Антенна тройной квадрат для dvb t2 расчет

Калькулятор расчета цифровой антенны

Существует один обязательный элемент для приема цифрового ТВ. Это – антенна [*]. Очень хорошие результаты у давно известной зигзагообразной антенны [**]. Её усиление доходит до 6-7 дБ. Эта антенна достаточно широкополосна. И если рассчитать антенну на среднюю частоту лежащую между двумя мультиплексами [***], то усиление хотя и снизится на каждом мультиплексе, но будет всё равно неплохим даже без применения усилителя.

Узнать ДМВ каналы на которых вещают мультиплексы в вашей местности можно на сайте rtrs.ru. Достаточно кликнуть на карте по вашему населенному пункту.

Выберите в калькуляторе два “ваших” канала и произведите расчет цифровой антенны.

Ваш браузер не поддерживает плавающие фреймы!

Несколько слов о телевизионном кабеле
Желательно использовать качественый кабель. Обычно его цена не менее 20 руб. за 1 метр. Старый советский черный кабель, как показала практика, плохо работает на более высокочастотных каналах. Поэтому лучше сразу использовать новый.
Не забудьте купить кабель на 1 метр больше расчетной длины. Ибо при настройке как раз не хватает этих 1-2 метров. 😉

Методика настройки
Необходимо включить на телевизионном приёмнике функцию показа силы сигнала.
На цифровых приставках обычно это делается двойным нажатием на пульте на кнопку “INFO”, или однократным на кнопку “Status”.
Меняя местоположение и поворачивая антенну добиваются максимального приема. Желательно, чтобы уровень силы сигнала был не менее 40-50%. Хотя возможен прием при 7-10%.

[*] – Строго говоря, не бывает отдельных антенн для приёма аналогового или цифрового ТВ. Главное – для расчета антенн – частота приёма. Цифровому телевидению выделены частоты дециметровых волн (ДМВ). Длина волны которых составляет меньше метра, порядка десятых долей метра (т.е. десятки сантиметров).

[**] – Антенну впервые описал инженер К.П. Харченко в журнале “Радио”, №3 за 1961 год.

[***] – Мультиплекс – это набор ТВ-каналов, которые передаются на одной частоте. В России внедрены два мультиплекса по 10 ТВ-каналов на каждом передатчике. Т.е., чтобы передать 10 каналов нужен всего один передатчик, а не 10 как при аналоговом вещании. Таким образом для вещания 20 каналов используется всего два передатчика.

Расчет антенны “Тройной квадрат”

Подробнее о конструкции читайте в соответствующей статье Мы не рекомендуем антенну тройной квадрат для приема цифрового телевидения. Во всяком случае для приема нескольких мультиплексов одновременно. Почему можно подробнее прочитать здесь.

Схематическое изображение антенны:

Размеры берутся по осям провода (от центра до центра), между элементами (v-r, v-d) – от плоскости до плоскости в которых размещен каждый элемент. Плоскости параллельны друг другу. Центральные точки квадратов расположены на одной оси. Шлейф можно изгибать с сторону так, чтобы он оставался перпендикулярен нижней стороне рамки вибратора. Направление приема в сторону директора. Поляризация антенны на схеме – горизонтальная. Для вертикальной необходимо повернуть конструкцию на 90° вокруг оси, шлейфом в сторону (неважно влево или вправо). Рамки между собой крепятся с помощью диэлектриков. Допускается электрическое соединение в верхних точках рамок. Можно согнуть конструкцию из одного куска провода как на схеме справа.

Калькулятор обновлен 04.01.2015, для корректных расчетов не забудьте обновить кэш браузера Ctrl+F5!

В сетях обмена данными требуется относительно широкая полоса пропускания антенны. Для достижения этого приходится применять для изготовления антенны толстый провод. Однако в других случаях, например если антенна предназначена для приема одного мультиплекса в цифровом телевидении, толщину провода можно уменьшить. Данный калькулятор доработан с учетом этого. Вы можете выбрать один из 4-х вариантов антенны: входное сопротивление антенны 50 ом с толстым и тонким проводом и входное сопротивление антенны 75 ом также с толстым и тонким проводом. Частоты телевизионных каналов можно посмотреть здесь.

Расчет антенны “Тройной квадрат” добавлен в наше приложение для андроид Cantennator. Тапайте на QR-код, если вы зашли сюда с мобильного или планшета или сканируйте этот код мобильным, если вы смотрите эту страничку на мониторе десктопа чтобы перейти на Google Play для загрузки. Не забудьте оценить приложение и оставить отзыв.

