параболоида вращения

Зеркальные антенны являются одними из самых распространённых узконаправленных антенн диапазона УКВ.

Обычно в зеркальных антеннах происходит преобразование более широкой диаграммы направленности облучателя в узкую диаграмму направленности самой антенны.

Кромка зеркала и плоскость Z образуют поверхность, называемую раскрывом зеркала. При этом радиус R называется радиусом раскрыва, а угол 2ψ — углом раскрыва зеркала. От угла раскрыва зависит тип зеркала:

• если ψ < π/2 — зеркало называют мелким или длиннофокусным;
• если ψ > π/2 — глубоким или короткофокусным,
• если ψ = π/2 — средним.

Фокус облучателя антенны может как располагаться в фокусе зеркала F, так и быть смещённым относительно него. Если фокус облучателя расположен в фокусе антенны, то она называется . Прямофокусные антенны существуют различных размеров, в то время как осенесимметричные антенны, облучатель которых находится не в фокусе зеркала, обычно не превышают в диаметре более 1,5 м. Такие антенны часто называют . Преимущество офсетной антенны — это бо́льший коэффициент усиления антенны, что обусловлено отсутствием затенения раскрыва зеркала облучателем. Рефлектор офсетных антенн представляет собой боковую вырезку из параболоида вращения. Фокус облучателей в таких антеннах расположен в фокальной плоскости рефлектора.

Зеркальная антенна может иметь дополнительное эллиптическое зеркало (двухзеркальная ) или дополнительное гиперболическое зеркало (двухзеркальная ), с фокусами, расположенными в фокальной плоскости зеркальной антенны. При этом облучатель расположен в фокусе дополнительного зеркала.

Зеркальная антенна может иметь одновременно несколько облучателей, расположенных в фокальной плоскости антенны. Каждый облучатель формирует диаграмму направленности, направленную в нужном направлении. Облучатели могут работать в разных диапазонах волн (С, Ku, Ka) или каждый одновременно в нескольких диапазонах.

Расположение фокуса и фокальной плоскости зеркала антенны не зависит от рабочего диапазона волн.

В зависимости от поставленных задач и облучателя зеркальная антенна формирует одну узконаправленную суммарную, суммарно-разностную диаграмму направленности (для пеленгаторов) или одновременно несколько разнонаправленных диаграмм — при использовании нескольких облучателей.

Типы

Параболические антенны отличают их формы:

• Paraboloidal или блюдо – отражатель сформированы как параболоид, усеченный в круглой оправе. Это — наиболее распространенный тип. Это излучает узкий луч формы карандаша вдоль оси блюда.
• Окутанное блюдо – Иногда цилиндрический металлический щит присоединено к оправе блюда. Саван ограждает антенну от радиации от углов вне главной оси луча, уменьшая sidelobes. Это иногда используется, чтобы предотвратить вмешательство в земные микроволновые связи, где несколько антенн, используя ту же самую частоту расположены близко друг к другу. Саван покрыт внутри с микроволновым впитывающим материалом. Саваны могут уменьшить назад радиацию лепестка на 10 дБ.
• Цилиндрический – отражатель изогнут только в одном направлении и квартире в другом. Радиоволны прибывают в центр не в пункте, а вдоль линии. Подача иногда — дипольная антенна, расположенная вдоль центральной линии. Цилиндрические параболические антенны излучают веерообразный луч, узкий в кривом измерении и широкий в некривом измерении. Кривые концы отражателя иногда увенчиваются плоскими пластинами, чтобы предотвратить радиацию концы, и это называют антенной коробочки для пилюль.
• Имеющие форму остронаправленные антенны – современные антенны отражателя могут быть разработаны, чтобы произвести луч или лучи особой формы, а не просто узкие лучи «карандаша» или «поклонника» простого блюда и цилиндрических антенн выше. Два метода используются, часто в комбинации, чтобы управлять формой луча:
• Имеющие форму отражатели – параболическому отражателю можно дать некруглую форму и/или различные искривления в горизонтальных и вертикальных направлениях, чтобы изменить форму луча. Это часто используется в радарных антеннах. Как общий принцип, чем шире антенна находится в данном поперечном направлении, тем более узкий радиационный образец будет в том направлении.
• Антенна «Апельсиновой корки» – Используемый в радарах поиска, это — длинная узкая антенна, сформированная как письмо «C». Это излучает узкий вертикальный вентилятор сформированный луч.
• Могут использоваться множества корма – Чтобы произвести луч произвольной формы, вместо одного рожка подачи, множества рожков подачи, сгруппированных вокруг фокуса. Питаемые множеством антенны часто используются на спутниках связи, особенно прямых ретрансляционных спутниках, чтобы создать радиационный образец передачи информации из космоса, чтобы покрыть особый континент или зону охвата. Они часто используются со вторичными антеннами отражателя, такими как Cassegrain.

