Простые антенны для раций, ISM-диапазонов и др. приложений. Максимально просто о сложном. Часть 1. Теория

Несмотря на засилье в нашей жизни компьютеров, мобильных телефонов и телевизоров, радиовещание все еще имеет своих поклонников. Принимаются радиосигналы с помощью радиоприемника, им удобно пользоваться в фоновом режиме, во время долгой дороги в автомобиле, затяжных пробежек и занятий спортом.

Радиоприемники все еще часть нашей жизни

Качественный воспроизводимый звук и нормальную громкость радиосигнала можно получить, только присоединив приемник к антенне. По своей сути, это очень простая конструкция, поэтому любой технически грамотный человек может смастерить антенну своими руками.

Разновидности антенн

Любой прибор, принимающий радиоволны, имеет порог чувствительности. Если получаемый сигнал ниже его, громкость звука и его качество будут желать лучшего. Радиоволна слабеет при значительном удалении от передающей станции или из-за ухудшения погоды. Особенно актуально это для фм и укв диапазонов из-за особенностей передачи волн. Для преодоления этих затруднений, усиления и улучшения качества сигнала любому радио нужна антенна. Их конструктивные особенности и размеры определяются диапазоном приемника: встречаются многокилограммовые антенны с покрытием тысячи кв. км и простые домашние самоделки в виде проволоки над землей.

Все многообразие антенн для радиостанций подразделяется на направленные и ненаправленные, а также на мобильные и стационарные. Направленные работают по принципу соединения точки с точкой или точки с множеством точек в пределах 50-100 метров. Ненаправленные имеют покрытие по всей площади вокруг.

Также различают такие антенны для радио, как:

• Стержневые – в виде обычного стержня или закругленной формы;
• Проволковые – изогнутые в различных необходимых положениях;
• На некогда модных бумбоксах и музцентрах можно встретить антенны телескопические – складывающиеся конструкции из металлических стержней, напоминающие телескопы;

Телескопическая антенна

• Выдвижная антенна имеется почти на каждом автомобиле, ее преимущество в том, что такую выдвижную конструкцию можно установить в любом месте машины (крыша, крыло и т.п.), принимающим элементом служит съемный пруток с противошумной навивкой, что позволяет сделать звучание радио чистым и громким даже на высоких скоростях езды. Пруток уходит в кожух из пластика, где имеется пружина из нержавейки, убирающая антенну на место при ее отклонении по ходу движения.

Независимо от типа или вида радиоантенны, принципы функционирования у них одинаковые.

Обратите внимание! Довольно часто качество радиосигнала зависит не от вида и состояния антенны для радиоприемника или музыкального центра, а от технических возможностей самих этих приборов с их принимающими микросхемами.

Особенности распространения радиоволн

Прежде чем обратиться к пошаговым инструкциям о том, как сделать антенну самостоятельно, необходимо прояснить особенности передачи радиосигнала в УКВ и FM диапазонах. Это поможет лучше понять принцип и устройство антенны.

Важно помнить:

• прием высококачественного сигнала возможен только в пределах видимости (например, когда из окна дома видна телерадиовышка);
• улавливание сигнала на большом удалении от транслирующего объекта в вечерние и ночные часы проблематично;
• осадки ослабляют или вовсе прерывают передачу сигнала.

Конструкция FM антенны для приемника

Антенна для телефона

Такие антенны предназначены для преобразования радиоволн в фм-диапазоне в электрические сигналы, воспринимаемые приемником. Самые простые конструкции представляют собой вибратор, размером в половину волны. Такие антенны не обладают направленными свойствами, воспринимают слишком много помеховых излучений из окружающего пространства. Если fm-приемник мобильный, можно, совершив некоторые перемещения, найти наилучшее направление сигнала. Стационарным принимающим радиоприборам больше подходит волновой канал, настроенный на луч приема эфира, при этом наилучшее качество звука будет на паре каналов (в основном радиостанции такого типа вещают на отрезке около 10 мегагерц).