Земля на УКВ или демистификация антенн двойной/тройной квадрат

В 1959 году в №4 журнала «Радио» вышла эпохальная статья энтузиаста дальнего приема телевидения Сергей Кузьмича Сотникова о применении антенн «двойной и тройной квадрат» для дальнего приёма телевидения на МВ (а позже и на ДМВ).

Заявленные феноменальные характеристики 10-12 dBi для двойного квадрата и 16-17 dBi для тройного квадрата взбудоражили умы советского радиолюбительского сообщества и на многие десятилетия предопределили огромный успех таких антенн на МВ и ДМВ: описания этих антенн кочевали из книги в книгу, из журнала в журнал. Повторили их тысячи советских граждан.
Хотя эти характеристики очень сильно завышены, они всё же базировались на публикациях авторитетных исследователей: Сэм Лесли (W5DQV, публикация 1955 года), Дика Бирда (G4ZU), Ротхаммеля (со ссылкой на Лесли и Бирда).

В 1962 году Владимир Павлович Шейко-Введенский (UB5CI) опубликовал в издательстве ДОСААФ книгу «Антенны любительских радиостанций» где тоже есть упоминания 13 dBi от двойного квадрата.

Большое обилие авторитетных источников определило, что в корне неверные выводы Сотникова пользуются популярностью даже в 2018 году.

Попробуем разобраться, где здесь правда граничит с мистификацией

В книге Ротхаммеля (перевод Кренкеля 1967 года) рассмотрены КВ антенны диапазона 20, 15 и 10 метров (14, 21 и 30 МГц).

Со ссылкой на радиолюбителей Сэма Лесли (Оклахома, W5DQV, публикация результатов обширных экспериментов с квадратами 1955 года), и Дика Бирда (G4ZU, Англия) утверждается, что антенны двойной квадрат на этих диапазонах имеют направленность от 10 до 13 dBi (от 8 до 11 dBd)

Симуляция в 4NEC2 с землей (режим реальной земли Зоммерфельда-Нортона) полностью подтверждает эти наблюдения: с проводимостью земли «moderate» можно получить 12.4 dBi, а с «perfect conductor» 13.8 dBi при высоте подвеса антенны 1λ.

Следует отметить, что в опытах Лесли и Бирда измерение dBd производилось не относительно реально построенного диполя, а измерением напряженности поля на некотором расстоянии, при известной мощности в антенне TX и сравнением измеренной напряженности с расчетной по формуле Фрииса.

Дело в том, что обычный диполь Герца, который имеет 2.13 dBi, при высоте подвеса 1λ на КВ формирует двулепестковую ДН с максимумом 8.2 dBi. Т.е. сам диполь за счет земли имеет преимущество над собой 6.1 dBd

Измерения Лесли и Бирда приведены относительно мнимого диполя 2.13 dBi, а не переключением поочередно антенны «двойной квадрат» и диполь.

Практически идентичную «двойному квадрату» диаграмму направленности имеет и 2-элементный волновой канал (рефлектор + вибратор): 11.8 dBi при высоте подвеса антенны 1λ с проводимостью земли «moderate». Форма основного и 3 боковых лепестков почти идентична ДН двойного квадрата.

Так как на КВ не бывает антенн в свободном пространстве, методика и полученные данные полностью релевантные и имеют практическое применение. Измерение этих антенн в свободном пространстве на КВ выполнить невозможно.

Моделирование же в 4NEC2 дает 7.73 dBi для двойного квадрата и 6.95 dBi для 2-элементного волнового канала.

В 1962 году в издательстве ДОСААФ радиолюбитель из Харькова Владимир Павлович Шейко-Введенский (UB5CI) публикует книгу «Антенны любительских радиостанций». В этой антенны «двойной квадрат» описаны в главе «КВ антенны». Шейко дает совершенно правильное описание принципа работы — «система из двух противофазно возбуждаемых четвертьволновых горизонтальных излучателей».

Приведены размеры и способы питания для диапазонов 20, 15 и 10 метров (14, 21 и 30 МГц).

В главе «УКВ антенны» Шейко упоминает такие антенны, хотя и не рекомендует их. Об направленных свойствах Шейко говорит: «известны следующие данные об усилении рамочных антенн: двойной квадрат — 9-11 дБ (8-13 раз), тройной квадрат 14-15 дБ (25-32 раза).

Если эти данные приведены для свободного пространства, то они противоречат данным в предыдущей главе о КВ антеннах, ведь с землёй будет значительно больше. Если эти данные приведены с учетом земли (экстраполируя направленность на КВ) — то на УКВ земля не работает как бесконечный плоский проводник, о чем детально написано в книге Гончаренко „Глава 12.1.2 Земля на УКВ“

Таким же путём как Шейко, тремя годами ранее в 1959 году пошел энтузиаст Сергей Сотников.

