Про антенну Харченко написано не просто много, но адски много. Так зачем же автор этой статьи взялся за столь избитую тему? Автору потребовалась простая конструктивно и достаточно эффективная комнатная антенна для приема ТВ-вещания в формате DVB - T 2.
Изучение вопроса показало, что антенна Харченко (она же – «восьмерка», она же – « Z -антенна», она же – «зигзагообразная антенна») вполне подходящий вариант. Многочисленные публикации в Интернете страдают двумя основными недостатками: это бесчисленные копипасты друг у друга и материалы как правило содержат очень мало практически проверенной и полезной информации, зато предлагается информация часто не соответствующая действительности. Например, многочисленные антенностроители бодро сообщают, что стоит вам добавить рефлектор к антенне и вы получите +3 db к коэффициенту усиления! Не верьте, граждане, не получите. Можете осторожно рассчитывать децибела на полтора. Обещанные 3 db – это теоретический максимум, получающийся в предположении, что ваш рефлектор представляет собой бесконечную, идеально проводящую плоскость. Вы можете организовать такую плоскость? Думаю, что вряд ли…
Для того чтобы представить читателям максимум практической информации об антенне необходимо измерить целый набор параметров, то есть иметь соответствующее оборудование, но у автора его, к сожалению, нет. В качестве измерительного «прибора» будем использовать телевизор, точнее его встроенный измеритель уровня сигнала. Кроме того попробуем сравнить антенну Харченко с другими распространенными типами антенн. Поэтому программа будет такая: изготовим антенну Харченко в ее исходной, базовой конфигурации, затем попробуем увеличить ее коэффициент усиления известными способами и потом сравним с другими антеннами.
Автор изготовил свой конструктивный вариант антенны. В качестве материала полотна антенны использовался односторонний фольгированный стеклотекстолит толщиной 2 мм.
Антенна легко выпиливается электролобзиком, получаем легкую и прочную конструкцию. Правда, есть два недостатка. Во-первых, стоимость куска стеклотекстолита нужных размеров довольно недемократичная и, во-вторых, количество отходов по площади превосходит собственно антенну… Размеры автор просчитал исходя из того, что в его местности вещание ведется на 25-м и 45-м каналах ДМВ диапазона (средние частоты 506 МГц и 666 МГц). Ниже приводится чертеж «базовой антенны», то есть пока без всяких улучшайзингов. Кабель 75 Ом прокладывается вдоль двух сторон антенны, то есть как обычно для этой конструкции. Судя по литературе, вызывающей доверие, коэффициент усиления базовой антенны Харченко соответствует 3-х – 5-ти элементному волновому каналу в зависимости от конкретного экземпляра, его относительных размеров, использованных материалов и качества изготовления. Полное сопротивление антенны также может варьироваться в широких пределах (примерно от 50 до 150 Ом активной составляющей, о реактивной скромно умолчим) в зависимости от перечисленных выше причин. Квартира автора находится на первом этаже жилого дома, окна выходят на сторону, противоположную расположению передающей антенны местного телецентра. То есть прием возможен только отраженного сигнала, ситуация в целом неблагоприятная. Ниже будет приведена схема расположения антенны телецентра и приемной антенны автора. Расстояние до телецентра по прямой (данные карт Гугл) составляет 4,3 км.
После размещения базовой антенны в той точке комнаты, где наблюдается максимум принимаемого сигнала, телевизор LG 32 LF 580 U сообщил, что уровень сигнала 70% на 25-м канале (первый мультиплекс) и 50% на 45-м канале (второй мультиплекс). При всех экспериментах это место размещения антенны не менялось. «Качество» сигнала – 100%.
Теперь попробуем улучшить полученный результат. Для этого воспользуемся книгой «В.П. Кисмерешкин. Телевизионные антенны для индивидуального приема. М., «Связь», 1976, 72 стр.», в которой значительная часть посвящена именно антенне Харченко и ее «продвинутым» вариантам. Желающие без труда найдут ее в Сети.
Первое и очевидное действие – добавить рефлектор. С рефлектором из стального листа размерами 370х420 мм «уровень» подрос и стал: 78% на 25-м канале и 66% на 45-м. Расстояние между рефлектором и полотном антенны, соответствующее максимальному уровню сигнала оказалось равным 110 мм или 0,18 λ для 25 канала. Рефлектор добавил порядка 10% усиления на 25-м канале. А ждали 3 децибела… Погрешность измерения параметра «уровень» у телевизора не лучше +/- 2%.
Второй вариант – добавим дополнительные два элемента. Дополнительные элементы – это просто два вырезанные по бокам при изготовлении базовой антенны куска стеклотекстолита, установленные на свои места и закрепленные пайкой в четырех точках каждый.
В таком исполнении от антенны Харченко можно ожидать за счет дополнительной емкости добавленных элементов расширение полосы пропускания и снижения собственного сопротивления. Результат: «уровень» на 25-м канале – 78%, на 45-м канале – 50%. Без рефлектора. Во всех описанных случаях параметр «качество» - 100%. Позднее было выяснено, что «качество» начинает резко снижаться при «уровне» примерно 15% на 45-м канале и «уровне» 10% на 25-м канале для этой конкретной модели телевизора.
