Две квадратные рамки из проволоки, сходящиеся вершинами в центре, и кабель, подключённый к ним в этом же месте — такую антенну называют по-разному: антенной Харченко, зигзагообразной антенной, а радиолюбители ещё и «восьмёркой» или биквадратом. Разберём, как она устроена, на какое усиление можно рассчитывать и где её применяют.

Антенна Харченко: коротко

  • Антенна Харченко — направленная антенна, обычно из двух квадратных рамок со стороной в четверть длины волны. Рамки сходятся вершинами к общей паре точек питания в центре, к которой подключён кабель.
  • Её называют также зигзагообразной антенной, а в радиолюбительской среде биквадратом.
  • Направленность зависит от рефлектора (металлического экрана или решётки позади рамок). Без него антенна принимает сигнал с двух противоположных сторон, с ним только с одной, и приём становится сильнее.
  • В антенне нет электронного усилителя, но за счёт направленности она принимает сигнал сильнее, чем антенна без направленности. Эту разницу называют усилением и измеряют в дБи.
  • Размер антенны зависит от частоты, на которую её рассчитывают, и чем частота выше, тем меньше рамки. Для эфирного телевидения (около 600 МГц) сторона квадрата составляет около 12,5 см, для Wi-Fi на 2,4 ГГц около 3 см, для радиолюбительского диапазона 145 МГц около 52 см.
  • Антенна Харченко сравнительно широкополосная, поэтому одну конструкцию можно использовать в некоторой полосе вокруг расчётной частоты. Если нужные каналы расположены далеко друг от друга, одной антенны может не хватить.
  • Антенну Харченко применяют:
    — для приёма эфирного цифрового телевидения;
    — для мобильного интернета 3G и 4G;
    — для Wi-Fi на 2,4 ГГц и связи между двумя точками;
    — в радиолюбительской связи на ультракоротких волнах.

Что такое антенна Харченко (зигзаг, биквадрат)

В классическом виде антенна Харченко — направленная антенна из двух одинаковых квадратных рамок, которые сходятся вершинами в центре. Квадраты стоят на вершинах, и со стороны антенна похожа на два ромба. Обе половины полотна работают совместно и подключены к общей паре точек питания. Есть и вариант с четырьмя рамками.

Автор антенны — советский инженер Константин Харченко. В 1961 году в журнале «Радио» (№ 3) вышла его статья «Зигзагообразная антенна», отсюда одно из названий. Изначально антенну делали для метровых телевизионных каналов, где волна длиннее, а значит, и рамки крупнее. С появлением дециметрового вещания конструкцию приспособили под него, и сейчас размеры рассчитывают под любую нужную частоту.

Радиолюбители называют её ещё биквадратом, по-английски biquad, и чаще всего так говорят о вариантах для Wi-Fi. Двойным квадратом её тоже называют, хотя так же зовут другую антенну, квад из активной рамки и рамки-рефлектора.

Устройство антенны

Антенна состоит из полотна, то есть самих рамок, и рефлектора. Рефлектор нужен не всегда.

Полотно

Полотно — это квадратные рамки со стороной в четверть длины волны, на которую рассчитана антенна. В классическом варианте их две, у двойного биквадрата четыре. Периметр каждой рамки равен длине волны. Рамки сходятся вершинами к общей паре точек питания в центре. К этим точкам подключают центральную жилу и оплётку кабеля.

Рефлектор

Рефлектор — металлический экран или решётка позади полотна. Он работает как отражатель у фонаря. Без него антенна принимает сигнал с двух сторон, и диаграмма направленности (график чувствительности антенны по направлениям) похожа на «восьмёрку». С рефлектором приём идёт с одной стороны и становится сильнее.

Экран делают сплошным листом или решёткой из прутьев. Решётка меньше «парусит», то есть слабее давит под ветром. От полотна экран отодвигают на расстояние, которое подбирают под частоту и конструкцию.

Усиление и полоса частот

Антенна Харченко не содержит усилителя. Сигнал на выходе оказывается сильнее, чем у антенны без направленности, потому что она принимает волну в узком секторе и подавляет остальные направления. Эту прибавку называют усилением и измеряют в дБи, то есть в децибелах относительно антенны, принимающей одинаково со всех сторон. Каждые 3 дБ означают рост мощности вдвое.