Чтобы как-то объяснить невероятную направленность такой простой антенны, Сотников выдвинул гипотезу, что у рамочного вибратора 4 рабочих элемента и она эквивалентна 2-этажной ФАР из 2-элементных волновых каналов.

Но 2-этажная ФАР возбуждается синфазно — на каждом этаже направление токов одинаковое. В рамочной же антенне, на разных этажах токи текут противофазно, это описано и в книге Ротхаммеля и Шейко, и следует из простых умозаключений — длина горизонтальной и вертикальной части каждого плеча λ/2, поэтому на верхнем этаже ток течет в противофазе.

Рамочный вибратор с периметром 1λ имеет близкую к изотропной направленность, с небольшим усилением перпендикулярно плоскости и небольшим ослаблением в стороны. В зависимости от формы такой рамки существенно меняется её волновое сопротивление и очень незначительно меняется направленность.

Если рамка максимально широкая и имеет минимальную высоту — получаем полуволной петлевой вибратор Пистолькорса. Его сопротивление максимально возможное и близко к 300 Ом, а точное значение зависит от диаметров верхней и нижней труб. Направленность равна 2.13 dBi, как и у разрезного диполя Герца.

При уменьшении ширины петли и увеличении высоты — сопротивление Ra падает, а форма ДН изменяется очень незначительно. Если ширина стремится к нулю, а высота к λ/2 мы получаем линию передачи длиной λ/2 короткозамкнутую на конце. Ra такой линии равно 0.

В зависимости от соотношения высоты/ширины и формы рамки — можно получать Ra от 0 до 300 Ом. При квадратной рамке с длиной сторон λ/4, сопротивление около 135-140 Ом, а ДН имеет максимумы вперед/назад по 3.48 dBi (1.35 dBd). Возможны и любые другие формы — круглая рамка, треугольная, „гантеля“, „парашют“ и даже неправильные формы.

Электрических преимуществ той или иной формы 1λ рамки почти нет. Рамка с меньшей шириной имеет конструктивное преимущество — она более механически прочная при меньшем сечении проводника чем вибратор Пистолькорса. На КВ возможно изготовить квадраты из тонкого гибкого провода, натянув их на крестообразные распорки. Именно механические преимущества и дешевизна определили популярность квадратов у коротковолников по сравению с волновыми каналами, которые имеют весьма схожие электрические характеристики, но требуют мощных труб + траверсу + растяжки для поддержания длинных труб.

Кроме многократно завышенных данных о направленности квадратов на УКВ, Сотников приводит неправильные данные как по размерах (очень большой промах по резонансу) так и по сопротивлению излучения и согласованию.

В размерах приведенных для 12-го канала МВ (222-230 МГц) из прутка 6 мм, резонанс наступает на частоте 242 МГц (HFSS) и 245 МГц (4NEC2). Ra=150 Ом и 167 Ом соответственно.
Для подключения такой антенны к линии передачи 75 Ом необходимо изготовить симметрирующе-согласующее устройство (ССУ, балун) 2:1. При подключении через балун 1:1 даже на резонансной частоте КСВ не может быть меньше 2. На частотах ниже резонансной резко падает Ra и растет отрицательная (ёмкостная) реактивность.

На частоте 222 МГц КСВ75=6.8 (NEC2) или КСВ75=8 (HFSS).

Ку на резонансной частоте 7.19 dBi (HFSS) и 6.67 dBi (NEC2). Форма главного и боковых лепестков в разных программах — почти идентичная.

