Самодельная многоэлементная антенна харченко для модема 3g. Расчет антенны Харченко (зигзагообразной)

Рассматривая особенности антенны Харченко , мы с вами, уважаемый аноним, отмечали что на западе эта антенна именуется "Trevor Marshall"s antenna" в честь того, кто одним из первых в 2001 году предложил ее использование в сетях Wi-Fi . Директор центра аутоиммунных болезней профессор Тревор Маршалл (США) является по совместительству квалифицированным радиолюбителем. На его персональном сайте можно найти описание этой самой конструкции , которую он использовал как облучатель для зеркальной антенны . Давайте рассмотрим ее и пересчитаем для 3G-4G сетей...

Маршалл использовал рефлектор 110x110 мм. Однако он отмечает, что если антенна будет использоваться самостоятельно, а не как облучатель тарелки, то рефлектор лучше сделать со сторонами 123x123 мм, т.е равными длине волны Wi-Fi диапазона. По краям рефлектор имеет "губки" высотой 30 мм, которые примерно на 6 dB уменьшают задний и боковые лепестки диаграммы направленности антенны. Антенна была рассчитана в программе 4NEC2 , файл модели для этой программы можно скачать у нас . Общий 3D-вид диаграммы направленности для Bi-Quad антенны, который выдает 4NEC2, можно видеть на рисунке. В авторской статье позади рефлектора припаяна трубка, которая выполняет исключительно роль крепежного элемента и не выполняет какой-то особой функции. Автор отмечает, что если конструкция собрана аккуратно, то симметрирующие устройства не требуются. Маршалл предлагает использовать провод диаметром 1,2 мм. В испытании антенны приняли участие большое количество радиолюбителей из разных стран и пришли к выводу, что диаметр провода для перекрытия всего Wi-Fi диапазона надо брать больше. Анализ показывает, что при увеличении диаметра с 1,2 до 1,6 мм КСВ на центральной частоте увеличивается с 1,14 до 1,22 что незначительно, а усиление антенны уменьшается на 1 dB, что также не много. При этом антенна перекрывает все 14 каналов Wi-Fi.

Расчетное усиление антенны около 10 dBi, входное сопротивление - 50 Ом. На основании NEC-модели нами создан онлайн калькулятор, с помощью которого можно пересчитать размеры антенны на другие частоты. Схематическое изображение антенны:

Есть у меня еще один проверенный вариант антенны под 3g модем Украинского оператора Интертелеком .
Антенна Харченко, как ее еще называют (она же би-квадрат), имеет вид двух квадратов по 87,25мм. на каждую сторону квадрата согнутым под углом 90 градусов. Медную жилу толщиной 4мм. и длинной 698мм. разделяем на 8 ровных частей и изгибаем как показано здесь:

Расчет можно было делать программой специальной, но я решил по старинке, калькулятором.
Рабочую частоту модема взял среднюю - 850мГц.+/-50мГц., Такие выводи сделал из того, что мне в интернетмагазине где покупал сам модем, предлагали антенну на частоту 800мГц. с усилением 25dBm. Вот и решил за два вечера собрать по этим цифрам антенну. И скажу вам, что антенна получилась вполне нормальной.

Рассчитываем длину волны, для этого разделяем скорость распространения радиоволн (300000 км/сек) на частоту: 300000 / 860000 = 0, 349м. Периметр рамки должен быть равен длине волны, то есть 349мм., тогда сторона квадрата будет составлять: 349 / 4 = 87,25мм. Во многих же источниках даны стороны разной длины - от 27 до 53 мм… . Очевидно, что такие антенны рассчитаны уже на другой диапазон частот (GSM или Wi-Fi или вообще неведомые мне) и хорошо работать будут только в этом диапазоне.
Скрин программы с показаниями без:

И с антенной:

Как видно из показаний, скорость интернета у меня не ахти сегодня (оператор жмот), но усиление значительно выросло и помех стало меньше. А может нужно по крыше побегать, найти место подходящее, днем замерял скорость, была значительно большей.
Сейчас немного о рефлекторе. Рефлектор можно сделать из любой металлической пластины или даже из сетки/решетки с мелкими ячейками. Можно также взять, например, фанеру или толстый картон и наклеить на него фольгу. Расстояние от рефлектора до антенны тоже важно, от этого зависит, например, входное сопротивление. Теоретически (из других источников) это расстояние должно составлять четверть длины волны, в нашем случае: 349 / 4 = 87,25 мм. Но у меня лично хорошо работает на расстоянии 40мм.
И еще, коаксиальный кабель брал сопротивлением 75 Ом, длиной 10м.