В одном из расчётов конструкции на частоту около 525 МГц при установке на высоте 15 метров получили примерно 11 дБи без рефлектора и почти 15 дБи с экраном на расстоянии в четверть длины волны. Разница около 3,7 дБ, то есть мощность принятого сигнала выросла примерно в 2,3 раза. Эти значения относятся к конкретной модели и условиям расчёта. У другой конструкции и при другой установке, например у окна квартиры или на балконе, они будут отличаться, а прибавка от рефлектора зависит от размеров и положения экрана.

Размеры выбирают относительно центральной частоты нужных каналов. Антенна Харченко сравнительно широкополосная, поэтому одна конструкция может нормально работать в некоторой полосе вокруг расчётной частоты. В расчётах радиолюбителей один из вариантов адаптировали к участку 470–582 МГц. Но если нужные каналы расположены далеко друг от друга, одной антенны Харченко может не хватить, и тогда берут более широкополосную, например логопериодическую.

В тех же расчётах КСВ (коэффициент стоячей волны, показатель согласования антенны с кабелем, чем ближе к единице, тем лучше) классической антенны равен 2,4. При таком значении около 17% мощности отражается обратно. У одного из улучшенных вариантов КСВ ниже двух во всём участке 470–582 МГц.

Поляризация

Поляризация — это направление, вдоль которого колеблется электрическое поле радиоволны. У антенны Харченко оно определяется положением полотна, которое может быть горизонтальным, вертикальным или наклонным.

Если квадраты стоят друг над другом, антенна принимает горизонтально поляризованный сигнал. Если квадраты лежат рядом друг с другом, вертикально поляризованный. Чтобы сменить одну поляризацию на другую, антенну поворачивают на 90°. Эфирное телевидение в России обычно вещает с горизонтальной поляризацией, но отдельные передатчики могут использовать вертикальную. Поэтому для телевидения антенну чаще ставят квадратами друг над другом. Для Wi-Fi положение выбирают по второму устройству, ведь поляризации на двух концах связи должны совпадать. Для мобильной связи ориентация зависит от конкретного оборудования, и правильное положение указано в инструкции производителя.

Как направить антенну

Антенну направляют плоскостью рамок на передатчик, а рефлектор, если он есть, остаётся сзади. Без рефлектора антенна принимает и спереди, и сзади, поэтому сигнал может прийти не только с нужной вышки. Точное направление подбирают по показаниям приёмника, то есть для телевидения по шкале качества сигнала в меню приставки, а для интернета по показателям связи в интерфейсе роутера. Антенну медленно поворачивают, после каждого шага ждут, пока показатели обновятся, и закрепляют в положении с самым устойчивым приёмом.

Разновидности

Под названием «антенна Харченко» нередко подразумевают сразу несколько конструкций.

  • Двойной биквадрат (double biquad) состоит уже из четырёх рамок. Он имеет более узкую диаграмму направленности и обычно даёт несколько больший коэффициент усиления, чем обычный биквадрат.
  • Существуют родственные зигзагообразные варианты с треугольными и другими формами элементов. Их характеристики и размеры отличаются от классической конструкции.

Отличия антенны Харченко от Яги и логопериодической

У антенны Яги активен один элемент, вибратор, а рефлектор и директоры пассивны. У антенны Харченко к кабелю подключены обе рамки через общую пару точек. Яги рассчитывают на узкую полосу частот, а антенна Харченко обычно перекрывает более широкую относительную полосу, чем многоэлементная Яги.

Логопериодическая антенна работает в широкой полосе частот, вплоть до нескольких диапазонов сразу, но усиление у неё обычно ниже, чем у Яги сопоставимого размера.

Какая из антенн лучше, заранее сказать нельзя, результат определяют расстояние до вышки, рельеф и отражения. В отзывах встречаются оба мнения. Одни получают на антенне Харченко приём там, где не справлялись магазинные антенны, другие пишут, что покупная логопериодическая с усилителем работает лучше.

Применение

Антенну рассчитывают под нужную частоту, поэтому применяют её в разных диапазонах.

Эфирное телевидение

Антенна Харченко принимает цифровое эфирное телевидение, которое вещается в основном в дециметровом диапазоне (ДМВ, волны длиной от 10 до 100 см). Если пакеты каналов (мультиплексы) расположены недалеко друг от друга по частоте, антенну считают под середину между ними. Номера каналов для вашего региона можно узнать на сайте РТРС.

Мобильный интернет 3G и 4G

Антенну Харченко пересчитывают под частоты мобильных сетей, на 1800 и 2100 МГц сторона квадрата составляет около 3,5–4 см. Для нескольких сильно разнесённых диапазонов она менее удобна, чем широкополосная антенна. У многих модемов два антенных разъёма для режима MIMO, потому что модем принимает сигнал сразу по двум каналам. Для них нужна пара антенн с разной поляризацией либо готовая двухполяризационная антенна.

Если нужна помощь с подбором оборудования, мы подключаем интернет в частные дома.

Wi-Fi на 2,4 ГГц

На 2,4 ГГц сторона квадрата составляет около 3 см, а с рефлектором антенна даёт примерно 10–12 дБи. Для покрытия всей квартиры она подходит плохо, зато годится для связи между двумя точками, например между соседними зданиями.

Радиолюбительская связь

Радиолюбители применяют антенну Харченко на ультракоротких волнах, в том числе около 145 и 430 МГц. На 145 МГц сторона квадрата около 52 см, на 430 МГц около 17 см, поэтому вся конструкция на 145 МГц получается размером порядка метра и больше.

Размеры и расчёт антенны Харченко

Ориентировочно сторона квадрата равна четверти длины волны. Длина волны в метрах равна 300, делённым на частоту в мегагерцах, поэтому для 600 МГц она составляет 0,5 м, а сторона квадрата 12,5 см.

Для масштаба сторона квадрата составляет:

  • 3,5–4 см для мобильных сетей на 2100 и 1800 МГц
  • около 3 см для Wi-Fi на 2,4 ГГц
  • около 17 см и около 52 см для радиолюбительских диапазонов 430 и 145 МГц
  • около 75 см для FM-радио на 100 МГц

Антенну Харченко можно собрать самостоятельно. Расчёты и схемы для разных частот есть в интернете, а точные размеры берут из калькулятора под свою частоту.

Вопрос-ответ

Нужен ли антенне Харченко рефлектор?

Рефлектор не обязателен. Без него антенна принимает сигнал с двух сторон, а с ним преимущественно с одной. В одном расчёте конструкции на 525 МГц рефлектор увеличил усиление примерно на 3,7 дБ, но это значение зависит от размеров экрана и расстояния до него.

Почему приставка пишет «перегрузка антенны по питанию»?

Антенна Харченко пассивная и питания не требует. У её полотна есть проводящий путь по постоянному току, поэтому при включённой подаче 5 В некоторые приставки воспринимают подключение как перегрузку или короткое замыкание. Если усилителя нет, питание антенны в меню приставки отключают.

Нужен ли усилитель для антенны Харченко?

Усилитель не делает плохой сигнал качественным, ведь он усиливает и полезный сигнал, и часть шумов и помех. Он особенно полезен, когда на самой антенне сигнал ещё достаточного качества, но затем теряется в длинном кабеле или делителях. Модель берут для дециметрового диапазона. Если усилитель питается по кабелю от приставки, питание антенны в меню включают, а схема подключения описана в инструкции к усилителю.

Почему антенна Харченко не принимает сигнал?

Проверьте следующее:
— направлена ли плоскость полотна на передатчик и стоит ли рефлектор сзади;
— выдержано ли расстояние между полотном и рефлектором, если он есть;
— совпадает ли поляризация антенны с поляризацией сигнала;
— рассчитана ли антенна на частоты ваших каналов;
— нет ли на пути сигнала препятствий;
— не ослабляет ли сигнал длинный или повреждённый кабель;
— не замкнута ли центральная жила кабеля на оплётку.

На каком расстоянии от вышки работает антенна Харченко?

Единой дальности у антенны Харченко нет. Она определяется мощностью и высотой передатчика, высотой установки антенны, рельефом, препятствиями, помехами и потерями в кабеле. Усиление антенны показывает направленные свойства, но само по себе не переводится в километры.