Результаты симуляции по размерах для 12-го канала МВ в HFSS и 4NEC2

Выводы

1. Рамочный вибратор с периметром 1λ любой формы формирует близкую к изотропной диаграмму направленности. Есть небольшое усиление перпендикулярно плоскости рамки — для полуволновой петли равное 2.13 dBi, а для квадратной рамки около 3.5 dBi.
2. При добавлении рефлектора к рамке её направленность можно увеличить до 6.95 dBi для 2-элементного волнового канала или до 7.73 dBi для двойного квадрата.
3. На частотах ниже 50 МГц размещение любой антенны на небольшой высоте над землёй (в единицы лямбд) очень существено изменяет результирующую ДН. 2.13 dBi диполь превращается в 8.2 dBi, 6.95 dBi волновой канал превращается в 11.8 dBi, 7.73 dBi двойной квадрат превращается в 12.4 dBi.
4. Данные по направленности описанные у Лесли, Бирда, Ротхаммеля и Шейко — относятся к низкоподвешенным над землёй антеннам, к которым относятся практически все КВ антенны.
5. Сергей Сотников экстраполировал производительность КВ антенн двойной квадрат на УКВ, почему этого делать нельзя — написано в „Главе 12.1.2 Земля на УКВ“ книги Гончаренко.
6. Чтобы обосновать такую огромную направленность квадратов — Сотников кардинально переписал принцип работы квадрата, сравнив его с 2-этажной ФАР из полуволновых диполей и волновых каналов.
7. Реальная направленность антенн двойной и тройной квадрат незначительно (менее 1 dB) превосходит направленность 2 и 3-элементных волновых каналов.
8. Волновое сопротивление двойного квадрата (с разносом 0.15λ) близко к 150 Ом. Для работы на 75 Ом необходимо ССУ 2:1, а для 50 Ом — ССУ 3:1. При работе через ССУ 1:1 КСВ не может быть 6 уже при 535 МГц, а на 470 МГц КСВ150=35
   Направленность на резонансной частоте 6.88 dBi, F/B=12.77 dB

Изготовить ССУ 2:1 на ДМВ диапазон крайне сложно, поэтому производитель даже не пытался.

Антенна комплектуется печатным эквивалентом полуволновой петли, которая работает как трансформатор 4:1, но только когда электрическая длина петли L/2. Такое ССУ по определению узкополосное (одноканальное). При нагрузке на 75 Ом, входное сопротивление такого ССУ 300 Ом. Но производитель укомплектовал антенну кабелем 50 Ом (хотя телевизоры и тюнеры все 75 Ом). Возможно производитель посчитал что 200 ближе к 150 чем 300, и для уменьшения отражения на границе антенна кабель пожертвовал дополнительным отражением на границе кабель телевизор.

При нагрузке 300 Ом (платы симметризации или усилители типа SWA/PAE/ALN) антенна имеет КСВ около 2 в диапазоне 616-750 МГц.

При нагрузке 75 Ом (четвертьволновый трансформатор, как в схемах Сотникова) антенна сильно рассогласована везде, но в узком участке 577-608 МГц КСВ опускается до 2.

Направленность излучения вперёд на уровне 6.7 dBi антенна сохраняет от 540 до 860 МГц.
На частоте 500 МГц F/B падает до 0 (и вперёд и назад излучается по 5.2 dBi)

Такая антенна по сложности изготовления и по стоимости превышает 3-элементный волновой канал „Волна-1“ розничной стоимостью $3.5

А по электрическим характеристиками существенно проигрывает ей

Расчет и сборка антенны «тройной квадрат» для DVB-T2

Одной из популярных дециметровых антенн является «тройной квадрат». В народе часто называется в честь популяризатора «антенной Сотникова». Представляет собой простое, но эффективное приёмное устройство, которое легко сделать самостоятельно. Однако для того, чтобы оно работало, необходимы не только прямые руки и терпение, но и правильный расчёт.

Почему это одна из лучших антенн

Схема впервые была опубликована в 1959 году в журнале «Радио», где энтузиаст С. К. Сотников предложил способ сверхдальнего приёма телевидения в МВ- и ДМВ-диапазонах.

Автор утверждал, что с помощью трёхрамочной конструкции есть возможность добиться коэффициента усиления вплоть до значений в 17 дБ. И хотя проведённые позднее расчёты показали, что реальный коэффициент намного ниже, антенна остаётся относительно простой в изготовлении и удобной в использовании конструкцией, не уступающей по характеристикам волновому каналу, но при этом куда более технологичной в изготовлении.

Представляет собой конструкцию, состоящую из трёх квадратов (директора, вибратора и рефлектора), закреплённых на общих направляющих. Металлические рамки (из проволоки или тонких трубок) постепенно увеличивающихся линейных размеров размещаются на одной или двух общих направляющих.

Возможно также изготовление антенны Сотникова в варианте, где каждый из элементов крепится отдельно на общую основу.

С переходом на цифровое ТВ стала одой из самых востребованных дальнобойных конструкций, которую можно изготовить за короткий срок в домашних условиях. Пригодна для использования как в комнатном, так и в уличном варианте.

• Высокий коэффициент усиления для самоделки — около 9 дБ.
• Проста в изготовлении. Рассчитать и собрать её легче, чем классическую логопериодическую антенну для ДМВ-диапазона.