Третий вариант – добавляем петлевой рефлектор, расположенный в фокальной плоскости антенны. Петлевой рефлектор представляет собой замкнутую петлю из медного провода диаметром порядка 3 мм. Плоскость петли должна лежать в Е-плоскости – плоскости электрической компоненты электромагнитного поля. Однако, в результате подбора положения данного рефлектора оказалось, что уровень сигнала не зависит от того в какой плоскости расположена плоскость петли: в плоскости Е или в плоскости Н электромагнитного поля. По этой причине автор из конструктивных соображений оставил петлю в плоскости Н-поля. На рис.2 показана базовая антенна с дополнительными элементами, в том числе и с петлевым рефлектором. Расстояние между полотном антенны и петлевым рефлектором 40 мм или 0,07 λ на 25-м канале. Расстояние получилось меньше минимального, рекомендованного в технической литературе по антеннам…
Результат: «уровень» на 25-м канале – 86%, на 45-м – 60%. Этот вариант антенны автор считает оптимальным и далее будет называть «усовершенствованный вариант антенны Харченко». Был повторно проведен поиск оптимального положения усовершенствованной антенны. Оказалось, что есть в комнате места с более высоким уровнем сигнала: «уровень» 90% на 25-м канале и 80% на 45-м. При этом оказалось, что для получения этих предельных значений направление антенны для 25-го и 45-го каналов не совпадают и отличаются на 90 градусов.
Для того чтобы как-то оценить полученный результат нужно сравнить изготовленную усовершенствованную антенну с другими вариантами антенн в тех же условиях. В качестве кандидата для спарринга напрашивается очень популярная у народа суррогатная «антенна из пивных банок» (далее для краткости – АПБ). Была изготовлена АПБ и установлена в ту же точку в комнате, что и все предыдущие варианты антенны Харченко. Результат: «уровень» - 70% на 25-м канале и 50% на 45-м, «качество» - 100%. Казалось бы – прекрасный результат и не нужно городить «огород» со всякими «усовершенствованными» антеннами Харченко! Но, есть проблема. АПБ оказалась очень капризной из-за высокой чувствительности к положению в комнате (смещение на полдлины волны может привести к пропаданию одного из мультиплексов), а также АПБ прекрасно «чувствует» положение человека в комнате и даже реагирует на проезжающие по улице машины… На высоких этажах на машины реакции конечно не будет. Поэтому для себя автор сделал вывод: антенна на рис. 2 получает статус «оптимальной».
После проведенных испытаний автор изготовил еще одну антенну Харченко в базовом варианте (без дополнительных элементов и петлевого рефлектора) для родственников. На рис.5 показана схема расположения передающей антенны телецентра и двух приемных антенн, изготовленных автором.
Антенна в «пункте Б» расположена на вдвое большем расстоянии, чем антенна в доме у автора и в столь же неблагоприятных условиях приема: окна квартиры выходят на сторону, противоположную антенне телецентра, квартира на первом этаже. Эта антенна включена в тюнер DVB - T 2 марки Telefunken TF -213. Результат: «уровень» на 25-м канале - 74%, «качество» – 84%, на 45-м канале «уровень» - 76%, «качество» - 86%, параметры по данным тюнера. Качество "картинки" отличное. Однако, тюнер TF-213 оказался более требовательным к уровню входного сигнала, чем встроенный тюнер телевизора автора. Проще говоря, TF-213 звезд с небес не хватает...
Последний кандидат на «оптимальную» комнатную ДМВ антенну – антенна Bow - Tie , или по-простому «бабочка». Это широкополосный полуволновой вибратор, обычно применяемый совместно с рефлектором. Сопротивление такой антенны сильно зависит от ее геометрии и обычно высокое – 200 – 400 Ом. Поэтому необходимо согласующее устройство. Автор использовал стандартный трансформатор 1:4 в виде полуволновой петли из кабеля SAT 703 длиной 240 мм. Размеры авторской антенны приведены на рис. 6.
Антенна использовалась с рефлектором размерами 400х600 мм, расстояние от полотна антенны до рефлектора – 125 мм (0,25 λ ). Замеры проводились в квартире автора (пункт А на рис. 5). Результаты: на 25-м канале «уровень» - 90%, на 45-м канале – 62%. «Качество» везде – 100%. Рефлектор добавляет 10 – 20% к уровню сигнала.
Рефлектор изготовлен из куска пластиковой стеновой панели, одна сторона которой оклеена алюминиевым скотчем 50 мкм. Полотно антенны изготовлено из 2 мм фольгированного стеклотекстолита. Расход стеклотекстолита на «бабочку» меньше, чем на антенну Харченко, трудоемкость изготовления тоже меньше.
Таким образом, антенна «бабочка» показала практически такие же результаты, что и антенна Харченко в ее «оптимальном» варианте, но при этом конструктивно «бабочка» из-за громоздкого рефлектора уступает антенне Харченко в удобстве установки в квартире. Можно ожидать еще лучшие результаты от антенны с вибратором «бабочка» и уголковым рефлектором, но такой рефлектор будет еще более громоздкий.
Остальные выводы читатель сделает сам.