Дополнительная информация. При необходимости расширения луча радиовещания можно соединить 2-3 полуволновых вибратора параллельно в вертикальном положении и припаять на круглые цилиндры.

Необходимые 50 ом сопротивления не всегда достигаемы, такую fm антенну надо усиливать приспособлениями для согласования. Так, вибраторы можно смонтировать на конусообразные направляющие, представляющие веер, «раскрытый» от центра к границам.

ФМ-антенна, расходящаяся «веером»

При использовании в конструкции стали и жести, удается получить даже 300 ом. Таким образом, получается принимать довольно качественно большое количество фм-каналов. Для большего расширения приема в этом диапазоне необходимо бывает собрать и присоединить антенную решетку.

Критерии выбора усилителя

Выбрать подходящий усилитель антенны для автомагнитолы можно при учете различных рекомендаций. Они следующие:

• Для начала уделяют внимание тому, что устройство должно быть расположено в непосредственной близости от антенны.
• Рабочая полоса должна перекрывать нужный диапазон частот. За счет этого можно будет слушать все доступные радиостанции.
• Амплитудно-частотная характеристика должна быть максимально равномерной.
• Коэффициент усиления выбирается в диапазоне 15-25 дБ.
• Стабильность работы должна обеспечиваться при разбросе питающего напряжения.
• Динамический диапазон выбирается с учетом необходимости защиты устройства от перегрузки.
• Коэффициент шума намного меньше значения сигнал/шума.
• Рекомендуется отдавать предпочтение устройствам популярных брендов. Они служат намного дольше, обладают более привлекательными свойствами.

Частота FM при установке подходящего усилителя будет практически без помех. Однако в некоторых случаях есть вероятность того, что подобный элемент приведет к появлению шума при высоком уровне сигнала.

Подключение антенны

Mimo антенна 4g lte своими руками

Антенна для радиоприемника присоединяется несколькими способами:

• Прямым: антенна (обычно это антенны телескопические) является составной частью принимающего радиоустройства, при этом фазой «земли» является сам его корпус. Сопротивление (активное) при таком подключении достигает тридцати ом, а реактивное – убирается переделкой контура резонанса. Такие антенны не отличаются симметричностью. Заземление должно быть надежным (длина оголенного провода должна превышать 1/10 волны), иначе возможны помехи из-за контурного излучения;
• При нерезонансном питании: применяется передающая линия для направленной передачи радиоволн, при этом ее волновое сопротивление должно быть эквивалентным антенному сопротивлению. Такое подключение позволяет избавиться от потерь и обеспечить самый лучший уровень радиосигнала;

Важно! Лишний кабель между фм-антенной и радиоприемником следует обрезать, потому что каждый дополнительный метр сильно снижает восприимчивость приемника. После согласования сопротивления, приближения его к 50 Омам, прием радиосигнала существенно улучшается.

• При резонансном типе питания линий связи легкость прохождения радиоволн напрямую зависит от длины самой волны. Для таких антенн выбирают фидеры в половину длины волны (или кратные), при этом сопротивление волн уже не так важно, антенна согласована. Частота, которую воспринимает фм-антенна, является несущей, довольно часто это синусоидальные волны с заглавной частотой 50 герц (гармоники).

Принципиальная схема

Схема усилителя показана на рис. 1. Он выполнен на малошумящем биполярном транзисторе. Коэффициент усиления составляет около 20 дБ.

Рис. 1. Принципиальная схема антенного усилителя для УКВ приемников.

На входе усилителя установлены последовательно включенные фильтр нижних частот (ФНЧ) C1L1C2 с частотой среза 115. 120 МГц и фильтр верхних частот (ФВЧ) с частотой среза 60 65 МГц.

Таким образом усилитель обеспечивает усиление сигналов радиостанций, работающих в обоих радиовещательных УКВ диапазонах.

Если усилитель планируется разместить в радиоприемнике, где используется одна антенна на все диапазоны (автомобильный вариант), то его схему на до доработать и ввести два реле, а так же дополнительный фильтр по питанию.