Параболические антенны также классифицированы типом подачи, то есть, как радиоволны поставляются антенне:

• Осевая или передняя подача – Это — наиболее распространенный тип подачи, с антенной подачи, расположенной перед блюдом в центре, на оси луча, указанной назад к блюду. Недостаток этого типа — то, что подача и ее поддержки блокируют часть луча, который ограничивает эффективность апертуры только 55-60%.
• Вне оси или подача погашения – отражатель — асимметричный сегмент параболоида, таким образом, центр и антенна подачи, расположены одной стороне блюда. Цель этого дизайна состоит в том, чтобы переместить структуру подачи из пути луча, таким образом, это не блокирует луч. Это широко используется в домашних блюдах спутникового телевидения, которые являются достаточно маленькими, что структура подачи иначе заблокировала бы значительный процент сигнала. Подача погашения может также использоваться в многократных проектах отражателя, таких как Cassegrain и Gregorian, ниже.
• Cassegrain – В антенне Cassegrain подача расположена на или позади блюда и исходит вперед, освещая выпуклый hyperboloidal вторичный отражатель в центре блюда. Радиоволны от подачи размышляют, замедляют вторичный отражатель к блюду, которое формирует коммуникабельный луч. Преимущество этой конфигурации состоит в том, что подача, с ее волноводами и электроникой «фронтенда» не должна быть приостановлена перед блюдом, таким образом, это используется для антенн со сложным или большим кормом, таким как большие антенны спутниковой связи и радио-телескопы. Эффективность апертуры находится на заказе 65–70%
• Грегорианский – Подобный Cassegrain проектируют за исключением того, что вторичный отражатель вогнутый, (эллипсоидальный) в форме. Эффективность апертуры более чем 70% может быть достигнута.

Как найти спутниковые каналы

Здесь можно пойти двумя путями. Посмотреть на соседские квартиры или дома, возможно у кого-то стоит уже спутниковая тарелка, тогда нужно ориентироваться на такое же её положение при настройке. Ну а можно узнать координаты долготы и ширины своего города, а затем, уже отталкиваясь от них настраивать спутниковую антенну.

Однако перед этим необходимо будет настроить спутниковый ресивер на определённые транспондеры. Списки обновлённых транспондеров несложно сегодня скачать в интернете, в них имеются данные про телевизионные каналы, транслируемые с того или иного спутника, на который и будет производиться настройка.

Настройка спутниковой антенны по ресиверу дело не слишком быстрое, как по специальным приборам. Если месторасположение спутника примерно известно, то антенна разворачивается в ту сторону, затем подсоединяется кабель от её головки к ресиверу. При включенном телевизоре с ресивером и происходит настройка спутниковой тарелки.

При этом тарелка вращается очень медленно, сначала в горизонтальном направлении. При отсутствии сигнала она несколько поднимается или опускается вниз, и дальше вращается по горизонтали. Во время вращения спутниковой тарелки, уровень сигнала и качество выбранного транспондера, показываемые ресивером, будут изменяться. По ним то и можно определить силу сигнала, а затем и настроить канал.

Как изготовить по шаблону параболическую антенну

Лекала возможно вырезать с двух сторон относительно тарелки: внешней и внутренней. Читателям внимательным уже понятно, как действовать. Сказали, что проверим шаблон с фольгой, стало быть, обрезка велась внешних частей, получилась вогнутая чаша. Скажем больше: можете взять уже готовую параболическую антенну и по образу и подобию лепить свои в любом количестве. Кто знаком с изготовлением игрушек из папье-маше, уже поняли:

Самодельная параболическая антенна начинается со смачивания чаши и выстилания газетой в один слой.
Тонкая ткань, смоченная клеем, ложится в один слой

Важно не образовать складки и сохранить фактор формы.
Застывший образец аккуратно изымается, с обратной стороны обклеивается слоями, пока не наберет заданную прочность.
Готовая болванка оклеивается тонкой фольгой для создания проводящего слоя и образования зеркала. Готовая конструкция вполне способна к приему спутникового вещания.

Кстати, геометрический фактор выдерживается, не чтобы волны попали в раскрыв, а чтобы попали электромагнитные колебания в одной фазе. Отклонения от формы мгновенно нарушают работоспособность изделия. А что касается раскрыва конвертера, положение не столь критично. Сделать параболическую антенну самостоятельно не просто. Пробуйте, через некоторое время получится дельная конструкция.