Расчет штыревой антенны: Калькулятор для диполя и штыря

Содержание

РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВОЙ АНТЕННЫ

РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВОЙ АНТЕННЫ


Ю. Прозоровский (UA3AW)

Одним из основных способов снижения помех телевизионному приему со стороны любительских передатчиков является применение передающих антенн с вертикальной поляризацией. Наиболее распространена среди коротковолновиков четвертьволновая вертикальная антенна («Ground plane»). Эта антенна состоит из вертикального штыря, длина которого обычно несколько меньше четверти длины рабочей волны, излучаемой передатчиком, и противовеса. Он выполняется из нескольких горизонтально расположенных четвертьволновых лучей, соединенных с оболочкой коаксиального кабеля, по которому от передатчика подается высокочастотная энергия.

Сопротивление излучения такой четвертьволновой антенны равно 28-32 ом (в зависимости от внешнего диаметра металлических трубок, из которых она построена). Поэтому соединение антенны с 50- или 75-омным коаксиальным кабелем приведет к появлению в нем стоячих волн и к потере энергии. Для согласования вертикального штыря с кабелем необходимо использовать дополнительные элементы — катушки индуктивности, конденсаторы или отрезки кабеля с определенными параметрами.

Ниже описывается упрощенный метод расчета антенны «Ground plane» с горизонтальным противовесом и согласующим отрезком кабеля. Антенны, построенные по этому расчету, хорошо работают на одном любительском диапазоне (например, 14 Мгц) и, вместе с тем, вполне удовлетворительно излучают и на двух соседних диапазонах (21 и 7 Мгц).

Расчет будем приводить на числовом примере для диапазона 14 Мгц. Соединение штыря с питающим его кабелем и согласующим отрезком кабеля и обозначения их размеров показаны на рис. 1.


Puc.1

Для расчета необходимо знать диаметр металлических трубок или провода, из которых будут выполнены штырь антенны и лучи противовеса. Допустим, что мы собираемся применить для изготовления антенны трубки с внешним диаметром 30 мм,

а противовес будем делать из провода диаметром 2 мм.

Определяем коэффициент М, характеризующий отношение длины удаленного от земли полуволнового диполя к диаметру антенны. Применяем формулу:

M=150000/(f(Мгц)D(мм))

Здесь: f — средняя частота диапазона,

D — диаметр трубок. При f=14,2 Мгц и D=30 мм получаем:

M=150000/(14,2*30)=352

По коэффициенту М определяем, пользуясь графиком (рис. 2), сопротивление излучения четвертьволновой антенны Rизл (для резонансной частоты): Rизл=30,8 ом.


Puc.2

Теперь следует вычислить истинное сопротивление излучения Ry укороченной антенны, которую мы будем строить; оно из-за влияния земли и противовеса отличается от Rизл и равно:

Ry=Rизл-Z/4Rизл

Здесь Z — волновое сопротивление коаксиального кабеля, из которого выполнен фидер. В нашем примере возьмем его равным 75 ом. Тогда:

Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом.

Для вычисления длины вертикального штыря L нужно по графику рис. 3 определить еще два вспомогательных коэффициента: Кс, характеризующий изменение сопротивления антенны при изменении ее длины, и Кз, учитывающий влияние противовеса и земной поверхности. Получаем: Kc=535, Kз=0,97.


Puc.3

График для определения коэффициента К может быть использован лишь при изменении длины антенны не более чем на 10%. Если антенна длиннее резонансной, то ее полное сопротивление носит индуктивный характер, если короче — емкостный.

Длина штыря (в мм) определяется по формуле:


У нас;

Для определения длины лучей противовеса Lnp, выполненных из провода диаметром 2 мм, вычисляем

М: M=150000/14,2*2=5280 и по графику рис. 3 находим Ky=0,978. Тогда


Укороченная антенна имеет, кроме активного, также реактивное сопротивление емкостного характера. Для его компенсации параллельно антенне присоединен закороченный на конце отрезок кабеля; длина его выбирается такой, чтобы его реактивное сопротивление имело индуктивный характер необходимой величины. Определяем это индуктивное сопротивление:

Xc=Z/S=75/1,22=61,5 Ом

Пользуясь логарифмической линейкой или таблицей тангенсов, находим угол а, тангенс которого численно равен отношению полученного значения Xc к волновому сопротивлению Zc кабеля, из которого будет выполнен согласующий отрезок. При Zc=75 ом:

Xc/Z=61,5/75=0,82 и a=39,4°

Длина закороченного отрезка равна:

Lc=(833ab)/f, мм

В этой формуле b — коэффициент, характеризующий скорость распространения энергии по кабелю. Для распространенных кабелей со сплошным заполнением (РК-1, РК-3) b=0,67.

Следовательно,

Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм

Описанный выше расчет учитывает, что лучи противовеса расположены горизонтально; однако и при наклонном их расположении (под углом 30-40° к земле) рассогласование бывает незначительным.

Коэффициент стоячей волны (КСВ) в фидере можно измерить, собрав несложный указатель КСВ мостового типа, схема которого показана на рис. 4. Здесь сопротивления R1, R2, R3 и сопротивление излучения антенны образуют мост. В одну из его диагоналей подается энергия высокой частоты от передатчика


Рис.4

(разъем Пер). Во второй диагонали включен диод Д1 типа Д2Е.

Сопротивление R4 служит для уменьшения выходного сопротивления источника энергии (передатчика).

Дроссель (Др1) замыкает цепь постоянной слагающей выпрямленного тока; он необходим в том случае, если цепь антенны не имеет гальванической проводимости.

При балансе моста стрелка прибора не отклоняется. Рассогласование антенны и кабеля вызывает появление стоячих воли, что отмечается отклонением стрелки. Порядок измерения КСВ следующий:

1. Настраивают передатчик с антенной при полной излучаемой мощности.

2. Уменьшают мощность до нуля, запирая, например, одну из ламп предварительных каскадов отрицательным смещением, и отсоединяют антенну.

3. Соединяют отрезком кабеля вход передатчика и разъем Пер. на указателе ксв.

4. Постепенно, очень плавно, чтобы не сжечь сопротивление R4, увеличивают мощность энергии, подаваемой в указатель ксв, до тех пор, пока стрелка прибора не отклонится до конца шкалы.

5. Для проверки баланса моста временно присоединяют к разъему Ант сопротивление 75 ом; стрелка миллиамперметра должна при этом стать на нуль.

6. Включив к разъему Ант. коаксиальный кабель, питающий антенну, отмечают по шкале ток и определяют ксв по кривой, изображенной на рис. 5.

Если фидер антенны не вносит существенных потерь, например он выполнен из кабеля РК-1 или РК-3 и имеет длину не более 15-20 м, то ксв 2 и даже 2,5 вполне допустим. Общие потери (сумма потерь в фидере и потерь за счет рассогласования) в этом случае не превысят 0,5 дб. Такое уменьшение мощности на приемной станции на слух отмечено не будет. Заметное падение громкости приема (на 1-2 балла) может наблюдаться лишь при ксв порядка 5-8.

В том случае, если построенная антенна обладает чрезмерным ксв или ее размеры выбраны большими или меньшими, чем следует, необходимо, пользуясь указателем ксв, настроить антенну опытным путем. Антенна большей, чем нужно, длины может быть электрически укорочена конденсатором, включенным последовательно с вертикальной частью (рис. 6,а). Слишком короткую антенну можно электрически удлинить, добавив к ней индуктивность (рис.

6,б). В этом случае настройку антенны ведут попеременно, подбирая положение обоих щипков на катушке. Здесь часть катушки между щипками 1 и 2 используется для удлинения вертикальной части антенны, а нижняя часть (2-3) заменяет согласующий закороченный отрезок кабеля (рис. 1).



В заключение отметим, что на антенне описанного типа накапливаются заряды статического электричества, особенно при близкой грозе. Поэтому рекомендуется применять антенны с закороченными отрезками кабеля (рис. 1) или шунтирующей кабель индуктивностью (рис. 6 б) и надежно заземлять оболочку кабеля.


РАДИО N 10 1962, c.23-24

Как рассчитывается длина антенны?

Ответ мастера:

Антенна влияет на качество радиосигнала и при его приёме, и при передаче. Существуют различные виды антенн: направленные и ненаправленные, имеют разную поляризацию. Но есть и общие для всех антенн элементы – излучающая часть и снижение (то, чем её подключают к устройству). И их нужно рассчитать.

Необходимо: — параметры устройства, к которому вы будете подключать антенну; — калькулятор.