Обновлено на следующий день:
Как я говорил, нужно просто побегать по крыше поискать самое стабильное место для лучшего качества связи. Крутил влево и вправо пока не нашел нужное положение. Закрепил надежно так как наклон в какую либо сторону и сигнал сбивается.
Вот этому доказательство, сигнал вырос до 2.4576 Mbps.

Кажется все.
Удачи.

С момента появления радиосвязи очень актуальным был вопрос использования антенны. В 1961 году инженер Харченко предложил конструкцию, состоящую из двух ромбов. С ее помощью он ловил американские передачи.

Эволюция

Антенна, придуманная Харченко, представляет собой двойной квадрат из толстой медной проволоки. Незамкнутыми углами квадраты соединяются между собой, и в этом месте к ним подключается телевизионный кабель. Для улучшения направленности сзади устанавливается решетка из токопроводящего материала.

Периметр каждого квадрата равен длине волны, на которую настроен приём. Диаметр провода для 1-5 телевизионных каналов должен быть около 12 см. Из-за этого для радиосвязи и телевидения метрового диапазона (1-12 каналы) она получается очень громоздкой. Для облегчения конструкции использовалась прокладка тремя проводами меньшего сечения, но все равно она имела большой вес и габариты.

Вторую жизнь зигзагообразная антенна, созданная Харченко, получила, когда появилось эфирное вещание в ДМВ диапазоне. Все помнят ромбы, круги, треугольники и другие самодельные фигуры в качестве ТВ антенны для приёма дециметровых волн, которые висели у многих людей на балконах и за окнами. Они были одним из признаков того времени.

В 2001 году профессор Тревор Маршалл (США) предложил использовать эту конструкцию в сетях Bluetooth и WiFi.

О том, какие устройства есть для этих целей, и как делается такая антенна своими руками, рассказывает эта статья.

Можно использовать один чертеж зигзагообразной антенны для всех диапазонов. Различия только в размерах.

Антенны для телевизора

Телевидение метрового диапазона практически отсутствует, и зигзагообразная антенна Харченко для приема этих каналов не применялась из-за больших габаритов. Поэтому в этой статье рассказывается только о применении её для ДМВ и DVB-T2.

Улучшение приёма ДМВ

Для приёма ДМВ диапазона зигзагообразная антенна имеет следующие размеры:

• L1 (внешняя сторона квадрата) – 141.8 мм;
• L2 (внутренняя сторона квадрата) – 135.6 мм;
• L3 (длина рамки) – 397.4 мм;
• L4 (ширина рамки) – 198.7 мм;
• L5 (зазор для подключения) – 8.4 мм;
• D (высота стоек) – 65 мм;
• B (ширина экрана) – 565 мм;
• H (длина экрана) – 565 мм;
• диаметр проволоки – 9.6 мм;
• количество проволоки – 1166.9 мм.

Она получается достаточно широкополосной и не требует дополнительной настройки. Подключается с помощью куска телевизионного кабеля. Волновое сопротивление – около 50 Ом. Антенна хорошо согласуется с коаксиальным кабелем сопротивлением как 50, так и 75 Ом. Для улучшения широкополосности её можно изготовить не из проволоки, а из медной или алюминиевой полосы и соединить заклепками. Медную полосу можно дополнительно пропаять. Длина полосы считается между отверстиями для заклепок.

Если воспользоваться антенным усилителем, то второй квадрат не нужен, можно взять только один.

Улучшение приёма Т2

Цифровое ТВ DVB-T2 ведется на частотах ДМВ диапазона на каналах 21-69 способом мультиплекс. Следовательно, конструкция для Т2 нужна тех же размеров, что и антенна для цифрового телевидения диапазона ДЦВ. Однако современные телевизоры при слишком сильном сигнале блокируют его. Поэтому, если передатчик для T2 находится слишком близко, а вы хотите использовать старую рамку для DVB-T2, то может потребоваться более слабый усилитель для цифрового телевидения, придется отрезать один квадрат или снять экран с обратной стороны. Можно также сделать такое устройство для t2 своими руками или использовать антенну для цифрового ТВ, сделанную в виде круга, длиной 555 мм. Для цифрового ТВ этого достаточно.

Конструкции для интернета, 3g и мобильной связи

Для мобильной связи, Bluetooth, 3g и WiFi используются настолько короткие волны и высокие частоты, что всё устройство имеет в длину порядка 10 см и изготавливается по одному чертежу для всех диапазонов. Отличия только в размерах, которые можно рассчитать, используя онлайн-калькулятор. Можно также использовать её для мобильного телефона.

