Тройной квадрат или трёхэлементная антенна Сотникова – это узкополосная антенна рамочного типа. Популярной она стала в 1960 году после публикации схемы и описания к ней в журнале «Радио».
Основные характеристики
Антенны такого типа используют для работы со слабым сигналом. Узкополосная направленность позволяет отсеять сигналы, идущие от других передатчиков, которые задействуют близкие по частоте каналы. Если стоит задача принять слабый сигнал, исходящий от передатчика, который находится вблизи другого, с куда более сильным сигналом, частотной избирательности широкополосной антенны будет недостаточно. В таком случае также используются узкополосные устройства.
Многие авторы, описывающие принцип работы антенны, например, Никитин В.А или Шейко В.П., указывали, что антенна «Тройной квадрат» имеет усиление в 14 dBi. Реальное усиление значительно меньше – около 9 dBi.
Усиление, равно как и входное сопротивление, зависит от расстояния между частями антенны.
Строение антенны
Данное устройство состоит из трёх элементов:
- активной рамки или вибратора;
- рамочного рефлектора;
- директора.
В схеме два последних элемента замкнуты, а рамка вибратора наоборот разомкнута. Центры всех компонентов расположены на горизонтальной прямой, которая должна быть направлена на телецентр.
В качестве материалов при изготовлении антенны часто используется медный прут, латунный прут или трубки большого диаметра. Последний вариант бывает полезен, когда нужно расширить полосу пропускания антенны.
Три рамки держатся на двух стрелах, верхняя из которых припаяна к рамке, а вторую чаще всего приклеивают в нескольких точках на эпоксидную смолу.
Верхнюю стрелу рекомендуют делать из того же материала, что и сами рамки. Нижнюю стоит сделать из изоляционного материала, что поможет улучшить качество приёма сигнала.
В качестве симметрирующего устройства для «Тройного квадрата» выступает короткозамкнутый шлейф, сделанный из материала, использованного для самой антенны.
«Тройной квадрат» можно сделать из отдельных кусков материала или из одного куска толстого провода. В обоих случаях расстояние между мостиками должно составлять 30 мм. Если антенна делается из цельного куска провода, то поддерживающая структура будет состоять из одной стрелы (верхней) вместо двух.
В некоторых ситуациях, например, когда сигнал совсем слабый, и его нужно значительно усилить, к трём рамкам могут добавить ещё несколько.
Расчёт размеров антенны
Для составления схемы, по которой можно собрать работающую антенну, нужно знать ряд параметров:
- R, V, D – размеры сторон квадратов;
- vr, vd – расстояние между рамками;
- H, W – длину и толщину согласующего полуволнового шлейфа.
Периметр квадрата вибратора приблизительно должен быть равен длине волны.
Длина стороны рефлектора (R) в идеале должна быть на 4% больше, чем длина стороны вибратора (V).
Для расчёта длин сторон можно использовать следующие формулы:
- ребро вибратора = 0,255 * длина волны;
- ребро рефлектора = 0,261 * длина волны;
- ребро директора = 0,247 * длина волны.
В интернете можно легко найти калькуляторы для расчёта всех необходимых размеров. Достаточно ввести туда входные данные, чтобы на выходе получить готовую к сборке схему. Важно учитывать, что по умолчанию большинство калькуляторов рассчитаны на использование 74-Омного коаксиального кабеля, если не указано обратное.
Если сравнивать усиление, доступное при использовании «Двойного квадрата» и «Тройного квадрата», то налицо преимущество второй структуры. Усиление при переходе с двойной рамки на тройную составляет более 1,5 дБ. Но при этом двойная рамка имеет более широкую полосу рабочих частот.
Антенны метровых волн для большей надёжности делают из трубок диаметром от 10 до 15 мм. Расстояние между крайними точками вибраторной рамки обычно увеличивают с 30 до 50 мм.
Крайне важно правильно выставить антенну. Из-за узконаправленности условная горизонтальная прямая, проходящая через центры всех рамок антенны, должна смотреть точно на телецентр.
Антенна «Тройной квадрат» в силу компактных размеров и высокого показателя усиления легко может заменить комнатную антенну.
Краткая инструкция по сборке
После расчёта размеров директора, рефлектора и вибратора можно приступать к сборке антенны.
- Сначала сделать из проволоки три основных квадрата. Важно при сгибании вибратора сразу сделать ответвление для шлейфа в нижней части конструкции.
- Концы директора и рефлектора тщательно спаять.
- В верхней части конструкции припаять перемычку из того же материала, из которого сделана антенна. Важно сделать это таким образом, чтобы центральные точки всех элементов в итоге находились на одной прямой.
- К вибратору в нижней части конструкции припаять фидер (см. рисунок ниже). Один конец элемента припаивается к центральной жиле, а второй – к экрану.
- Для надёжности закрепить кабель на антенне, например, с помощью нити.
В конце проволоку рекомендуется покрасить и покрыть лаком, чтобы защитить от неблагоприятного влияния внешней среды (например, коррозии).
Что может повлиять на качество работы
«Тройной квадрат» важно правильно расположить по отношению к телецентру.
Если в комнате установлены металлопластиковые окна, стоит уделить особое внимание позиционированию антенны. Если на пути сигнала будут металлические элементы – например, каркас окна – то это негативно повлияет на качество приёма сигнала.
То же касается и некоторых видов стёкол. В ряде случаев на внутреннюю часть стеклопакета наносят зеркальное или энергосберегающее покрытие. Они защищают от утечки информации по электромагнитным полям и от микроволнового излучения.