Определитесь с видом вашей будущей антенны: симметричная или в форме луча. На разные типы антенн сигнал подаётся по-разному. В случае, когда у антенны цепь приёмника или передатчика индуктивная связь с контуром, то лучше воспользоваться схемой симметричного питания при помощи двухпроводной линии от 200 и до 700 Ом. Антенна тина 2луч» с однопроводной линией подойдёт для работы с детекторными приёмниками, входными устройствами с заземлённой сеткой или базой и для передатчиков с П-контуром на выходе.

Чаще всего встречаются антенны типа симметричный вибратор. Это провод, длинна которого равняется половине длины волны излучаемого сигнала. Длина же каждого плеча равна четверти волны. У прибора, который работает в диапазоне УКВ, эти элементы имеют вид труб и стержней.

Произведите расчёт длины волны. Она равна скорости света, поделённой на частоту. Единицы измерения скорости света – метры в секунде, а частоты – Герцы. Учтите поправку на то, что в металле скорость света ниже, нежели в воздухе или вакууме. За счёт этого антенну необходимо сделать чуть короче. С учётом этой погрешности, длина полуволнового вибратора на самом деле составит не ½ длины волны, а около 0, 475.

Приступите к подаче сигнала на антенну-«луч». Отступите от одного конца провода 0,171 длины волны. Подсоедините в этом месте к антенне однопроводную линию, она должна быть перпендикулярна к проводу-вибратору на расстоянии 0,15 длины волны. Теперь однопроводную линию возможно изогнуть в любую сторону.

Другой способ подключения требуется для симметричных антенн. Общая длина вибратора прежняя. Найдите середину провода и отметьте её. Далее, отмерьте участок в 0,13 длины волны так, чтобы его конечные точки оказались симметричны серединной отметке. И припаяйте к этим отметкам провода, которые припаиваются к кабелю питания в виде двухпроводной линии на расстоянии 0,15 от длины волны провода-вибратора.

Данная линия подключается к радиоустройству.

У обоих видов антенн параметры приблизительно равны. Выберите один вид подключения, взяв во внимание согласование приёмо-передающей аппаратуры с антенным контуром.

Помните, что монтаж антенны проводят на диэлектрических изоляторах. Как правило, они фарфоровые, стеклянные или пластмассовые. Расчёт и измерение антенны необходимо производить, учитывая концы, смонтированные на изоляторах. Полуволновой вибратор возможно располагать как горизонтально, так и вертикально.

Полезный совет. Вертикальная (или штыревая) антенна — это разновидность полуволнового вибратора. Её питание производится при помощи коаксиального кабеля с сопротивлением 50-75 Ом. В такой ситуации жила кабеля соединяется с окончанием вибратора (штыря), а оплётка кабеля должна быть заземлена или получена к противовесу. Противовесом может выступить железная крыша здания или антенная мачта, которая изготовляется из металлической трубы.

Калькулятор вертикальной заземленной антенны — Агитационные боеприпасы — LiveJournal

05:42 am —

Калькулятор вертикальной заземленной антенны

Введение

Выкладываю еще один онлайн-калькулятор для детекторных маньяков. На этот раз будем считать параметры одной из самых простых и распространенных антенн — заземленного вертикального штыря, или, по-научному, несимметричного вертикального заземленного вибратора. Предпосылкой к созданию этой считалки было отсутствие простых в использовании методик расчета параметров вертикальных антенн с высотой больше 1/10 длины волны. Распространенные формулы применимы только для коротких антенн, упрощенно отображают зависимость импеданса антенны от частоты и имеют другие ограничения.

Предлагаемый же калькулятор позволяет считать основные параметры заземленных несимметричных вибраторов высотой до λ, их диаграмму направленности и зависимость полного электрического сопротивления от частоты в широком диапазоне. При этом точность вычислений сопоставима с точностью моделирования данного типа антенн в программе MMANA.

Хочу отметить, что расчет длинных антенн высотой до λ может понадобится, например, при постройке детекторного КВ-приемника.

Два примера, как этот калькулятор можно использовать на практике:

  • Прикидываем для заданного диапазона частот граничные значения реактивного сопротивления антенн различной высоты, с тем, чтобы правильно рассчитать входные цепи приемника для более качественного согласования.

    Пусть требуется прием в диапазоне СВ 500-1500 кГц на антенны высотой от 3 м до 30 м. Реактивное сопротивления антенн будет емкостным в пределах 0,4-15 кОм. Если мы конструируем простой одноконтурный детекторный приемник без КПЕ, то реактивное сопротивление его катушки должно меняться в тех же пределах, от 15 кОм на частоте 500 кГц до 400 Ом на частоте 1500 кГц. Из этих данных по формуле индуктивного сопротивления находим искомые пределы изменения индуктивности — от 40 мкГн до 4,8 мГн.

  • Оцениваем возможность приема сигналов станций с заданной частотой и напряженностью поля на антенну указанной конфигурации по отдаваемой в нагрузку мощности и Э.Д.С. эквивалентного генератора.

    Пусть у нас есть все тот же одноконтурный приемник с чувствительностью в 5 мВ, и мы хотим слушать голос некоторой страны на частоте 999 кГц, излучаемый станцией мощностью в 500 кВт на расстоянии 1000 км от нас (ближе никак нельзя подойти). Мы находимся где-то в поле возле одиноко стоящего дерева высотой в 5 м, на которое и закинули наш кусок провода. Почва влажная, заземление считаем хорошим. Естественно, дело происходит ночью.

    Считаем напряженность поля. Получили уверенные 4 мВ/м. Считаем антенну. Оказывается, далекая станция наводит в антенне Э.Д.С. аж в 10 мВ; при этом антенна способна отдать в оптимальную нагрузку до 1 мкВт мощности. Вполне неплохо, 10 мВ достаточно для работы приемника, а 1 мкВт — это довольно много, если учесть, что речевой сигнал в нормальных наушниках гарантированно разборчив уже при мощности в 1 пиковатт! (См., например, заметку о тестировании наушников).

    То есть, даже если учесть, что АМ модуляция имеет КПД меньше 20%, катушка намотана колючей проволокой вокруг ствола дерева, а детектор сделан из безопасной бритвы и имеет никакой коэффициент передачи, у нас все равно есть запас в 60 дБ на возможные потери. Делаем вывод: если ожидается нормальный прием на такую короткую вертикальную антенну, то тем более можно получить отличные результаты при использовании более совершенных антенн.

    Расчеты вполне подтверждаются практикой — неоднократно принимал в полевых условиях 150 кВт/800 км на 5 метровую веревку без особых усилий.

Работоспособность проверена в браузерах Google Chrome 34, Mozilla Firefox 28, IE 9, Opera 12.


Особенности, методика вычислений, ограничения

Калькулятор позволяет рассчитывать:

  • импеданс антенны на заданной частоте;
  • коэффициент направленного действия;
  • коэффициент усиления;
  • КПД антенны;
  • частоту первого последовательного резонанса антенны;
  • Э.Д.С. на зажимах антенны для заданной напряженности поля;
  • мощность, отдаваемую в согласованную нагрузку.

Расчет антенны производится методом определения входного сопротивления эквивалентной длинной линии с потерями. (Если найду время, как-нибудь распишу формулы подробнее с указанием источников).

Кроме того, калькулятор рисует вертикальную диаграмму направленности и график зависимости импеданса антенны от частоты для диапазонов ДВ, СВ, КВ.

Расчет сопротивления заземления выполнен методом учета потерь в почве, зависящих от распределения плотности протекающего тока [7]. См. подробнее.

Расчет наводимой Э.Д.С. основан не на методе действующей высоты, который безбожно врёт вблизи частот параллельных резонансов, а на вычислении отбираемой из пространства мощности с учетом КУ антенны.

Еще одно ограничение: не учитывается влияние неидеальности земли на диаграмму направленности.

Источники

  1. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П. и др. Коротковолновые антенны. -М.: Радио и связь, 1985. -536 с.
  2. Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны (ч. 2. Антенны). — М.: Советское радио, 1969г.
  3. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. -М.: Советское радио, 1974г.
  4. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства.- М.: Радио и связь, 1989. — 352 с.
  5. Марков Г.Т, Сазонов Д.М. Антенны. — М.: Энергия, 1975г.
  6. Методические указания по проектированию антенно-фидерных устройств. Ч.1 /Под ред. А.З. Фрадина; ЛЭИС.- Л.,1986. -68с.
  7. Надененко С.И. Антенны. — М.: Государственное издательство по вопросам связи и радио, 1959г.
  8. Справочник по специальным функциям / Под ред. М.Абрамович и И.Стиган. — М. — Л.: Энергия, 1966.- 648 с.
  9. Тарнецкий А.А., Осипов Д.Д. Антенны судовой радиосвязи. — Л.: Судпромгиз, 1960. — 236 с.
  10. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. — М.: Связь, 1977.-440 с.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.


Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны

Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Диаграмма направленности следующая:

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал

Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Направленность — двулепестковая

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация

— это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.

Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.


Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

PS:

Данная статья обрисовывает лишь небольшую часть антенн и не претендует на замену учебнику антенно-фидерных устройств.

Штыревые антенны для «чайников» — Паркфлаер

     Как и многие любители радиоуправляемой авиации у меня нет ни образования радиофизика ни радиоэлектронщика. Это местами очень подводит. Где-то помогают советы более опытных товарищей, где-то собственное изучение вопроса. Теория в интернетах, как правило, написана так, что отбивает всякое желание её читать. Рассчёт авторов строго на подготовленного читателя: 4 из 5 курсов радиофизики должны быть уже за плечами.
   Сравнительно недавно я понял, что деда мороза нет не всё так просто со штыревыми антеннами. Ну казалось бы, что там за секреты Полишинеля уж такие? Однако, секреты есть, и я постараюсь поделисться своими новыми открытиями.

Давайте начнём издалека. Как вообще можно увеличить дальность радиоуправления или видеотрансляции?
   1. Изменить окуржающие условия. Не всё в наших силах, но всё же. Полёт в центре города очень отличается в плане помех от полёта в 10 км от города. Стоять лучше на пригорке крупной поляны, чем возле здания или леса. И т. д.
   2. Выбрать погоду. Влажность и т. п. Например, для аппаратуры 5,8 ГГц облака — это очень белокрылые непрозрачные лошадки. Они с таким же успехом могли быть листами металла. Короче: если у вас 5,8 ГГц — летайте в безоблачную погоду или ниже облаков.
   3. Увеличить мощность передатчика. Железно помогает, но есть свои проблемы:
  • Замена со 100 мВт на 200мВт не даст увеличиния дальности в 2 раза. Всё очень нелинейно.
  • Чем выше мощность передатчика тем печальнее ситуация для близлежащей аппаратуры. У вас рядом приёмник? Ему станет хуже! У вас 1,5 Ваттный видеопередатчик на борту? Сервомашинки начинают слушаться видео-передатчик, а не РУ-приёмник, к которому они подключены. Требуется разнос аппаратуры, экранирование и т. п. Масса увеличивается, дальность управления снижается и т. д. и т.п.
  • Энергопотребление.
  • Охлаждение.
  • Ограничения законодательства.
  • Цены

4. И наконец самый сложный способ: подбор более выгодной антенны. Тут несколько направлений:

  • Выбор направленой или всенаправленой антенны.
  • Выбор конкретного типа антенны.
  • Выбор способа её установки и механизации.
  • Выбор коэффициента усиления.

   Собственно, рассказать я бы хотел именно о выборе коэффициента усиления для всенаправленных штыревых антенн. Они чаще всего оказываются в руках граждан поскольку идут в комплектах с аппаратурой. Кроме того, они самые приемлимые по цене.

   Перед дальнейшим объяснением мне нужно понимание трёх вопросов. Постараюсь объясить так, чтобы любой понял.
   1. Антенны существуют для радиосвязи. Таких понятий как, антенна для приёма или для передачи  — нет. Антенна с одинаковым успехом будет приёмной и передающей. На практике, для конкретных условий, выгодней на передачу поставить такую-то антенну, а на приём другую, но это совсем другая история. Ниже расскажу.
   2. Диаграмма направленности антенны — это область в пространстве, в которую уходит сигнал от антенны. Дальше этой области сигнал слишком слаб, чтобы его можно было использовать. Если антенна установлена на на приёмнике — значит область из которой антенна может принимать сигнал. Дальше этой области не примет. Форма этой области бывает очень разной: шары, лепестки, торы, конусы и т. п. Суть в том, что если в пространстве пересеклись диаграммы направлености приёмной и передающей антенны — связь будет. А если не пересеклись — связи не будет.
   3. Коэффициент усиления антенны. Очень примитивно — это во сколько раз сильнее антенна излучает/принимает сигнал при прочих равных.

   Я, как и многие, считал, что жизнь устроена просто. При прочих равных однотипная антенна на 5dbi лучше чем на 2 dbi. А на 8 dbi ещё лучше! Это ужасно, но это не так. Так получилось, что про этот аспект мне некому было рассказать, и я стал страдать гигантоманией. У меня было 12 dbi на передатчике и 5 dbi на приёмнике. Антенны по длине почти как на мегагерцовой аппаратуре! Но я человек простой: мощности двигателя самолёта хватит чтобы тащить такие вещи? Значит — не проблема.
   В теории антенна с 0 dbi даёт диаграмму направленности по типу шара. Размер шара (при отсутствии внешних раздражителей, а ещё лучше в открытом космосе) будет зависить только от мощности передатчика или чувствительности приёмника (смотря, на приём или на передачу работает антенна).

   Антенна с коэффициентом усиления в 1 dbi даст при прочих равных шар покрупнее, но он будет немного уже не идеальный шар, а такой… приплюснутый сверху и снизу.

   Чем большй коэффициент усиления антенны вы будете использовать, тем больше будет радиус шара, но тем более он будет сплюснут по вертикали. В итоге вы получите этакий блин огромного радиуса, но малой толщины.

  

Вот диаграмма направлености вертикально установленой на земле антенны с 12dbi. Вид сбоку.

   Т. е. антенна, говоря по честному, уже перестанет быть всенаправленной. Например к антенне c 8dbi производетель пишет:

   Угол направления по горизонтали = 360 градусов.
   Угол направления по вертикали = 15 градусов.

   Если вы держите штырь отвесно возле земли (1 м над поверхностью), то из 15 градусов 7,5 уходят под землю. Остальные 7,5 — в вашем полном распоряжении. Вы даже можете целиться боком антенны в самолёт.

Для сравнения маленькая таблица штыревых антенн на 2,4 ГГц по данным нескольких производителей.

  КУ                           вертикальный угол
5 dbi                             32-40 градусов
8 dbi                             13-30 градусов
12 dbi                             6-12 градусов

   Напрашиваются выводы:
   1. На самом самолёте все приёмные/передающие антенны, если они штыревые, должны быть с минимально разумным коэффициентом усиления. Полагаю, что разумно — это 1-2,5 dbi. Это связано с невозможностью сохранения постоянными крена и тангажа самолёта.
   2. На земле антенны с высоким коэффициентом усиления будут очень мешать высоким полётам и проходом над собой. Однако, далеко и невысоко — хорошо. Например, описаный выше угол в 7,5 градусов на расстоянии в 1,5 км предполагает нахождение самолёта не выше 100 м.
   3. Тыканье концом антенны в самолёт тем хуже даст эффект, чем выше коэффициент усиления этой антенны.
   4. При выборе штыря есть смысл учитывать ещё одну характеристику: вертикальный угол направленности. Для равных по КУ антенн он может различаться.

 

Ещё мои статьи:

1. Как я завёл своё FPV. С блекджеком и фатшарком (версия 1).

2. FPV. Чудеса на виражах. Разбор FPV-аварии.

3. Расследование FPV катастрофы

4. Полётный ящик с перспективой

 

Расчет антенн для сотовых телефонов — КиберПедия

Известно, что сотовые телефоны, используемые как переносные приемопередатчики, имеют совмещенную антенну, работающую как в режиме приема, так и излучения. В системах TDMA, GSM антенна работает попеременно на передачу и прием, а в системе CDMA антенна одновременно выполняет функции приемной и передающей. Антенна является пассивным линейным устройством, поэтому её характеристики на передачу и прием одинаковы.

В настоящее время наибольшее распространение в сотовых телефонах получили спиральные антенны, совмещенные с несимметричным вибратором. Однако существует несколько важных соображений, из-за которых наблюдается тенденция внедрения скрытых от пользователей микрополосковых антенн, взамен внешних спиральных антенн, которые уже стали привычным атрибутом сотового телефона.

Микрополосковая (в зарубежной литература patch- печатная) антенна представляет собой металлический проводник той или иной формы, расположенный над заземленной подложкой. Она может быть удачно совмещена с печатной платой, на которой расположены СВЧ каскады телефонной трубки. Имеются конструкции из параллельно расположенных многосторонних плат. В определенной точке к микрополосковой антенне подключается приемопередатчик. В этой точке осуществляется подвод мощности от передатчика и отвод принятого сигнала на вход приемника.

В процессе проектирования планарной антенны необходимо:

— разработать форму антенны, которая бы удачно вписывалась в корпус сотового телефона, обеспечивая при этом эффективное излучение (коэффициент усиления антенны),

-найти оптимальную точку питания (обычно со входным сопротивлением 50 Ом), к которой подключается вход приемопередающего устройства (дуплексный фильтр),

— рассчитать согласующую структуру между входом дуплексного фильтра и точкой питания микрополосоковой антенны,

— в случае внутреннего расположения антенны — оптимизировать земляную поверхность (иногда называемую противовесом), т.е. найти оптимальное заполнение внутренней поверхности корпуса телефона проводящими участками. В настоящее время это часто реализуется закраской отдельных частей корпуса проводящей краской.

Ниже в качестве примеров расчета используются две планарные антенны: антенна №1 и антенна №2 (рис.58).

Целью проектирования антенны является получение требуемой диаграммы направленности (ДН) и хорошее согласование в рабочей полосе (или нескольких полосах) частот.

В последнее время сотовые телефоны часто имеют отрывающуюся крышку. Это может быть как крышка клавиатуры, так и крышка c дисплеем LCD. Проектировщик должен обеспечить требуемую ДН телефона с закрытой крышкой (т.е. в режиме ожидания) и с открытой крышкой (в режиме разговора). Предпочтительный вид ДН – всенаправленная, поскольку в условиях эксплуатации сотового телефона в большом городе, отражения от зданий и стен не позволяют выделить направление на определенную базовую станцию. Необходимо также оценить влияние тела пользователя (головы и руки, держащей телефон), на ДН, а также оценить, насколько ухудшается реальная чувствительность телефона из-за близости человека.



С другой стороны, согласно Стандарту FCC, необходимо обеспечить требования на величину мощности, поглощаемую в голове и руке человека (усредненная величина или в самой опасной точке), с тем, чтобы гарантировать выполнение санитарных норм по облучению СВЧ мощностью.

а

 

Рисунок 58 – Пример микрополосковых антенн а — антенна №1; б – антенна №2. 1 – Плоская поверхность антенны сотового телефона; 2 – линия передачи.  
б

 

 

Проектирование микрополосковой антенны следует начинать с оценки её размеров, определяемых заданным частотным диапазоном. Длину антенны можно оценить по следующей простой формуле

 

,

где — заданная резонансная частота,

e — относительная диэлектрическая проницаемость материала подложки.

Эта формула не принимает во внимание влияния ширины подложки антенны и толщины подложки на резонансную частоту, но это влияние обычно незначительное. Формула отражает физическую природу печатной антенны как полуволнового резонатора, который сформирован в пространстве между верхним проводником и земляной платой антенны. Например, на частоте = 1.9 GHZ и e = 1 (воздух) имеем A 80mm. Антенна с такими размерами слишком большая для использования в современных телефонных трубках.

Длина антенны может быть уменьшена по крайней мере в два раза (при работе на той же частоте), если один её конец заземлить. В этом случае получатся так называемая инвертированная F-антенна (PIFA) (рис. 59), которая представляет из себя четвертьволновый резонатор, один конец которого заземлен, а другой открыт (холостой ход). PIFA возбуждается коаксиальным кабелем в точке, где входное сопротивление антенны близко к 50 Ом.



 

Рисунок 59 — Плоская перевернутая F-антенна (PIFA)

 

Таким образом, длина PIFA может быть приблизительно оценена как

Для антенны, настроенной на ту же самую частоту = 1.9 GHZ и e = 1, как в вышеупомянутом примере, мы получаем a 40mm, что является подходящим для телефонных трубок. Нужно также отметить, что фактический размер антенны может быть даже меньше благодаря эффекту краевого ближнего поля, сосредоточенного у открытого конца резонатора.

Ширина плоской антенны b — менее важный параметр, чем длина, и может быть выбрана из конструктивных или эстетических соображений совместимости с размером телефонной трубки.

Высоту h положения PIFA антенны над земляной плоскостью рекомендуется выбирать по формуле
h = 0.04l.

 

Для расширения рабочего диапазона частот приходится идти на усложнение конструкции, например использовать многослойные печатные структуры. В этом случае, параметры антенны (размеры проводников и расстояние между ними по высоте) могут быть оптимизированы с помощью одного из программный пакетов, моделирующих электромагнитные структуры.

Отметим, что преимущество малого размера антенны PIFA достигается за счёт уменьшения её излучательной способности (излучает только один край), к тому же обычно PIFA антенны узкополосны. Для сохранения эффективности излучения микрополосковой антенны при уменьшении её размеров в микрополосковом проводнике прорезается щелевая линия. Эта линия формирует характеристики антенны на собственной частоте, но и изменяет характеристики на смежной частоте. Анализ ближнего поля в такой антенне показывает, что в щели происходит концентрация электромагнитной энергии, а путь тока, протекающего по проводнику, увеличивается, что ведет к снижению частоты по сравнению с антенной без щели. Наличие щели играет большую роль в формировании диаграммы направленности и частотной характеристики антенны. С известным приближением можно считать эту щель несимметричной щелевой линией, концентрирующей продольный магнитный ток. Известно, что замедление основной волны в щелевой линии определяется формулой

 

,

где l — длина волны в свободном пространстве,

m, e — относительная магнитная и диэлектрическая проницаемость среды или части среды.

Эта формула позволяет оценить резонансную длину щели в общем случае магнито-диэлектрической подложки микрополосковой антенны с учетом замедления волны в эквивалентной щелевой линии.

Исходя из соображений безопасности здоровью, необходимо уменьшать долю СВЧ энергии, поглощаемой в теле человека, пользующегося телефоном (или уменьшение параметра SAR– Specific Absorption Rate). Для этого необходимо перераспределить ближнее поле антенны так, чтобы вывести голову и руку пользователя из области его наибольшей концентрации. Как показывают расчеты, сочетание печатной антенны со щелевой линией позволяет решить эту задачу. Такую комбинацию проводника и щели можно трактовать как одну из реализаций элемента Гюйгенса – комбинацию взаимно-перпендикулярных электрического и магнитного диполей, — создающего излучение преимущественно в одну полусферу.

Конкретно в телефонных трубках, излучающий элемент Гюйгенса может быть выполнен в планарной форме как излучающая плата, в котором имеется щелевой паз или апертура паза (эквивалентный магнитный диполь) и сдвиг в проводнике платы (электрический диполь). Однако эти способы реализации должны быть далее обсуждены и проверены.

Основная часть процесса проектирования антенн сотовых телефонов соснована на моделировании электромагнитных явлений на компьютере, используя в качестве начальных данных результаты, полученные на основе эскизных расчетов и соображений.

При создании модели необходимо помнить, что геометрия должна соответствовать реальному положению антенны во время работы, т.е. так, чтобы корпус находился в вертикальном положении (или под небольшим углом). В этом случае микрополосковая антенна находится в положении “на ребре”. Такое положение отличается от наиболее часто используемого при моделировании расположения антенны в горизонтальной плоскости XY, реализованной в программе “HP Momentum” и IE3D (фирма Zeland).

Рассмотрим методы численного электродинамического анализа микрополосковых антенн и современные программы, реализующие эти методы.

1. Метод моментов предполагает описание конструкции антенны в виде многослойной планарной конструкции. Слои, там где это необходимо, соединяются с помощью металлических перемычек VIA. Считается, что токи в этих перемычках имеют только вертикальную составляющую по оси Z. Используя известные функции Грина для элементарных металлических форм,на которую разбивается вся металлическая форма плоской антенны, программа решает систему уравнений, составленную на основании непрерывности полей на границах слоев.

Приведем пример расчета методом моментов в программе Microwave Office (MWO) микрополосковой patch антенны №2.

На рисунке 60 – 61 приведены полученные результаты расчета.

Рисунок 60 — Распределение поля в плоскости параллельной path-антенны

 

Рисунок 61 — Результаты анализа параметра |S11| Patch антенны с

помощью программы Microwave Office (MWO)

 

Популярная программа MWO проста в использовании, но имеет, к сожалению, ограниченные возможности для проектирования сотового телефона в корпусе. Другим примером коммерческой программы, реализующей метод моментов, является часть пакета HP ADS, программа HP Momentum.

Метод моментов также реализован в программе IE3D, и в этой программе имеются более широкие возможности, по сравнению с Momentum и MWO, для моделирования сотового телефона. Например, в программе IE3D имеется возможность создания корпуса антенны с вертикально расположенной спиральной антенной. Спиральная антенна разбивается на последовательность отрезков элементов, лежащих на своих плоскостях, и соединенные перемычками. В программе IE3D моделирование производится в частотной области.

2. Метод конечных элементов. В этом методе (Finite Element Method, FEM) все анализируемое пространство разбивается на конечные элементы, в соответствии с ожидаемой скоростью изменения поля. Формируется набор неизвестных (значения поля) на гранях конечных элементов, составляется система уравнений, которая решается в частотной области.