Зигзагообразная антенна своими руками

Сделать антенну самостоятельно нетрудно. Для изготовления необходимы:

• одножильный медный провод;
• паяльник;
• плоскогубцы;
• линейка;
• коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом;
• токопроводящий материал для экрана (фольгированный гетинакс, DVD или CD диск, банка из-под шпрот и т.п.);
• стойка, обеспечивающая правильное расстояние между антенной и экраном, например, крышка от пластиковой бутылки;
• клей.

Процесс изготовления можно разделить на несколько этапов:

1. Очищают провод от изоляции;
2. С помощью линейки размечают места сгибов;
3. Плоскогубцами сгибают проволоку в ранее отмеченных местах. Чем точнее была сделана разметка, и согнута проволока, тем лучше будет приём;
4. Лудятся места присоединения кабеля;
5. Лудится кабель, либо на кабель надевается штекер, к которому припаиваются кусочки провода длиной 10-15 мм;
6. Провод припаивается к антенне;
7. На кабель последовательно одеваются стойка и экран;
8. Вся конструкция проклеивается, например, силиконом.

Улучшение приёма WiFi и Bluetooth

WiFi передается, как и другие виды беспроводной связи, радиоволнами. Поэтому для улучшения работы WiFi-роутера или других устройств также можно использовать эту конструкцию. По отзывам, если в качестве экрана использовать параболическую тарелку (как вариант можно выгнуть из консервной банки), то усиление достигает 31 дБ. При использовании самодельного отражателя его кривизна подбирается опытным путем. Для этого на аппарате, на который передается сигнал, нужно установить программу, показывающую уровень сигнала и, меняя кривизну экрана, следить за ним.

Расчет производится на частоту 2445 МГц.

• L1 (внешняя сторона квадрата) – 30.8 мм;
• L2 (внутренняя сторона квадрата) – 29.6 мм;
• L3 (длина рамки) – 84 мм;
• L4 (ширина рамки) – 43 мм;
• L5 (зазор для подключения) – 1.9 мм;
• D (высота стоек) – 13.6 мм;
• B (ширина экрана) – 122 мм;
• H (длина экрана) – 122 мм;
• диаметр проволоки – 2.5 мм;
• количество проволоки – 256.6мм.

Важно! Чем точнее выдержаны размеры, тем лучше будет приём.

В качестве экрана можно использовать кусочек фольгированного гетинакса для печатных плат. Для механической прочности экран припаивается к оплетке провода.

В качестве экрана можно использовать CD или DVD диск. На диске есть тонкий слой фольги, на котором записывается информация. В этом случае сделать антенну можно в боксе для CD дисков.

Устанавливают антенну Харченко горизонтально. Это связано с поляризацией сигнала.

Bluetooth использует те же частоты, что и WiFi. Поэтому нужна антенна диапазона WiFi и тех же размеров.

Подключение к роутеру

Если в роутере есть разъем для подключения внешней антенны, то к концу кабеля припаивается штекер и вставляется в разъем.

Если его нет, то для подключения нужно вскрыть модем и припаять кабель к плате. Чем короче провод, тем лучше. Мощность роутера небольшая, и потери в кабеле имеют иногда решающее значение.

Внимание! Эту работу могут выполнить только опытные специалисты. Вскрытие прибора приведет к потере гарантии.

Подключение к ноутбуку

В ноутбуках WiFi платы встроенные для мобильности и уменьшения габаритов. Поэтому внешней антенны нет, а внутренняя – маломощная. Чтобы подключиться к ней, необходимо разбирать ноутбук и точно знать, где она расположена. Но существует альтернативный вариант с использованием USB WiFi-адаптера с антенной. Разделав ее, можно найти центральную жилу и экран. К ним соответственно припаивается коаксиальный кабель. Идеальным вариантом будет установка прямо на адаптер с целью уменьшения потерь в кабеле.

Улучшение приёма 3g

Современный мобильный интернет использует стандарт 3g с частотой сигнала 2100 мГц и длиной волны 143 мм. Следовательно, размеры будут следующие:

• L1 (внешняя сторона квадрата) – 37.1 мм;
• L2 (внутренняя сторона квадрата) – 35.5 мм;
• L3 (длина рамки) – 104 мм;
• L4 (ширина рамки) – 52 мм;
• L5 (зазор для подключения) – 2.2 мм;
• D (высота стоек) – 17 мм;
• B (ширина экрана) – 148 мм;
• H (длина экрана) – 148 мм;
• диаметр проволоки – 2.5 мм;
• количество проволоки – 305.4 мм.

Конструктивно антенна 3g не отличается от конструкции для WiFi.

Подключение к модему 3g

Эффективнее всего подключить кабель внутри роутера, но для этого нужно быть специалистом в области ремонта аппаратуры мобильной связи. Для всех остальных можно предложить другой способ.

Соединение беспроводным способом

Для этого отрезается два куска медной или латунной фольги, шириной 45 и 27 мм и длиной достаточной, чтобы обернуть модем и спаять края. С широким отрезком так и поступаем, припаиваем к нему центральную жилу кабеля и одеваем на модем. Вместо широкого куска фольги можно зачистить 15-20 см провода и плотно обмотать модем. Узкий кусок сгибается полукругом и припаивается к оплетке кабеля. Опытным путем подбирается взаимное положение для лучшего приема.

Дополнительная информация. Если антенну подключить прямо к модему, без кабеля, а сам модем подключить с помощью USB-удлинителя, то можно избежать потерь в кабеле.

Подключение к смартфону или планшету

Необходимо зачистить кусок кабеля и центральной жилой обмотать 10-15 витков вокруг телефона. Можно также взять кусочек латунной или медной фольги, припаять к нему центральную жилу кабеля и вставить между задней крышкой и чехлом.

Улучшение приёма 4g

Мобильный интернет стандарта 4g использует частоту 2600 мГц с длиной волны 115 мм. Следовательно, размеры будут такими:

• L1 (внешняя сторона квадрата) – 28.9 мм;
• L2 (внутренняя сторона квадрата) – 27.6 мм;
• L3 (длина рамки) – 81 мм;
• L4 (ширина рамки) – 40.5 мм;
• L5 (зазор для подключения) – 1.7 мм;
• D (высота стоек) – 13.2 мм;
• B (ширина экрана) – 115 мм;
• H (длина экрана) – 115 мм;
• диаметр проволоки – 2 мм;
• количество проволоки – 237.9 мм.

Антенна для сотового телефона

Мобильная связь работает в двух диапазонах. Какой именно вам нужен, можно узнать на сайте своего оператора.

Сравнительные характеристики

«Двойной» Bi-Quad (двойной биквадрат)

Двойной биквадрат – это тоже антенна Харченко. Своими руками она делается аналогично обычному биквадрату. От обычного биквадрата она отличается тем, что в вершинах квадратов вместо углов расположены дополнительные квадраты. Размеры этих квадратов точно такие же, как и основные. Поэтому дополнительный расчет не нужен, можно взять расчет для обычного биквадрата. Расчет для антенны Харченко можно найти в этой статье или воспользоваться для расчёта программой онлайн-калькулятора. Провода в месте пересечения изолируются друг от друга.

Двойной биквадрат можно продолжить по той же схеме. Те, кто хотят его изготовить, легко посчитают длину провода. Это даёт дополнительное усиление.

С помощью небольших самодельных направленных антенн можно принимать сигнал на расстоянии до 2 километров. Эти самоделки – хорошая замена дорогим решениям.

Видео

Сегодня собрал один вариант самодельной 3G антенны которую называют антенной Харченка или по другому - "восьмеркой". Конечно, кто то натыкался в интернете на инструкцию по изготовлению этой антенны, ее в сети валом. За её основу взят дециметровый ромбический волновод Харченко, который и предложил использовать эту конструкцию для приема ТВ каналов в ДМВ диапазоне. Я решил протестировать варианты конструкций, которые предлагают в сети, и результаты пишу здесь. При постройке антенны для 3G модема я внес кое-какие изменения. Сразу скажу, что антенна неплохо работает, но ждать от неё супер результатов не стоит. Она помогает усилить сигнал, но если он у вас отсутствует совсем, то вряд ли она вам поможет. Если сигнала GSM нет, то лучше использовать вариант 3G антенны собранной на спутниковой антенне.
В принципе фотографии подробно иллюстрируют конструкцию антенны и как её собрать. Саму «восьмерку» делаем из медной монолитной проволоки сечением 4 мм2, её можно приобрести в любом электро магазине. С помощью плоскогубцев проволоку нужно согнуть по форме как на фото, обязательно соблюсти все размеры. Концы спаиваем вместе.

Далее нам понадобится алюминиевая пластина размером 140 х 140 мм и толщиной 2 мм. Она будет работать в качестве рефлектора. Такую пластину можно вырезать с помощью болгарки, например из старой кастрюли. Не забываем о мерах безопасности при работе с болгаркой — одеваем защитные очки! В центре пластины необходимо просверлить отверстие под кабель диаметром 8-10 мм. Теперь нужно закрепить антенну по центру рефлектора на расстоянии 36 мм. Крепёж делаем из диэлекрического материала, например пластмасс. Рефлектор с антенной ни в коем случае не должны иметь контакта.