Схема устройства этого варианта показана на рис. 2. При подаче питающего напряжения реле К1 и К2 подключают усилитель А1 (показано на ем ) меж ду антенной и приемником, а при отключенном питании вход радиоприемника соединяется непосредственно с антенной.

Если усилитель будет устанавливаться в автомобиле то его надо обязательно разместить в металлическом корпусе и питание подать через проходной конденсатор (С9).

Рис. 2. Схема подключения антенного усилителя.

Как сделать антенну для радио

Антенна GPS

При наличии технического склада ума и умелых рук вполне рабочую антенну для радио можно собрать своими руками. Для этого потребуется следующий несложный инструментарий:

• небольшой моток проволоки из очищенной меди или металлическая фольга;
• остро отточенный нож;
• плоскогубцы/кусачки.

В самом легком случае можно взять готовую телевизионную антенну и просто перепаять разъемы для телевизора на необходимые для радио.

Самодельная антенна для укв и фм диапазонов может быть сконструирована из самой обыкновенной фольги или куска провода, будут только различаться размеры.

Простейшая комнатная проволочная радио-антенна

Фм-антенна самоделка конструируется на высушенной дощечке 15 на 15 сантиметров с помощью листа фольги 13 на 13 сантиметров, толщина 15 мм (можно составить из нескольких «лоскутков»). Алгоритм действий такой:

1. на фольге прорезаем квадрат со стороной 1 дециметр, получается рамка;
2. снизу отделяется 3-миллиметровый тонкий прямоугольник;
3. полученную квадратную рамку наклеиваем на фанеру или досочку для придания будущей антенне прочности;
4. для подключения экранированного кабеля (его сопротивление от 50 до 75 ом) центральную жилку антенны прикрепляем паяльником справа снизу;
5. экран присоединяется в центральной части, со сдвигом влево на 2,5 см.

Для антенн в укв-диапазоне плашка берется со стороной не меньше 18 сантиметров, фольговый квадрат со стороной 15 с половиной сантиметров, толщина рамки – 1,8 сантиметра.

Не везде сигналы fm-радиостанций имеют полное покрытие, которое может поймать встроенная антенна. На помощь приходят усилители сигнала к уже имеющейся или самостоятельно сделанной антенне для радио. Иногда достаточно просто обмотать штатную антенну проволокой из меди и вывести ее конец в форточку. Такая тактика помогает сделать радиосигнал немного сильнее, но качества звука не прибавляет. При этом конец провода должен быть тщательно зачищен ножом. Некоторые радиоумельцы вставляют свою дополнительную проволочную антенну в гнездо на задней панели музцентра, однако это может привести к порче приемника и даже короткому замыканию в домашней сети.

Если проволока оказывается бессильной, можно сконструировать антенну стержневого типа, которая будучи остронаправленной, лучше противостоит городскому радиошуму. Антенна-штырь составляется из стрелы, выполняющей роль силового элемента, пары пассивных принимающих устройств (директоров), вибратора петлевого типа и отражателя-рефлектора. Габариты такой направленной антенны определяются диапазоном, на который будет настроен радиоприемник.

Сборка штыревой антенны производится по следующему плану:

1. на фасаде здания монтируется силовая конструкция;
2. в заранее подготовленное гнездо на радиоприемнике / муз. центре вставляется провод;
3. производится настройка найденных радиопередающих станций.

Более сложные усилители фм-радиосигналов – требующие солидных знаний и умений. Несмотря на такие усилия, волны могут иногда пропадать ночью (из-за отсутствия дальнего восприятия радиоволн) и при неблагоприятных природных условиях (дождь, сильный ветер, обильный снег).

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Лаборатория >Аналоговые устройства >

Рабочая антенна диапазона FM

Автор: Buster333, Опубликовано 29.10.2015 Создано при помощи КотоРед.

Хочу поделиться своей конструкцией штыревой антенны диапазона FM. Делаю это потому, что сам очень долго искал и экспериментировал в поиске приемлемой и эффективной конструкции. Может быть мой рассказ поможет кому-то, кто также озабочен этой проблемой и затрудняется в ее решении. Потребность сделать хорошую антенну FM диапазона появилась в связи с тем, что мой загородный дом находится в маленьком провинциальном городке-полудеревне – Хвалынске Саратовской области, удаленном от центров вещания на 70 – 150 км. Населенный пункт к тому же расположен на правом берегу Волги среди старых меловых гор и холмов, которые являются дополнительным препятствием прохождению радиоволн. Но я не оставлял мысль сделать антенну, способную принять хотя бы несколько наиболее близко расположенных радиостанций, хотя местные аборигены говорили мне, что это бесполезно, приема радио у них нет, только по спутниковому ТВ. Почитав специальную литературу и статьи в интернете, остановился на штыревой антенне с противовесами типа «Ground Plane» или сокращенно — «GP» как наиболее оптимальной и универсальной для приема в FM диапазоне, где большинство передач идет в вертикальной поляризации. Антенну установил над крышей здания (на высоте примерно 12м от земли), где на первом этаже находятся гараж и мастерская, где я провожу много времени, а на втором – комнаты для игр детей. Дома же радио можно послушать и по Триколор ТВ. Конструкция антенны представляет собой штырь длиной 1/4 длины волны вещания, который изолирован от мачты и противовесов. (фото.1 и 2). Противовесы установлены радиально к штырю под углом 135 градусов, чтобы обеспечить волновое сопротивление 50 ом. Фидерный коаксиальный кабель имеет также волновое сопротивление 50 ом.

Фото 1.

Фото 2.

В связи с тем, что я предполагал принимать радио в диапазоне 87 – 108 мГц, размеры штыря 0,75 м, что соответствует ¼ длины волны (3м) частоты этого диапазона 100мГц, вокруг которой сосредоточены интересующие меня станции вещания. Изменив длины штыря и противовесов, можно настроить антенну и на другую частоту. Длина противовесов взята также 0,75м , так как противовесы должны быть длиной равной длине основного штыря. Оптимальное количество противовесов, обеспечивающее приемлемый КПД антенны – 12. При меньшем количестве КПД снижается, при большем – растет несущественно. Идеальная штыревая антенна имеет КПД 47 %. КПД антенны с тремя противовесами — менее 5 %, с 12-ю противовесами – около 19%. Я испытывал антенну с тремя противовесами. Прием в моем месте был слабый, с приемлемым качеством – 2-3 станции. Пришлось делать усилитель сигнала. Прием улучшился до 5-6 станций с приемлемым качеством. Но меня и это не устроило. Поэтому, в конечном итоге, было решено изготовить другую антенну, ту, которую я сейчас описываю. Теперь о конструкции антенны. Штырь и противовесы выполнены из алюминиевой трубки диаметром 8 мм, которую я купил в гипермаркете «OBI» ( 7 двухметровых отрезков по цене около 100 руб. каждый). Для монтажа штыря и противовесов знакомый токарь изготовил мне из алюминия несущую шайбу с хвостовиком внешним диаметром 22мм и сквозным внутренним отверстием 14мм, который вставляется в мачту из трубы д/у 25 (дюймовая, реальный внутренний диаметр 23мм) и фиксируется на мачте болтом М6 через радиальное резьбовое отверстие в мачте. В несущую алюминиевую шайбу с некоторым натягом запрессована текстолитовая ( или капролоновая) втулка с верхним буртом высотой 10мм наружным диаметром 14мм с осевым отверстем 8мм, в которое вставляется штырь, фиксируемый двумя диаметрально противоположными винтами М4 в резьбовых отверстиях отверстиях текстолитовой втулки. По диаметру алюминиевой шайбы просверлены 12 радиальных отверстий ( через 15 градусов) для противовесов. Противовесы фиксируются в отверстиях при помощи 12 винтов М4. (фото 3).

Фото 3.

Штырь делается длиной больше чем 0,75м с учетом того, что его нижний конец расплющивается на длине 10мм, где сверлится отверстие для винта крепления центральной жилы коаксиального кабеля, а также с учетом того, что он должен быть вставлен в текстолитовую втулку до упора в расплющенный конец так, чтобы выше алюминиевой шайбы его размер был 0,75м. Противовесы также изготавливаются длиной большей, чем 0,75м с учетом того, что их согнутые под углом 45 градусов концы вставляются в радиальные отверстия несущей шайбы. В отверстиях они фиксируются от проворачивания, как я уже говорил, винтами М4. Хочу обратить внимание, что трубка противовесов хрупкая и изгибать ее нужно на 45 градусов очень осторожно, желательно в гибочном приспособлении. В нижнем торце полого алюминиевого хвостовика шайбы выполнено резьбовое отверстие М3 для крепления винтом с шайбой оплетки коаксиального кабеля. Так как шайба этого винта может выйти за наружный диаметр 22мм хвостовика в силу того, что ее диаметр больше толщины алюминиевой стенки, в мачте трубы на конце, где будет вставлен этот хвостовик я сделал сквозной пропил шириной примерно 7мм вдоль трубы на длине чуть больше длины хвостовика несущей алюминиевой шайбы. Теперь ничего не препятствует, и можно вставить собранную антенну в мачту и зафиксировать ее болтом М6. Кабель снижения проходит внутри мачты. Так как штырь антенны не имеет электрического контакта с мачтой, на нем при определенных условиях будет образовываться статический заряд. В лучшем случае он будет являться причиной помех в виде треска, в худшем – может привести к выходу из строя входного тракта приемника. Особенно во время близкой грозы. Необходимо выполнить заземление конструкции. Я это сделал следующим образом. Мачту соединил с контуром заземления здания (контур заземления должен иметь сопротивление менее 4 ом, тогда он считается эффективным и способным выполнять свою функцию) кабелем сечением 25мм2 См. фото 4.

Фото 4.

Штырь же антенны нельзя соединять с землей напрямую, антенна станет коротко замкнутой, и не будет работать. Наиболее простым способом защиты является использование короткозамкнутого шлейфа из кабеля длиной L/4, подключенного к фидеру с помощью тройника. Шлейф обеспечивает соединение центральной жилы фидера с заземленной оплеткой по постоянному току и не влияет на согласование антенны. Схема подключения шлейфа приведена на рис10.3.

Длина шлейфа ¼ длины волны является расчетной и не учитывает коэффициент укорочения волны при прохождении в кабеле (коэффициент укорочения коаксиального кабеля). В моем случае применен кабель РК50-4-11, коэффициент укорочения которого 0,66. У другого кабеля он может быть другим, и его нужно уточнить по справочнику. Таким образом длина шлейфа определяется:

L = 1/4 x 3м x 0,66 = 0,495м, где 3м – длина волны на частоте 100мГц.

Вот таким согласованным шлейфом я выполнил отвод статики со штыря антенны. Как практически это сделано видно на фото 5 и 6.

Фото 5.

Фото 6.

Тонкий желто-зеленый провод припаян к концу центральной жилы шлейфа и соединен с «землей» на одном болтовом зажиме на мачте, что и кабель заземления 25мм2 (см фото 4). Антенна получилась очень удачной. Она обеспечивает прием с приемлемым или отличным качеством ( в режиме «стерео») около 20 радиостанций городов Самара, Тольятти, Сызрань (Самарской области), Балаково, Пугачев ( Саратовской области) без применения усилителя сигнала. На фото 6 приемник , на который работает антенна — Grundig Satellit 750. Пробовал также ее в работе с другими приемниками, меньшей чувствительности и избирательности, результат несколько хуже, но тоже приемлемый.

Фото 7.

Так что миф местного населения об отсутствии какого бы то ни было радиоприема в городе «деревенского типа» Хвалынск, где находится мой загородный дом, разрушился для меня безоговорочно и вчистую.

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Mini stereo FM.

FМ шарманка с цифровым управлением

Простой FM приемник с часами и будильником

Цифровой FM-приемник с электронной регулировкой громкости и тембра.

FM-трансмиттер на STM32F100 и KT0803K + немного о технологиях и Китае

Портативный FM приемник на радиомодуле RDA5807M с RDS

FM стерео тюнер (88-108мГц) со встроеным стереодекодером стандарта CCTR.

Минирадио FM

FM радио на RDA5807M c дисплеем Nokia5110.

Простой FM-приёмник с часами и термометром

FM STEREO Приемник на модуле TEA5767 с LCD NOKIA 3310 и Touchscreen

Ферритовая антенна для SDR

Трубная антенна своими руками

Основным несущим элементом этой радиоантенны являются трубы отопления или водопровода. Необходимые материалы для создания:

• использованный трансформаторный сердечник (от старого телевизора);
• изолента, скотч, канцелярский клей;
• фольга из тонкой меди или латуни;
• полтора метра проволоки из меди (диаметр ¼ кв. мм);
• соединительные штифты.

Для обмотки первым слоем укладывается сердечник из феррита, сверху пару слоев изоленты, следом одинарный фольгированный слой. На такую заготовку для экрана наматывается ровно 25 витков провода с перекрытием в 1 сантиметр для лучшей изоляции контактов. Следует помнить об обязательных отводах на витках №7, 12 и 25. Контур соединяют с другими деталями, а концы проволоки вставляются в штифты. Отвод с 7-го витка вводится в заземлительное гнездо, а остальные два присоединяются к антенным клеммам.

Заключительный этап – настройка приема радиосигнала, осуществляется она простым подбором подключения обмотки к связному контуру. Такие самодельные радио-антенны уверенно принимают сигнал даже в сильную грозу, благодаря надежному заземлению.

Если радиоприемник находится в зоне, где прием очень слабый и некачественный, можно самостоятельно собрать всенаправленную антенну, используя коаксиальный кабель. Для это необходимы:

• рейка из дерева;
• полтора метра кабеля (лучше всего подойдет телевизионный);
• полтора метра ПВХ трубы (диаметр сечения 2 см).

Самодельная антенна из коаксиального кабеля

Сконструировать такую антенну довольно просто. На проводе делается надрез для снятия изоляционного слоя (но оплетка должна оставаться целой, это важно!). Ослабив и слегка размяв оплетку, экран выворачивают к месту надреза. Конечный этап – установка и надежное закрепление антенны внутри пластиковой трубки и монтаж ее на деревянную рейку. Регулировка для поиска сигнала радиостанции производится в вертикальном направлении, а не путем вращения самодельной антенны на 360 градусов.

На дачах, в машинах, даже в городских застроенных районах любителям послушать радио хорошо известна проблема слабого сигнала и тихого звука радиопередачи, особенно в фм-диапазоне. Исправить ситуацию помогают антенны для радио разного вида и типа приема сигнала. Их можно приобрести в специальных магазинах, а можно сделать самостоятельно, благо, технология несложная, а детали можно купить на любом радиорынке.

АНТЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ АВТОМАГНИТОЛЫ

Все автолюбители имеют у себя в машине магнитолы, да не все магнитолы хорошо ловят радио. Только в дорогие устройства установлены серьёзные приёмники с хорошими УВЧ, способными принимать слабые FM станции. Большая часть дешёвых автомагнитол приемлимо работают лишь по городу, поэтому имеет смысл снабдить их антенным усилителем. Тут есть два варианта — купить готовый промышленный или спаять самому.

Антенный усилитель Ratex

Тем, кто имеет некоторые навыки радиолюбительства, предлагается пару схем таких усилителей.

Входная катушка L1 состоит из четырех витков эмалированного медного провода (бескаркасная) на оправке более 5 мм в диаметре. Катушка L2 похожа на L1, но имеет только три витка. Цоколёвка контактов транзистора 2SC2570 показана на схеме.