• Крайне чувствительна к изменению линейных размеров. Перед изготовлением придётся узнать частоту вещания своего ретранслятора, провести тщательный расчет антенны, а при монтаже выдерживать размеры с точностью до миллиметра.
• Узкодиапазонная. Эффективно ловить издали на неё можно только 1–2 мультиплекса цифрового ТВ. Этого достаточно для большей части территории России, но в Москве или в Крыму, где работает третий мультиплекс, уже потребуется другая антенна либо придётся смириться с падением дальнобойности.
• Трудно усиливать. Прекрасно работает на расстояниях до 50 км от телевышки. Но если дальше, то но при использовании неправильно рассчитанного антенного усилителя есть риск того, что тот войдёт в самовозбуждение. Тогда ни о каком качестве приёма речи идти не будет.

Что нужно для изготовления

Сделать телеантенну можно из различных материалов – от медной проволоки до алюминиевых трубок. Однако проще всего собрать её, используя следующие инструменты и материалы:

• стальную или медную проволоку длиной не менее 2 м (если используется сталь, то лучше брать оцинкованную – она меньше ржавеет на улице, что не ухудшает характеристики антенны);
• коаксиальный кабель для передачи сигнала к приставке или телевизору;
• RF-штекер ;
• паяльник для соединения проволочных элементов и припаивания кабеля к антенне (крепление на зажимах, как для биквадрата, тут не годится);
• каркас для крепления (можно изготовить из чего угодно, главное, чтобы материал был либо диэлектриком, либо крепился на изолирующих прокладках).

Калькулятор

Поскольку «тройной квадрат» является узкодиапазонной антенной, изготавливать его следует, используя чертеж и подробно рассчитанные линейные размеры всех элементов.

Для изготовления надо точно знать следующее:

• размеры стороны квадратов (на схеме – R, V и D);
• расстояние между квадратами;
• длину согласующего полуволнового шлейфа (на схеме – H);
• толщину шлейфа (на схеме – W).

Чтобы рассчитать линейные размеры, не зарываясь в учебники физики и радиотехники, можно использовать этот онлайн-калькулятор.

По умолчанию все вычисления производятся для коаксиального кабеля волновым сопротивлением 75 Ом (стандартный телевизионный). Можно использовать и кабель 50 Ом, но это отразится на размерах согласовательного шлейфа — можете поэксперементировать и увидите разницу.

Инструкция по изготовлению

Делается антенна следующим образом:

1. По вычисленным размерам сгибаются три квадрата из проволоки. При этом средний сразу же делается с ответвлением-шлейфом: без него не будет согласования.
2. У двух квадратов (директор и рефлектор) концы проволоки спаиваются между собой. У вибратора зазор остаётся: сюда будет впаиваться кабель.
3. С противоположной от точки подключения антенны стороны припаивается перемычка из проволоки. Её задача – тщательно сохранить расстояние между элементами конструкции. При этом нужно следить за тем, чтобы центральные точки всех трёх квадратов находились на одной прямой: именно она и будет направлением приёма для антенны.
4. В зазор шлейфа впаивается фидер. При этом центральная жила должна быть припаяна к одному концу проволоки, а экран – к другому.
5. Кабель крепится вдоль шлейфа. Это поможет избежать расхождения при согласовании. Шлейф можно оставить вертикальным или изогнуть его перпендикулярно плоскости вибратора.
6. Проволока красится или покрывается лаком для защиты от возможной коррозии.

Антенна готова. Её можно крепить (обычно на штангу из не проводящего ток материала) и настраивать приём каналов, ориентируя по компасу в сторону ближайшего ретранслятора (направление вы узнали перед расчетом из карты ЦЭТВ).

Вот подробная видеоинструкция по изготовлению без пайки:

Есть также второй способ изготовления. Возможно, он покажется кому-то проще. Для этого проволока не режется на куски, а изгибается так, чтобы образовать единую конструкцию антенны.

Паять и в этом случае придётся места, где стыкуются элементы, но таких узлов станет меньше, а сама конструкция – крепче.

Усовершенствованная схема ее сборки представлена в этом видеоролике:

Есть несколько хитростей, которые нужно иметь в виду при изготовлении «тройного квадрата»:

• Если используется оцинкованная проволока, то места пайки предварительно зачищаются до голого металла.
• Поскольку токи высокой частоты (а наводиться от ДМВ, в котором вещает цифровое телевидение, будут именно они) распространяются в первую очередь во внешнем слое проводника, проволока должна быть чистой. Любые следы коррозии следует удалить с помощью мелкой наждачной шкурки или напильника.
• Материал, из которого собрана антенна, важен, но не принципиален. Если вместо стальной проволоки использовать толстую медную или алюминиевую, особой разницы по качеству приёма не будет. Проблемы могут начаться лишь при изготовлении «тройного квадрата» из алюминиевых, медных или стальных трубок: тогда потребуется пересчитывать конструкцию.

Вот такие конструкции собирают радиолюбители: