Почему не работает антенна Харченко на 3G модем или цифровое телевидение

Антенна Харченко

Такой вопрос периодически возникает у людей, которые самостоятельно изготовили по рекомендациям из интернета или технических пособий антенное устройство, а созданная конструкция своей работой не оправдало обещанных возможностей.

Им приходится разбираться в создавшейся ситуации, искать оптимальное решение.

Наши советы объясняют домашнему мастеру типичные причины подобных неисправностей и дают практические рекомендации по устранению допущенных ошибок своими руками, когда 3G антенна Харченко или любая другая плохо работает на безлимитный интернет или цифровое телевидение.

Они для наглядности дополняются картинками, схемами и видеороликом.

Как работает 3G антенна на прием

Принцип создания рабочего тока

Для упрощения понимания происходящих процессов сделаем простое сравнение любой антенны, работающей на прием высокочастотного сигнала с конструкцией обычного электрического фонарика, состоящего из:

  • источника питания, обладающего электродвижущей силой;
  • потребителя тока — осветительной лампочки;
  • схемы подвода напряжения (проводников и выключателя) к входным контактам нити накала.

Старый карманный фонарик

Напряжение батарейки 4,5 вольта, подведенное по проводникам через выключатель к контактам лампочки, создает в нити накала и всей схеме ток порядка 100 миллиампер.

Весь этот процесс описывает закон Ома.

Закон Ома

Полезную работу выполняет электрический ток, а энергию для него вырабатывает источник ЭДС. Сопротивление препятствует этому процессу, снижает достижение положительного результата.

Точно по таким же принципам работает любая антенна 3G модема или другой технологии сотовой связи (2G, 4G), систем радиовещания, аналогового или цифрового телевидения.

Принцип действия антенны

У антенны Харченко источником ЭДС выступает рамка-вибратор, в которой энергия принимаемой электромагнитной волны наводит напряжение, измеряемое в милливольтах или даже ниже.

Элементы антенны Харченко

Оно преодолевает электрическое сопротивление контактов подключения токопроводящих жил коаксиального кабеля, измеряемое в омах и создает в цепи приемного устройства модема ток, измеряемый в микроамперах.

Особенности работы антенны

При анализе неисправностей антенных устройств необходимо учитывать:

  • маленькую величину ЭДС вибратора;
  • направление поляризации;
  • частоту электромагнитной волны.

Энергия сигнала

Передатчик находится на значительном удалении от приемника. Его мощность подбирается с учетом обеспечения оптимальных условий работы систем связи и не может превышать определенных величин.

Энергия электромагнитной волны способна формировать на вибраторах приемников напряжение в милливольтах или меньше. Его очень сложно замерить тестером или мультиметром домашнего мастера, довольно просто можно потерять, а наша задача — сохранить для обеспечения уверенного приема.

Направление поляризации

Антенна передатчика на вышке оборудования сотового оператора или телевидения может располагаться в вертикальной или горизонтальной плоскости. Таким же путем пойдет от нее излучение электромагнитной волны.

Вертикальная и горизонтальная поляризация ТВ сигнала

Антенна приемника должна ориентироваться в этом же направлении. Иначе сигнал от передатчика не будет принят.

Для этого совсем необязательно пользоваться лазерным уровнем или даже пузырьковым. Вполне можно выставить ее «на глаз».

Частота электромагнитной волны

Если в электрическом фонарике на лампочку поступает ток постоянной формы, то электромагнитная волна распространяется синусоидой. Для 3G модема ее частота составляет 2000÷2100 МГц, а у 4G более высокая — 2500÷2600.

Современное цифровое телевидение имеет собственные стандарты. Они для каждой местности имеют свои индивидуальные значения, но находятся в свободном доступе. С ними можно ознакомиться на сайте телеоператора через поисковые системы интернет.

От частоты сигнала тока зависят габариты и конструкция антенны.

Классификация неисправностей по функциональным признакам

После вышеупомянутого пояснения можно разделить причины отказов работы антенн на группы:

  1. невозможности приема нормального сигнала вибратором;
  2. повышенного электрического сопротивления цепи передачи тока на входной тракт модема или телевизора.

Кратко проанализируем их.

Условия приема

Ухудшить работу антенны может ослабленный сигнал передатчика вследствие:

  1. увеличения дальности для объектов связи;
  2. наличия существенных препятствий на пути до приемника;
  3. ухудшения погоды.

Дальность приема

Сотовая связь, как и система телевидения, организована таким образом, что вышки операторов покрывают расстояние для надежного прохождения сигнала ко всем точкам обслуживаемой местности. С этой целью антенны передатчиков располагают достаточно высоко.

Вышки сотовой связи

Однако охват всей территории страны сотовой связью еще не завершен. Поэтому есть места с ослабленным или вообще отсутствующим сигналом.

Условия прохождения сигнала на местности

Как бы сотовый оператор не располагал антенны своих передатчиков, всегда могут возникнуть условия для блокировки его сигналов. Это может иметь естественные или искусственные причины.

Природные факторы снижения сигнала антенны передатчика

Местность не всегда представляет собой ровную поверхность. На ней имеются возвышенности, например, холмы, горы, высотные здания или деревья и низменности. Они влияют на качество прохождения электромагнитных волн, ослабляя или полностью блокируя мощность сигнала.

Блокировка сигнала антенны передатчика

В то же время внутри такой зоны существует возможность приема информации за счет отраженного сигнала связи от окружающего экранирующего рельефа местности или зданий, сооружений.

Отражение сигнала антенны передатчика

Этот технический прием используют для организации связи. В домашних условиях требуется всего лишь покрутить антенну приемника в разных направлениях и отслеживать качество приема на оконечном устройстве: модеме, ноутбуке или телевизоре.

При отражении электромагнитных волн может происходить их незначительное искажение, что проявляется углом сдвига по фазе. При приеме основного и отраженного сигнала на антенне происходит сложение обеих волн.

Схема сложения основного и отраженного сигналов

Оно влияет на качество связи, особенно сказываясь на работе аналогового телевидения, когда на экране образуется сдвоенное изображение.

На практике этот случай встречается часто. Для борьбы с посторонними помехами используют защитные экраны, которые блокируют проникновение энергии отраженной волны на вход антенны приемника.

В статье о конструкции антенны с компьютерным диском тонкая алюминиевая фольга, на которой записывается информация, как раз играет эту защитную роль.

Общий вид антенны с рефлектором

Она исключает попадание отраженных волн с обратной стороны антенны.

Человеческий фактор

Люди используют сотовую связь через 3G модем в самых различных местах и могут перемещаться внутри зоны ослабленного или заблокированного участка, например, спустившись в метро или подвал. В такой ситуации антенна перестанет работать нормально и связь прервется.

Во всех вышеописанных случаях даже мощная энергия электромагнитной волны передатчика не сможет навести нормальную ЭДС на вибраторах исправной антенны приемника.

Теперь рассмотрим случаи, когда неправильно выполненная сборка ухудшает работу связи.

Качество монтажа антенны и кабеля

Вернемся к пресловутому закону Ома и вспомним роль электрического сопротивления: оно ослабляет действие тока и способно прекратить его протекание. Поэтому в создаваемой конструкции антенны надо принимать меры по его снижению.

Электрическое сопротивление высокочастотной синусоидальной цепи уменьшает ток сигнала двумя своим составляющими:

  1. активной;
  2. реактивной.

Все три величины взаимосвязаны и определяются по закону электротехники треугольником сопротивлений.

Треугольник сопротивлений

В нем полная величина выражается гипотенузой, а реактивная и активная части — катетами. Рассмотрим их влияние на прием сигнала.

Активное сопротивление антенны

На его величину основное влияние оказывают:

  • тип металла по которому протекает ток;
  • протяженность магистрали;
  • площадь поперечного сечения.

Применительно к этим характеристикам определим способы снижения сопротивления.

Вибраторы

Основным материалом выбирают медь или алюминий, реже — сталь. Проводимость меди выше, поэтому ее использование предпочтительнее.

В конструкции любой антенны указываются габариты вибраторов и их поперечное сечение. Эти величины рекомендуется выдерживать. Изготовление различных элементов из более тонких компонентов допускается в целях облегчения общего веса. Но при этом электрическое сопротивление несколько возрастет, а ток и качество приема снизится.

Кабель

Его домашний мастер не изготавливает, а покупает в магазине или использует приобретенный ранее.

Основные ошибки, которые чаще всего допускаются, это:

  • завышенная длина магистрали, когда кабель лежит бухтой около приемника;
  • неоправданное количество дополнительных соединителей в виде штекеров.

Соединение антенного кабеля

При сборке антенны следует сразу выбирать необходимую длину для кабеля и не стараться его удлинять за счет подключения специальными соединителями. Как бы качественно их не изготавливали и монтировали, но от переходного сопротивления полностью избавиться невозможно.