Так как я планировал использовать антенну на улице, пришлось придумать для неё крепление. Просверлив в пластине отверстия под хомуты от польской антенны (полячки), я одел её на настенный кронштейн от спутниковой антенны. Далее нужно припаять кабель к «восьмерке» предварительно продев его через отверстие в рефлекторе.

Теперь подробнее о кабеле. В инструкции использовался коаксиальный кабель 75 Ом. Однако волновое сопротивление антенны ближе к 50 Ом, что показали замеры на осцилографе. Сам стандарт HSDPA в котором мы стремимся зарегистрироваться находится в диапазоне 2100 Мгц, токи, которые сгенерирует в системе волновым сопротивлением более 50 Ом такая волна, мгновенно затухает. Поэтому я все же использовал 50 Ом-й кабель.

К тому же проводник в таком кабеле полностью из меди и его не составит труда припаять.

Когда антенна собрана и установлена, на другом конце кабеля, который будет присоединен к модему, нужно спаять так называемое устройство согласования, с помощью его мы соединим модем с антенной. Для этого нам понадобится медная фольга, найти её можно в старых трансформаторах, или купить в радиомагазине, из такой фольги изготавливают печатные платы. Делаем из фольги то, что показано на фото, размеры желательно соблюдать.

Вырезать можно обычными ножницами, вырезав лоскутки, их нужно спаять, как показано на фото.

Фольга для оплётки должна быть размером 27х76 мм, для центральной жилы одна сторона 45 мм, вторая по размеру обхвата модема. Слишком плотно обматывать не стоит, конструкция на модеме должна только опоясать корпус модема. Фольга спаянная с оплёткой, должна как бы обволакивать по кругу модем, при этом, не касаясь центральной жили.

Если ваш модем имеет разъём для внешней антенны, то кабель можно подсоединить к нему, придумав какой-нибудь переходник, кстати, на инструкцию как можно спаять такой переходник я тоже пару раз натыкался в сети. Мой модем NOVATEL WIRELESS MC760 имеет гнездо под антенну, мне проще.
Настройка 3G антенны производится экспериментально, можно просто поворачивать её по оси кронштейна, пока не добьёмся четкого сигнала и регистрации в HSDPA или WCDMA, что будет соответствовать индикации в интерфейсе программы модема. О качестве сигнала можно судить по «палочкам». Конечно, следует сказать, что устанавливать и направлять антенну следует в сторону базовой станции, сигнал которой мы и хотим усилить.
Как я уже говорил, антенна проверенная и работает не плохо, и дает коэффициент усиления 6-8 децибел. Если ваш модем регистрировался только в GPRS/EDGE, то с помощью этой антенны вы получите четкий 3G. Вариант установки в комнате тоже рассматривается, можно придумать какую-нибудь подставку, и разместить её на подоконнике, или подвесить к потолку.

Если кто из вас, читавших, смастерил своими руками антенну Харченко для 3G , буду рад, если оставите отзывы в комментариях. Интересно узнать ваше мнение.

Схематическое изображение антенны:

Центральная и боковые стойки изготавливаются из диэлектрика. Все размеры даны по центральным осям провода. Длина провода рассчитана с учетом закругления на углах. Антенна подключается 50-омным либо 75-омным коаксиальным кабелем.
(КСВ < 1,12). Расчетный коэффициент усиления 10 dBi. Рефлектор цельнометаллический, но возможно использование сетчатого рефлектора, как на схеме. Параметры такого рефлектора можно определить воспользовавшись онлайн калькулятором рефлектора из металлической сетки .

Калькулятор обновлен 11.08.2016. При повторных расчетах не забудьте обновить кэш браузера Ctrl+F5 !

ВВЕСТИ ДАННЫЕ:

Расчет, аналогичный этому калькулятору, есть в андроид приложении Cantennator , доступном на Google play. Вы его можете загрузить на свое мобильное устройство, нажав на кнопку ниже. Не забудьте оценить приложение...

Подобные калькуляторы:

• Калькулятор другой конструкции антенны, основанной на оригинальгой статье Тревори Маршалла.

Проволоку для рамок на низкочастотных диапазонах можно заменить металлической пластиной с шириной равной расчетному диаметру провода.
Внешний вид в месте подключения (для Wi-Fi):

На низкочастотных диапазонах, для симметрирования и отсечки тока, питающий фидер желательно проложить по одной из рамок: