Антенны линейной поляризации (монополь, диполь, Vee)

[Volot 114]

gl0om, рекомендации по Ку вибратора даны, как я понимаю, для вибраторов к которым фидер подводится в ортогональной плоскости.

 Кроме того, для коаксиального диполя выбор длины должен ещё и обеспечить требуемую глубину полости. 

 Расчёты в симуляторе, для коаксиального диполя из кабеля RG316, показывают что длина нижней половины получается меньше, чем требуемая глубина полости. Поэтому мне пришлось в полость установить втулку из фторопласта длиной 5.05 мм, чтобы полость имела резонанс на частоте 1160 МГц. Входное сопротивление такого диполя близко к 75 Омам. Размеры смотрите на скрине( геометрию RG316 посмотрите в PDF на кабель).

Edited October 4, 2016 by Volot

[gl0om 0]

Ох ничосе! Спасибо за схему.

Вообще у меня были схожие рассчеты в MMANA, 57.0mm нижняя часть, 60.7mm верхняя. Это я на глаз подбирал. Результат вышел такой: 

Нижняя часть 57mm, верх 60.7mm

 

Он мне показался странным и я решил разобраться как рассчитать габариты по науке. А по науке вышло немного хуже и не менее странно:

Низ 58.8mm, верх 60.7mm

 

В качестве нижней части антенны я просто указал кусок 6мм кабеля. Не знаю как трубку сделать в MMANA.

А вы где моделируете? У вас и трубка и фторопласт присутствуют... 

[Volot 114]

УКВ антенны лучше рассчитывать для свободного пространства( иначе, будете получать чудеса вроде усиления П/В диполя в 10 дБ). ММАНА можно использовать для проволочных антенн. Да  и то, похоже Вы нарушили ограничение по диаметру 6мм для длины антенны на 1160 МГц.

 Я пользовался симулятором HFSS, могу ещё порекомендовать CST или FEKO.

[rw9hk 55]

Согласен с Volot-ом  в MMANA на СВЧ проволочных антеннах (тут только проволочные и можно считать) надо только свободное пространство использовать, и все точно получается на практике. А если считаете коаксиальную антенну в MMANA, то надо не 2 провода с диаметрами толстыми считать, а вместо трубки брать несколько параллельных проводников.

[gl0om 0]

4 минуты назад, rw9hk сказал:

надо не 2 провода с диаметрами толстыми считать, а вместо трубки брать несколько параллельных проводников.

А эти проводники соединять между собой? Или каждый в отдельности запитывать?

[rw9hk 55]

1280 Dipol, 75 Ohm, V-pol omni (wire 0.054mm, tube 0.053mm D=4-5mm)
*
1280.0
***Wires***
9
-0.002,	0.0,	0.0005,	-0.002,	0.0,	0.05399,	8.000e-04,	-1
0.0,	0.0,	0.05448,	0.0,	0.0,	0.10882,	8.000e-04,	-1
0.002,	0.0,	0.054,	0.002,	0.0,	0.00051,	8.000e-04,	-1
-0.002,	0.0,	0.05399,	0.0,	0.0,	0.05448,	8.000e-04,	-1
0.002,	0.0,	0.054,	0.0,	0.0,	0.05448,	8.000e-04,	-1
0.0,	-0.002,	0.054,	0.0,	-0.002,	0.00051,	8.000e-04,	-1
0.0,	0.002,	0.054,	0.0,	0.002,	0.00051,	8.000e-04,	-1
0.0,	0.002,	0.054,	0.0,	0.0,	0.05448,	8.000e-04,	-1
0.0,	0.0,	0.05448,	0.0,	-0.002,	0.054,	8.000e-04,	-1
***Source***
1,	0
w2b,	0.0,	1.0
***Load***
0,	0
***Segmentation***
800,	80,	2.0,	2
***G/H/M/R/AzEl/X***
0,	3.0,	1,	75.0,	120,	60,	0.0
###Comment###
http://www.hamsk.ru/

 

[gl0om 0]

Понял, большое спасибо!

[MarioFly 2]

Доброго всем времени суток. Прошу прощение за то что "вклиниваюсь" :)

Есть приборы, пробовал делать обычную антенну: симметричный полуволновой вибратор на 433 МГц, так даже со всеми приборами намучился.  Изменяешь точку питания на 1 мм и все расползается по диаграмме смита, сразу другое активная, реактивная составляющая.  Зато просто подключив прибор к антенне и замерив, получаешь активное и реактивное значение, рассчитываешь какими значениями элементов согласовать,  (емкостью или индуктивностью) и вуаля, работает. Поэтому остается вопрос, вот куча антенн на этом форуме изготавливают, но редко  видел что бы приводили согласование антенны, да и возможно без приборов, а только по расчетам?  Может быть попробовать совместить расчетную, моделированную антенну с реальной, посмотреть, на сколько будут расхождения и будет ли она "нормально" работать? Измерить есть чем.   

 

[Volot 114]

 Добрый вечер, Ser. Честно пытался понять Ваш пост, но пришёл к выводу сложно это.

 Например: 1 чем отличается " изменяешь точку питания на 1 мм..." от " Зато просто подключив прибор к антенне...." ?

  2 Зачем нужно согласование с антенной, если нормальный разработчик старается сделать входной импеданс равным сопротивлению кабеля питания?

 3 Лично я почти каждый день проверяю расчётные характеристики антенн с реальными. Расхождения зависят от опыта разработчика и степени его владения элктромагнитным симулятором.  Однако есть и независящие от этого причины, например, реальные характеристики антенны на PCB  зависят от технологического разброса эпсилон FR4(  около 10%).

[MarioFly 2]

 

Volot, спасибо за ответ. Многое хотелось написать, наверное не все понятно получилось.

Постараюсь по порядку:

1. Когда физически подключаешь векторный анализатор к месту питания проектируемой антенне, получаешь одни значения. Просто сместив точку питания на миллиметр, получаешь уже другое значение всего импеданса антенны. Конечно можно все мерить штангенциркулем до микрон, придерживаясь расчетного проекта, использовать для пайки строго измеренный в граммах припой, элементы антенны должны состоять из точно симулируемого материала, например присадка для сварки может иметь разную толщину покрытия меди и т.д.  Конечно, можно говорить о том, что ВЧ распространяется по поверхности проводника, но туда еще добавляется в каком состоянии находиться эта поверхность, шероховатость, окисел, лак, краска, защитный слой и т.д. К чему я Все это, просто собирая антенну, параметры меняются на глазах и существенно при малейшем изменении геометрии, формы или даже от капли клея термопистолета, а пользоваться последним  видимо многие не брезгуют. И все это для 400-500 МГц. На 5.8ГГц, вообще весело......

Поэтому возникает вопрос о повторяемости расчетной конструкции на "зоркий глаз" без измерительного прибора.

 2. Согласен, но вряд ли у Вас просто получиться согласовать и активную и реактивную составляющую.  Просмотрев все сообщения в этой теме, извините меня, видел единицы согласованных конструкций и то только в теории. Например, пойду от этого сообщения назад: 

Не видно что есть симметрирование. Кстати у Vee разве чисто активная составляющая?

 

 

Добиться то можно, надо определиться зачем: что бы стало 50 Ом или антена правильно работала. Тут совсем непонятно, изменяя геометрию антенны, мы меняем распределение тока и напряжения, диаграмму направленности. Или я что то не понял.

Тут тоже 50 Ом и реактивное сопр. равно 0 ?

 

Volot, не знаю как Вас величать, не судите строго, тон разговора у меня дружелюбный, как не покажется с первого раза, как говориться "хочу докопаться до истины" :)  Постараюсь оказать любую конструктивную помощь в развитии данной темы. 

 

3. Хотелось бы тоже проверить. Можно попросить смоделировать, например Vee и проверить на практике? Материал, который есть в наличии сообщу чуть позже. 

 

С уважением, Сергей.

 

 

 

[baliv 52]

После расчетов все равно придется допиливать напильником... ИМХО.  Потому, что даже повторить антенну 1:1 в домашних условиях вряд ли получиться. Особенно на 5.8... там вообще п..ц...

Если у вас есть VNA - какие проблемы? Прикинули примерно размеры(в симуляторе к примеру) потом меряете-изменяете - меряете, опять изменяете - опять замеряете, может получиться уже не очень красиво(куча пайки и изгибов) но рабочий вариант точно выйдет...

 

[Volot 114]

7 часов назад, MarioFly сказал:

 

1. Когда физически подключаешь векторный анализатор к месту питания проектируемой антенне, получаешь одни значения. Просто сместив точку питания на миллиметр, получаешь уже другое значение всего импеданса антенны.

 

Не видно что есть симметрирование. Кстати у Vee разве чисто активная составляющая?

 

Добиться то можно, надо определиться зачем: что бы стало 50 Ом или антена правильно работала. Тут совсем непонятно

С уважением, Сергей.

 

   Вопросов у Вас много, боюсь у меня не хватит терпения отвечать на все.

  Хорошо, что Вас интересуют антенны. На мой взгляд у Вас просто мало практического опыта, судя по вопросам.

  1 Сделайте эскиз того "обычного" полуволнового вибратора на 400 МГц со схемой кабеля подключения, оценим Ваши измерения.

  2 Не встречал антенн с чисто активным сопротивлением в рабочей полосе частот. Для оценки качества согласования принято измерять Ксв. Допустимым считается Ксв менее 1.5(потеря около 4% мощности сигнала)

 3 У антенны много параметров и оценивать её "правильность" только по входному импедансу или "правильному" распределению тока и напряжения не совсем корректно.  Замечу только, что энергетика радиоканала связи пострадает намного больше от плохого согласования антенн, чем от небольшого укорочения полуволнового вибратора. Чтобы убедиться в этом просчитайте в симуляторе диаграмму направленности полуволнового вибратора полноразмерного, а затем укоротив его на 10%.

 И последнее, следует различать широкополосные антенны и узкополосные( высокодобротные). Все Ваши опасения по "микронной" точности изготовления антенн относятся к высокодобротным. Такими тут никто не пользуется.

 

Edited November 25, 2016 by Volot

[baliv 52]

33 минуты назад, Volot сказал:

Такими тут никто не пользуется.

 Чё й то??  как раз пользуются.... 

[Volot 114]

Приведите пример использования высокодобротной антенны.

[baliv 52]

Наверное добротность бывает разной... но антенна настроеная на один канал считается высокодобротной?

[Volot 114]

Высокодобротное пальто - значит хорошо сшито из качественного материала.

Высокодобротная антенна - головная боль изготовителя, настраивать сложно, точность геометрии высокая.

 Высокая добротность нужна при изготовлении фильтров, для антенны скорее недостаток.

Встречал варианты использования таких антенн для дополнительной фильтрации помех. Обычная антенна становится высокодобротной при изготовлении из проводников с укорочением, при близком расположении к рефлектору , при объединении в коллинеарную структуру.

[baliv 52]

По КСВн можно судить об узкополосности антенн?

[baliv 52]

Вот к примеру вчера  простой патч делал. 

На соседних каналах уже КСВн заоблачный... считать такую антенну узкополосной?

Edited November 25, 2016 by baliv

[Volot 114]

По графику Ксв можно судить о широкополосности связанной с согласованием. По ДН о широкополосности по поддержанию заданной диаграммы направленности. Патч антенна считается  узкополосной антенной, поэтому изготавливать её рекомендуется с настройкой по прибору.

 Понятие высокодобротная несколько условно и связано не только с полосой рабочих частот, при повышении добротности велики реактивные токи и напряжения, а значит возрастают потери в окружающих подложках из диэлектрика, на вихревые токи в металлах.

 На Вашем скрине полоса патча по Ксв 2 более 40 МГц, для патча это нормально.

[MarioFly 2]

А меня учили, чем меньше связь и больше добротность, тем уже полоса. Вообще полоса это условно и должна измеряться в процентах от диапазона, например видеосигнал Вы не сможете передать (впихнуть) на СВ (средних волнах), а на 5.8 ГГц, запросто.

[Volot 114]

 Вас правильно учили, но только мы тут говорим не о связанных контурах в фильтре. А о возрастании реактивных токов в антенне, увеличении градиента хода реактивности при изменении частоты.

Об относительной и абсолютной полосе рабочих частот я слышал тоже, ничего не имею против. Поэтому и пишу, что понятие высокодобротная несколько условно, резкой границы не проведёшь.

[MarioFly 2]

Диапазоном рабочих частот (полосой пропускания) антенны называется интервал частот от fmin до fmax, в пределах которого все параметры антенны не выходят из заданных пределов:

∆f = fmax − fmin .
Диапазон рабочих частот антенны чаще всего выражают в процентах к средней частоте диапазона

∆f / fср =(( fmax − fmin) / (fmax + fmin)) ⋅2⋅100%, 

если ∆f / fср < 10%, то антенна – узкополосная; если 10% < ∆f / fср < 100%, то антенна – широкополосная; если ∆f / fср > 100%, то антенна – широкодиапазонная.

Диапазон рабочих частот широкодиапазонных антенн оценивают специальным параметром – коэффициентом перекрытия диапазона Kд = fmax / fmin.

[baliv 52]

Спасибо за ликбез! Вот если прикинуть, что сделанная мной антенна имеет рабочие параметры в полосе частот о 1060МГц до 1100Мгц (span 40МГц при КСВ 2), то получается 3,7%

Таки узкополосная получается!...

[Volot 114]

Baliv, если поглубже вникнуть в конструкцию патч антенн, то можно патч антенну изготовить в широкополосном варианте. 

 У меня такая антенна, по Ксв менее 2-х, имеет полосу около 230 МГц. См. расчёт на скрине:

[MarioFly 2]

Решил сегодня проверить Vee "на коленке", точнее на дверце.

Прикольненько, и вправду волновое в резонансе практически 50-j0