Электрические контакты

Частой ошибкой в конструкции антенны бывает прямое соединение алюминия с медью, которое создает гальваническую связь и повышает переходное сопротивление. Если в бытовой сети подобные точки могут работать несколько лет, где напряжение 220 вольт просто пробивает созданный слой, то милливольты ЭДС с вибратора на это не способны. Сигнал будет резко снижаться.

Реактивная составляющая сопротивления

Если домашний мастер будет строго придерживаться конструкции антенны при ее изготовлении и подберет необходимую длину кабеля, расположив его кратчайшим путем, то особых вопросов с реактивной составляющей не будет.

В качестве примера можно привести узел согласования входного сопротивления коаксиального кабеля и вибраторов. На антенне Харченко для телевидения он делается за счет поворота кабельного конца по рамке, повторяющего его форму.

Согласование кабеля и антенны

В то же время на этой же модели для 3G модема такой узел уже сложно выполнить технически из-за того, что размеры вибратора и толщина кабеля не позволяют это сделать. В этом случае согласование просто не выполняется.

Подключение антенного кабеля

Сигнал ослабляется в этом узле, но не настолько, чтобы мешать нормальной работе в зоне уверенного приема.

Как улучшить ослабленный сигнал антенны

На границах дальности вещания телевидения или передачи данных сотовой связи электромагнитная волна от передатчика на приемной стороне может наводить недостаточную по величине ЭДС на вибраторах. Она будет формировать маленькие токи высокочастотного сигнала. Их необходимо увеличить специальной электронной схемой.

Антенные усилители

Так называют специальные приборы, работающие на полупроводниковых элементах. Многие мастера спаивают их из высокочастотных транзисторов.

В качестве примера можно привести схему для повторения на одном транзисторе 2SC3358.

Схема активного антенного усилителя

Усилитель располагается сразу после вибратора и получает дополнительное питание от источника постоянного напряжения 12 вольт по кабелю, за счет чего носит название активного.

Он предназначен для работы на частотах от 400 до 850 МГц и обладает общим усилением порядка 10÷15 децибел. Настройка приема телевизора производится выставлением движка потенциометра Р1 посередине, а затем перемещением в обе стороны с контролем качества изображения по экрану.

Проблемные места антенных усилителей

Когда сигнал передатчика ослаблен, то на его уровень в эфире накладывается много помех от других источников излучения (электродвигатели, трансформаторы, генераторы, сварки и др). Они влияют на качество связи, приглушают ее.

Антенный усилитель воспринимает все эти помехи и преобразовывает их совместно с основным сигналом. В результате на экране телевизора идет искажение передаваемого изображения.

Когда радиолюбитель создает мощный усилитель из нескольких каскадов транзисторов, то его уровень может быть завышен, а помехи способны вообще заглушить нужный сигнал. Чтобы этого не произошло на входе устанавливают фильтры, не пропускающие их на рабочую схему.

Подобные конструкции в промышленном исполнении для специальной аппаратуры работают надежнее. Но, благодаря сложности конструкции, они стоят дорого и в домашних условиях не применяются.

В продаже можно найти антенные усилители среднего класса, вполне подходящие для работы в быту.

Выбор другой конструкции

Статья посвящена использованию модели, спроектированной инженером радиолюбителем Харченко для радиоприемников, работающих на средних волнах в первой половине прошлого столетия. С тех пор она периодически повторяется и модернизируются для разных диапазонов благодаря простоте конструкции и широкополосному диапазону.

Однако она имеет невысокий коэффициент усиления и создается для работы в зоне уверенного приема. На дальних расстояниях с ослабленным сигналом лучше выбирать другие конструкции антенн: направленные или логопериодические. Изготовление их требует высокой точности в соблюдении размеров, но избавляет в большинстве случаев от использования усилителя.

При выборе антенны для сложных условий работы следует учитывать характеристики:

  • полосу пропускания;
  • входное сопротивление;
  • диаграмму направленности;
  • коэффициенты стоячей волны, усиления, направленности, полезного действия;
  • фазовую диаграмму;
  • шумовую температуру.

Однако в рамках этой статьи такой материал сложно уместить.

Для закрепления темы рекомендуем посмотреть видеоролик Сергея Груздева “Как настроить антенну для цифрового ТВ”









Напоминаем, что вам сейчас удобно задать вопрос в комментариях или поделиться этим материалом с друзьями в соц сетях.

Ссылка на основную публикацию