Одной из программ, которая рассчитывает СВЧ конструкции в трехмерном представлении, является программа HFSS. Эта программа совмещена с AutoCAD, поэтому рисование конструкции в ней аналогично черчению объектов в среде AutoCAD.

На рисунке 62 приведена микрополосковая антенна запитанная коаксиальным кабелем, идущим со стороны земляной плоскости. Вертикальное положение печатной антенны соответствует её реальному положению в сотовом телефоне. На рисунке 63 приведена частотная характеристика микрополосковой антенны № 2 (вне корпуса), полученная с помощью программы HFSS.

 

 

Рисунок 62 — Микрополосковая антенна №2,

запитанная коаксиальным кабелем

 

Рисунок 63 – Частотная характеристика микрополосковой антенны №2  

 

Недостатком HFSS для решения задачи излучения в сотовом телефоне является то, что она требует задания бесконечной земляной платы, поэтому для корпусных трубок диаграмма направленности имеет идеализированную форму (только верхняя полусфера).

Поэтому некоторые современные программы в ущерб такой универсальности, какой обладает HFSS, имеют частные опции, созданные для решения довольно узких задач. Так, для решения задачи поглощения электромагнитной энергии в теле пользователя (задача SAR) специально была разработана программа FIDELITY (фирма Zeland). Эта программа использует прямое интегрирование уравнений Максвелла во временной области, используя импедансные эквиваленты электромагнитного поля (элементы Yee). Для исследуемой структуры рассчитывается переходной процесс, возникающий при подаче на её вход импульса Дирака. После сходимости переходного процесса выполняется обратное преобразование Фурье и получается частотная характеристика антенны.

Программа FIDELITY использует метод FDTD и рассчитывает переходной процесс в реальной трехмерной конструкции. Программа требует предельных компьютерных возможностей. Так, для решения полной задачи SAR с использованием RAM 600 MB время счета составляло 60 часов.

На рисунке 64 приведена микрополосковая антенна в поле программы FIDELITY. На рисунках 65-67 приведены результаты расчета антенны №2 в программе FIDELITY.

 

 

Рисунок 64 — Микрополосковая антенна в поле программы FIDELITY

Рисунок 65 — Частотная характеристика антенны №2, рассчитанная FIDELITY

 

 

Рисунок 66 — Переходной процесс в методе FDTD программа FIDELITY (10000 шагов, 5 часов счета).

 

 

 

Рисунок 67 — Распределение ближнего поля по оси Z.

 

Для того чтобы успешно выполнить перевод трубок сотовых телефонов на использование внутренних плоских микрополосковых антенн, нужно решить ряд задач, которые показали бы преимущества этих антенн перед спиральными антеннами.

В литературе часто упоминаются следующие особенности микрополосковых антенн:

— микрополосковые антенны более узкополосные по сравнению со спиральными;

— микрополосковые антенны легко реализуют круговую поляризацию, по сравнению с преимущественно вертикальной поляризацией у спиральных антенн;

— микрополосковые антенны могут обеспечить меньший SAR(удельное поглощение мощности) в голове, но обеспечивают больший SAR в руке пользователя;

— микрополосковые антенны имеют более направленную диаграмму излучения в азимутальной плоскости, чем спиральные и вибраторные, в силу своей несимметричности относительно оси Z.

Часть этих особенностей микрополосковых антенн можно рассматривать как недостатки, часть — как достоинства. Например, микрополосковая антенна, в отличие от спиральной, может реализовать любой вид поляризации, причем эта поляризация может эффективно переключаться. В любом случае, эти особенности нужно учитывать при проектировании микрополосковых антенн.

Как уже отмечалось выше, печатная антенна — в общем случае многослойная структура, на поверхности каждого из слоев которой нанесены металлические проводники определенной формы. Данная конструкция может иметь одну или несколько точек возбуждения. В эти точки на антенну подается возбуждающее напряжение, которое наводит в структуре токи излучения.

Кроме точек возбуждения, на печатной антенне могут быть точки заземления (присоединения к заземляющей плоскости). Токи, наведенные в этой сложной конструкции формируют диаграмму направленности и руализуют другие характеристики антенны, необходимые для установления связи с базовой станцией.

Поскольку в результате электродинамического расчета удается определить распределение токов в системе, то их анализ может послужить основой для модернизации антенны.

В антеннах, показанных на рис.58 имеется внутренний вырез, назначение которого обсуждалось выше. Такая конструкция позволяет получить меньший SAR. Геометрию такой сложной формы можно получить, только моделируя и оптимизируя её на современных мощных программах, типа IE3D, используя т.н. алгоритм генетической оптимизации. В этом алгоритме переменными оптимизации являются координаты точек конструкции, и они меняют свое положение, позволяя получить требуемые характеристики. Однако такая оптимизации требует достаточно больших вычислительных ресурсов.

В процессе проектирования антенны необходимо, прежде всего, получить входное сопротивление, близкое к 50 Ом, поскольку в этом случае можно будет с меньшими потерями согласовать антенну с малошумящим входным усилителем и усилителем мощности передающего тракта.

Например, если величина возвратных потерь антенны (параметр 20 log |S11| ), порядка –20 dB, это говорит о том, что в рабочем диапазоне частот антенна будет работать с хорошим согласованием с окружающим пространством. Такая величина, как – 20 dB показывает, что мощность генератора будет почти без отражения поглощаться антенной, которая в свою очередь нагружена свободным пространством. Антенна есть трансформатор между выходом усилителя мощности (или входом малошумящего усилителя) и свободным пространством, волновое сопротивление которого для плоской волны в дальней зоне можно считать равным 377 Ом.

Следующее требование – характеристики излучения, которые определяют способность антенны излучать в разные направления. При проектировании и расчете антенны обычно интересуются сечениями диаграммы направленности в двух взаимноперпендикулярных проскостях: азимутальной и угломестной. Азимутальная ДН определяет способность антенны излучать в горизонтальной плоскости, угломепстная ДН – в вертикальной. И та и другая ДН важны для сотового телефона, но первая определяет всенаправленность, и она более характерна для оценки излучения в условиях эксплуатации. Параметры направленности печатной антенны или её модификаций, должны быть не хуже, чем у существующих спирально-штыревых антенн.

Одной из задач, стоящих перед разработчиками антенн, является создание широкополосных антенн, работающих в нескольких диапазонах частот, поскольку большое распространение получили трубки многорежимного действия, работающие в системах AMPS, CDMA, GSM, в том числе одновременно в нескольких частотных диапазонах. Например часто нужно, чтобы антенна работала в полосе 0.8 … 0.9 ГГц и в полосе 1.8 … 1.9 ГГц.

Надо отметить, что в антеннах сравнительно простой геометрии входной импеданс антенны, в основном зависит от координаты точки питания, а диаграмма направленности и другие антенные характеристики зависят, в основном, от размеров и геометрии. В антеннах с более сложной геометрии, таких, например, как анализируемые здесь, это может быть и не так.

Рассмотрим расчет антенны №1 в программе IE3D. На рисунке 68 приведена геометрия антенны в поле программы IE3D. Процесс расчета и моделирования включает поиск точки питания, в которой частотные характеристики соответствуют экспериментальным. Эта точка с координатами (x=31, y=4) mm.

 

Рисунок 68 — Геометрия антенны №1 в поле программы IE3D

 

Первоначальная оптимизация проводится по критерию согласования антенны в заданных частотных диапазонах. Для этого разработчик, кроме формы антенны и точки питания антенны, может варьировать диэлектрической проницаемостью подложки, высотой расположения подложки, и самое эффективное – формой экрана, т.е. заземленной частью корпуса. Антенна №1 была согласована на частотах 0.9 и 1.9 ГГц в полосе 200 МГц (по уровню 3 дБ) при характеристиках подложки er = 2, толщине подложке 6 мм. Толщина корпуса телефона (над антенной) 2 мм, его диэлектрическая проницаемость 4.7.

На рис. 69 приведены результаты расчета на IE3D конструкции, которая показана на рис. 68, а на рис. 70 – экспериментальные данные, полученные на анализаторе цепей Agilent 8753ES. Из расчета и экспериментальных данных получено, что антенна действительно работает в двух диапазонах. В этом случае можно только говорить об относительном сравнении результатов расчета и экспериметра, и объясняется это сложностью формы корпуса телефона.

 

Рисунок 69 — Рассчитанные по программе IE3D частотные характеристики антенны №1 в районе диапазона 1.8 … 2 ГГц

Рисунок 70 — Экспериментальные результаты измерения параметра

20 log |S11| антенны №1 в корпусе

Наибольший интерес представляет собой анализ характеристик антенны, вмонтированной в корпус, поскольку известно, что излучающая антенна наводит токи в корпусе, которые также влияют на характеристики согласования и на диаграмму направленности.

Поскольку в корпусе протекают токи, то это приводит к тому, что эти токи создают резонансы на определенных частотах, которые можно выявить, если использовать формулу для расчета длины антенны рассмотренную выше, но в качестве “A взять габариты металлического корпуса (длину, ширину, высоту).

Если при анализе частотной характеристики получились полосы согласования в нерабочем диапазоне частот, в районе 1 … 1.6 ГГц, то это признак того, что на этих частотах на корпусе телефона наводятся большие токи. В этом случае на частотные характеристики сильно влияет положение руки пользователя.

На рисунке 71 – 72 приведены результаты расчета вмонтированной антенны №2 в корпус.

 

Рисунок 71 — Рассчитанная частотная характеристика

антенны №2 в корпусе

Рисунок 72 — Измеренная частотная характеристика антенны №2 в корпусе

 

На рисунках 73 — 74 приведены результаты расчета диаграммы направленности в вертикальной и азимутальной плоскости.

 

 

Рисунок 73 — Диаграмма направленности в вертикальной плоскости

(по углу подъема)

Рисунок 74 — Диаграмма направленности в азимутальной плоскости

(Вид сверху на вертикально расположенный сотовый телефон)

Диаграммы направленности, рассчитанные с учетом корпуса, и токов, которые наводятся на корпусе часто сильно отличаются от диаграммы направленности антенны, предоставляемой фирмой разработчиком антенны. Это является существенной причиной, по которой разработчик телефонной трубки должен модернизировать антенну вместе с конкретным корпусом. И это же является полезным для подстройки диаграммы направленности и чувствительности приемника, которые зависят от металлического покрытия внутри корпуса.

Программы моделирования СВЧ устройств, основанные на электродинамических методах расчета позволяют увидеть в различных режимах распределение токов и ближнего поля вблизи антенны. Это исключительная важность этих программ. Можно сказать, что без изучения ближнего поля и распределения токов на поверхности трубки сотового телефона сейчас невозможно выполнить её полноценное и оптимальное проектирование.

Плоская микрополосковая антенна имеет несколько степеней свободы в своей конструкции (две координаты, а если добавить многослойность, то и 3 координаты). Это отличает её от спиральной и вибраторной антенн, которые можно считать антеннами с одной степенью свободы, т.е. с их длиной вдоль координаты Z. Поэтому можно предполагать, что микрополосковая антенна имеет большие возможности, чем спиральная или спирально-штыревая антенн, и проектирование её обещает большие перспективы, в плане достижения тех же характеристик, но антенной с меньшими размерами. Можно предположить, что в формировании частотных характеристик печатная антенна принципиальноиспользует высшие типы волн, в отличие от регулярного несимметричного и симметричного вибраторов. Обычно такая особенность уменьшает размеры, но требует точное проектирование устройств.

В тенденции скрыть антенну внутри корпуса можно усмотреть и эстетический смысл (красивее корпус, не делается акцент на выдвигаемую антенну), и психологический, когда пользователь не думает, откуда излучается СВЧ мощность. В техническом плане сокрытие антенны увеличивает надежность прибора, т.к. имеется статистика о том, что 50% поломок сотового телефона связано с поломкой антенны. К тому же исключаются ситуации самого напряженного сценария работы усилителя мощности, когда сотовый телефон находится в зарядном устройстве (напряжение около 5 V), и при получении звонка с одновременной поломкой антенны напряжение на коллекторе мощного транзистора может превысить 15 вольт и более. Это приводит к выходу из строя выходного транзистора усилителя мощности. Поэтому желательно исключить выворачивание и обламывание антенны. Самый радикальный способ для этого – спрятать антенну в корпус.

В будущем возможно внедрение технологии адаптивных антенн в сотовые телефоны, поскольку такая идея сулит улучшение общей чувствительности телефона на величину до 10 dB. Это означает, что не только базовая станция будет следить за месторасположением пользователя телефона, но и телефон пользователя будет привязываться к какой либо базовой станции на время нахождения в определенной зоне. Антенны базовой станции и сотового телефона как бы будут следить друг за другом. Но этот режим должен блокироваться в условиях города с высокими зданиями, поскольку в этих условиях, из-за многих переотражений сигнала направление на базовую станцию определить не удастся.

Микрополосковая печатная антенна как нельзя лучше подходит для реализации идеи адаптивной антенны в сотовых телефонах, поскольку позволяет быстро и эффективно перестраивать диаграмму направленности электронным способом. В настоящее время уже используются антенна, составленная из двух разнесенных примерно на четверть длины волны излучателей-антенн (называемая в зарубежной литературе Space Diversity Antenna). Этот режим приема с разнесенными антеннами, однако, достигается за счет дополнительных потерь сигнала при электронном переключении антенн.

Внедрение идеи автоматического слежения (т.е. сохранение диаграммы направленности строго направленной на базовую станцию, при любом изменении положения пользователя в пространстве), позволит получить выигрыш и от использования поляризационно развязанных каналов приема и передачи. При этом можно улучшить развязку каналов не только по частоте (в дуплексном фильтре), но и используя поляризационные фильтры. Это решение дает улучшение параметров системы в целом.

Перспективной является также идея стабилизацию диаграммы направленности по отношении к вертикали. Эта идея основана на том, что антенны базовых станций имеют перимущественно вертикальную поляризацию. Поэтому можно осуществить стабилизацию диаграммы направленности антенны сотового телефона электронным или даже механическим (по принципу отвеса, используя земное притяжение) способом. В этом случае, когда пользователь наклоняет телефон, т.е. меняет его ориентацию в пространстве, ориентация диаграммы направленности остается неизменной и согласованной по поляризации с антеной базовой станции.

Таким образом, недостатком внутренних микрополосковых антенн, к сожалению, является необходимость разработки отдельной антенны для каждого типа сотового телефона, что замедляет модернизацию и разработку новых аппаратов.

Спиральные антенны (рис. 75) сейчас являются самыми распространёнными антеннами в сотовых телефонах. Спиральные антенны универсальны, разрабатываются как отдельный автономный элемент, обычно на входное сопротивление 50 Ом, и это позволяет конструктору выбрать подходящую антенну из широкого набора разработанных спиральных антенн только по частотным характеристикам.

Однако, при выборе готовой антенны возможны потери в характеристиках излучения всей антенной системы из-за того, что корпуса телефонов значительно отличаются друг от друга. Корпус современного телефона имеет размер, соизмеримый с половиной длины волны и поэтому влияющий на характеристики антенны. Известно, что внешний вид корпуса является важной характеристикой сотового телефона и поэтому способствует разработке и поставке на рынок всё большего количества новых модификаций.

При выборе спиральной антенны конструктору важно выяснить, как она будет работать в новом корпусе. Это особенно важно для двухдиапазонной спиральной антенны, так как влияние корпуса на её характеристики происходит в обоих диапазонах.

 

 

Рисунок 75 — Спиральные антенны со штырем

 

Для проектирования антенной системы с учётом корпуса желательно представлять методику расчёта самой спиральной антенны. Соображения, положенные в основу разработки геометрии двухдиапазонной антенны, важны, поскольку корпус существенно изменяет её свойства. Составление электрической эквивалентной схемы позволяет провести эскизный расчёт антенной системы. Такая эквивалентная схема может состоять из параллельно соединённых спирали (двух последовательных её фрагментов) и штыря.

Рассматриваемые антенны имеют два положения штыря: внизу и вверху. Выдвижение штыря увеличивает эффективность излучения антенны на несколько дБ. Но это выдвижение также изменяет согласование и сопротивление излучения.

Спиральная антенна со штырем и без штыря.Эта классическая комбинация антенн объединяет преимущества несимметричного вибратора и спиральной антенны нормального режима (с излучением перпендикулярно оси) (рис.76).

Эта широко распространённая комбинация оптимально сочетает характеристики в режиме выдвинутого штыря и в нижнем его положении. При этом важно, что спиральная антенна нормального режима более широкополосна, чем несимметричный вибратор. Верх штыря делается неметаллическим, поэтому при нижнем положении штыря антенна становится просто спиральной в нормальном режиме, то есть с излучением перпендикулярно оси. Чувствительность сотового телефона в этом случае на 1–2 дБ выше, чем при задвинутом штыре.

 

 

Рисунок 76 — Спиральная антенна в задвинутом состоянии и

с выдвинутым штырем

 

Штырь имеет металлический конец внизу и соединяется с нижним патроном спиральной антенны, когда штырь выдвигается в верхнее положение. Электрически штырь подсоединяется параллельно спиральной антенне. Часть штыря-вибратора, проходящая через спиральную антенну, подключена так, что запитывается параллельно спирали. В таком состоянии антенна подстраивается для получения реального входного импеданса в обоих режимах: выдвинутом и вдвинутом.

Эффективность излучающей способности антенны характеризуется, как известно, сопротивлением излучения. А оно зависит от внешней физической длины спиральной антенны и только в небольшой степени от диаметра спирали. Обычно длина спиральной антенны равна 20–40 мм для частоты 900 МГц, а минимальная длина ограничивается полосой (равной 8–10%). Из-за того, что корпус телефона является частью излучающей структуры, подстройка четвертьволнового шлейфа будет зависеть от размера и формы телефона. Длина несимметричного вибратора (штыря) — 40…45 мм.

Согласующая цепь СТЦ (рис.77), находящаяся на плате сотового телефона, должна быть разработана так, чтобы обеспечивать минимальный КСВ и для режима вынутого штыря и для режима вставленного. Требуемый КСВ обычно равен 1:2 в диапазонах, в которых антенна используется.

С практической точки зрения, имеются два варианта работы телефона: в свободном пространстве (FS — free space) и вблизи человека (TP — Talk Position). Согласующая цепь рассчитывается на выполнение согласования в худшей ситуации из 4 комбинаций: FS/TP и выдвинута/вдвинута. Добавим к этому то, что большинство современных телефонов должны работать в двух и более диапазонах. Таким образом, проектировщик должен получить серию диаграмм направленности на частотах 900 и 1,800 МГц.

Рисунок 77 — Эквивалентная схема спиральной антенны со штырем

 

Спиральная антенна сотового телефона — это антенна с поперечным излучением, Normal-mode helical antenna (NMHA), что отличает её от спиральной антенны с осевым излучением, используемой в радиолокации. Поскольку максимум излучения NMHA перпендикулярен продольной оси z, по своим характеристикам излучения антенна близка к обычному несимметричному вибратору. Когда окружность спиральной антенны равна приблизительно длине волны, доминирует излучение осевого типа волны, но когда окружность намного меньше длины волны, преобладает боковая волна.

В симметричном и несимметричном диполях ток течёт вертикально вдоль оси z, а в спирали (в петле) — горизонтально. В этом смысле спиральная антенна — антипод дипольной. Электрический диполь в дальней зоне имеет вертикальную поляризацию, петля — горизонтальную. Петля является физической реализацией магнитного диполя.

Если размеры спиральной антенны малы (nL < 1), максимум излучения сосредоточен в плоскости xy, а излучение по оси z отсутствует.

Когда угол подъёма спирали приближается к 0, она превращается в петлю. Когда угол достигает 90 градусов — в вибратор

Дальнее поле спиральной антенны можно считать состоящим из двух компонентов электрического поля E, E (рис.78). Пусть спиральная антенна состоит из определённого числа маленьких петель и коротких диполей, соединяющих их последовательно (рис.79). Диаметр петель D равен диаметру спиральной антенны, а длина каждого диполя S равна расстоянию между витками спиральной антенны. Предположим, что токи текут равномерно по величине и фазе по всей длине спиральной антенны. Если спиральная антенна мала, дальнее поле не зависит от числа витков. Таким образом, для расчёта дальнего поля достаточно расчёта одной маленькой петли и одного короткого диполя.

 

Рисунок 78 — Векторы электрического поля в дальней зоне

 

 

 

Рисунок 79 – Модель спирали

 

Дальнее поле маленькой петли имеет только компоненту E

 

,

 

с площадью петли A = D²/4.

Дальнее поле короткого диполя имеет только компоненту E

Антенны на 433 МГц своими руками

В большинстве случаев, когда речь заходит об антеннах, люди представляют себе большие «тарелки», которые установлены за окном или на крыше дома. Однако стоит понимать, что это далеко не так. Дело в том, что размер антенны зависит от того, какую частоту и длину волны она будет ловить. Естественно, если вы хотите ловить сигнал спутника, чтобы транслировать несколько десятков телевизионных каналов, то вам понадобится большая антенна. Но далеко не всегда вам нужен такой сигнал. Именно поэтому и стоит рассмотреть такую вещь, как антенна 433 МГц. Это устройство сильно отличается от тех антенн, которые вы привыкли видеть на окнах и крышах. Оно является очень маленьким и, как уже можно заметить по названию, принимает не самые длинные волны сигнала. Зачем могут пригодиться такие волны? Большинство людей не обращают на них внимания, однако если вы любите наполнять свой дом различными предметами, работающими на дистанционном управлении, то вам определенно понадобится далеко не одна антенна 433 МГц. Если вы научитесь пользоваться их свойствами, то сможете создавать в своей квартире такие вещи, как радиорозетка или даже кормушка для домашнего питомца с дистанционным управлением. Заинтересованы? Тогда читайте статью далее, и вы узнаете, что представляет собой данная антенна, как ее использовать, где купить, а самое главное — как сделать ее собственными руками, если вы не хотите тратиться на покупку.

Что это за антенна?

Итак, в первую очередь необходимо разобраться с тем, что представляет собой антенна 433 МГц. Как вы уже могли понять, это устройство, которое позволяет вам настроить определенный прибор на конкретную частоту, чтобы затем взаимодействовать с ним. Установив антенну в конкретный прибор, вы сможете затем посылать ей сигнал на определенной частоте, чтобы активировать этот прибор и контролировать его. Это очень полезная функция в любом доме, так как вы сможете значительно упростить многие процессы. Однако далеко не каждый сможет проделать нечто подобное – вам нужно хорошо разбираться в данной сфере, чтобы настроить приборы на нужную частоту. Но если вы поставите перед собой цель, то достигнуть ее определенно сможете. Просто вам придется как следует постараться, и начать стоит с изучения именно этой антенны, так как она является одним из самых главных элементов. Вам определенно стоит знать, что антенна 433 МГц бывает трех типов: штыревой, спиральной и вытравленной на печатной плате. Чем они различаются? Какую лучше выбрать? Именно об этом и пойдет речь дальше. Вам предстоит узнать, что представляет собой каждая из этих антенн и понять, какая из них лучше всего подходит для вашей конкретной цели.

Штыревые антенны

Как может оказаться в вашем распоряжении антенна на 433 МГц? Своими руками сделать ее довольно просто, но также вы можете приобрести и готовую, которая обойдется вам немного дороже, но сэкономит немного времени. В любом случае вам сначала нужно определиться с тем, какой именно тип вы хотите получить. И первый тип, о котором пойдет речь, – это штыревая антенна. Ее основным преимуществом является то, что она имеет самые лучше технические характеристики по сравнению с остальными видами. Именно поэтому практически всегда люди делают выбор в ее пользу. Более того, ее сделать своими руками гораздо проще. Так что в целом это наилучшая антенна на 433 МГц, своими руками сделанная или же купленная в магазине. Однако при этом вам не стоит думать, что она идеальна. Если бы ситуация обстояла именно так, то потребности в других видах попросту не было бы. Именно поэтому необходимо отдельно рассмотреть недостатки, которые имеет этот вид антенн, чтобы вы были в курсе всех особенностей, прежде чем принимать решение о покупке.

Недостатки штыревых антенн

Первый недостаток, которым обладают штыревые направленные антенны 433 МГц, – это подверженность влиянию окружающей среды. Проблема заключается в очень сильном отражении и интерференции, которые возникают, если вы пытаетесь использовать антенну в закрытом помещении. Таким образом, она больше подходит для переносных приборов, а не для домашних бытовых приборов, так как в домах из-за малого количества пространства, препятствий в виде мебели и стен сигнал может искажаться, теряться и не доходить до целевого устройства. Так что в первую очередь вам стоит задуматься о том, с какой целью вы собираетесь использовать антенну, а затем уже принимать решение о ее покупке. Однако это не единственный недостаток штыревых антенн, которые изначально могли показаться идеальными. Оказывается, штырь в этой антенне должен быть практически (или полностью) параллельным заземленной пластине, на которой находится сама конструкция. Как вы легко можете понять, в небольших бытовых приборах это очень сложно реализовать. Поэтому вы уже могли сообразить, что штыревые направленные антенны 433 МГц лучше всего подходят для различных портативных приборов более-менее крупных размеров или же тех, на которых антенну можно установить снаружи. В домашних условиях использовать такие антенны не рекомендуется. Но чем же их тогда заменить? Насколько вы помните, существуют еще два вида таких антенн, так что пришло время обратить внимание на них.

Спиральные антенны

Проще всего вам дастся штыревая самодельная антенна на 433 МГц, однако, как вы уже могли заметить выше, она неидеальна. Поэтому стоит обратить внимание на другие виды, например, на спиральную антенну. Чем она отличается от штыревой? Во-первых, она также имеет неплохие технические характеристики, так что в этом плане вы можете использовать с полным спокойствием как первый, так и второй вид. Что же насчет помех? Оказывается, они у спиральной антенны также присутствуют в закрытых помещениях, причем иногда бывают даже более сильными, чем у штыревых. Поэтому остается взглянуть на последний параметр – компактность. Как вы помните, штыревые антенны из-за особенности конструкции должны либо размещаться на корпусе устройства, либо внутри него, но при этом внутри устройства должно быть довольно много свободного места, чего сложно добиться, когда речь идет о небольших бытовых приборах домашнего использования. И по этому параметру спиральная антенна обходит штыревую, потому что она является крайне компактной и позволит вам сделать радиоуправляемым практически каждый прибор в вашем доме. Естественно, самодельная направленная антенна 433 МГц, сделанная таким образом, займет у вас гораздо больше времени, но если вы собираетесь купить антенну, то вам определенно стоит взглянуть на спиральные версии, так как они могут вам пригодиться и очень сильно помочь.

Антенна на плате

Если вам нужна качественная компактная коллинеарная антенна на 433 МГц, то вам определенно стоит обратить внимание на этот вид, то есть на антенны, которые втравлены в плату. Это означает, что данный вид невозможно (или же очень сложно) сделать своими руками, поэтому рассматриваться они будут исключительно как покупные. В чем их преимущества перед описанными выше двумя типами? В первую очередь, они имеют неплохие характеристики. Конечно, не такие впечатляющие, как у предыдущих двух вариантов, однако достаточно хорошие для повседневного использования. Основным их преимуществом является компактность – такие антенны можно разместить абсолютно в любом устройстве. Но, как уже было сказано выше, основным их недостатком является то, что двухдиапазонная антенна 144-433 МГц на плате, сделанная своими руками – это нечто фантастическое. Именно поэтому далее этот вариант рассматриваться не будет по той причине, что оставшаяся часть статьи будет уделена созданию антенны своими руками. Насколько это сложно сделать? Что для этого понадобится? Обо всем этом вы узнаете далее.

Необходимые расчеты

Но если вы решились сделать антенну своими руками, то вам понадобится немало теоретических знаний по этой теме. Дело в том, что любое отклонение в процессе изготовления не позволит вам настроить антенну на прием конкретной частоты. Поэтому все должно выполняться очень точно, так что начинать всегда рекомендуется с расчетов. Сделать их не так сложно, потому что все, что вам нужно рассчитать, – это длина волны. Возможно, вы разбираетесь в физике, поэтому вам будет намного проще, так как вы будете понимать, о чем идет речь. Но даже если физика – это не самая сильная ваша сторона, вам не обязательно нужно понимать, что означает каждая переменная, чтобы провести необходимые расчеты. Итак, как же высчитывается длина антенны 433 МГц? Самое основное уравнение, которое вам нужно знать, – это то, которое позволит вам высчитать необходимую длину антенны. Для этого вам нужно сначала рассчитать длину волны, так как длина антенны составляет одну четвертую часть длины волны. Те люди, которые разбираются в физике, могут сами рассчитать необходимую длину волны для конкретной частоты: в данном случае это 433 МГц. Что необходимо сделать? Вам необходимо взять показатель скорости света, который является постоянным, а затем разделить его на необходимую вам частоту. В результате получается, что длина волны для данной частоты составляет около 69 сантиметров, но при такой детальной настройке лучше использовать более точные значения, поэтому стоит сохранить хотя бы два знака после запятой, то есть финальный результат – 69.14 сантиметра. Теперь необходимо разделить полученное значение на четыре, и получится четверть длины волны, то есть 17.3 сантиметра. Такой длины должна быть ваша J-антенна 433 МГц или любой другой вид, который вы захотите использовать. Помните, что независимо от типа, длина антенны должна оставаться неизменной.

Использование полученных данных

Теперь вам необходимо использовать данные, которые вы получили, на практике. Антенна 144-433 МГц может делаться различными способами, однако практическое применение теоретических сведений должно всегда быть одинаковым. О чем идет речь? Во-первых, вам необходимо всегда брать проволоку на несколько сантиметров длиннее, чем желаемая длина антенны. Почему? Дело в том, что в теории все получается довольно точно, однако на практике работать все будет далеко не всегда так, как вы планируете. Поэтому вам стоит всегда иметь некоторый запас на тот случай, если что-то пойдет не так или сигнал не будет ловиться на той частоте, на которой вы хотели. Всегда можно легко откусить проволоку в конкретном месте, когда вы определите необходимую длину. Во-вторых, вам стоит всегда помнить, что длина отсчитывается от того места, где проволока выходит из основания. Таким образом, полученные 17 сантиметров должны отсчитываться от основания вашей антенны. Чаще всего вам придется использовать немного более длинную проволоку, так как вам нужно будет запаять вашу антенну. Антенна 433 МГц штыревая тем лучше будет работать, чем больше вы штырей используете, поэтому вам стоит позаботиться о том, чтобы каждый из них был одинаковой длины.

Подготовка материалов

Итак, с теорией покончено, пришло время заняться практикой. А для этого вам нужно будет взять все, что вам понадобится для создания собственной антенны. В первую очередь, это проволока или прутья, которые будут составлять основную приемную часть вашей антенны. Во-вторых, вам понадобится основа для вашей антенны. Желательно, чтобы в ней было несколько отверстий, которые вы сможете использовать для крепления штырей. Если эти отверстий не будет, вам придется или просверливать дыры, или же паять прямо к прямому металлу, что не очень удобно и не позволит вам правильно подсчитать длину заранее. Поэтому используйте основание с готовыми отверстиями. Естественно, вам понадобятся и другие вещи, такие как, например, паяльник, однако об этом известно каждому, поэтому нет смысла перечислять все такие предметы.

Выполнение работ

В первую очередь вам нужно подготовить материал для дальнейшей работы. Для этого все штыри вам нужно зачистить, залудить и обработать флюсом. После этого вам нужно обрезать штыри до необходимой длины, но при этом не забывайте о том, чтобы оставить немного длины, чтобы затем подкорректировать готовый результат. Затем вам нужно браться за паяние – каждый из штырей необходимо запаять с обратной стороны антенны, а затем взять еще один, который будет крепиться к антенне. Его длина уже не играет роли, так как он будет исполнять функцию держателя и не будет отвечать за принятие сигнала. Его также нужно запаять, после чего вы уже можете полюбоваться на результат вашей работы.

Финальные шаги

Что ж, ваша антенна уже готова к использованию. Вам осталось лишь сделать финальные шаги. Обрежьте лишнюю длину штырей, чтобы сигнал принимался идеально. Если у вас есть термоусадка – используйте ее. И помните – это лишь один из примеров самодельной антенны. Вы можете сделать также и спиральную антенну, а штыревая антенна в вашем исполнении может выглядеть совершенно иначе. Однако расчеты для получения длины антенны актуальны в любом случае, да и шаги создания антенны собственными руками также будут отличаться лишь в деталях.

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О компании RF Wireless World

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д.Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Умная парковка на базе Zigbee • Система умной парковки на основе LoRaWAN


RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, связанные с испытаниями и измерениями, по тестированию на соответствие, используемым для тестов на соответствие устройств RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.


Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤


Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤


Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤


Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤


Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤


5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий справочный указатель >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP


Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>


Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF


В этом учебном пособии GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.


RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide


Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.УКАЗАТЕЛЬ испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест на соответствие устройства WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA


Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH


Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т.Производители радиокомпонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор


MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды


* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их.
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: не трогайте его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга.
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.


RF Калькуляторы и преобразователи беспроводной связи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR


IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB



СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ


RF Wireless Учебники



Различные типы датчиков


Поделиться страницей

Перевести страницу

Калькулятор вертикальной антенны

Четвертьволновую антенну легко и недорого построить, и она может быть эффективным антенна с малым углом излучения (то есть мощность излучается наружу, а не вверх).

Формула расчета примерной длины четвертьволновой вертикальной антенны это:

Четвертьволны в футах: 234 / частота в МГц

Четвертьволны в метрах: 71,5 / частота в МГц

Чтобы использовать калькулятор, введите желаемую рабочую частоту в мегагерцах, чтобы получить начальная длина в футах и ​​метрах для построения четвертьволновой вертикальной антенны .

Частота в МГц:


Длина вертикального элемента:

Вертикальную антенну можно укоротить с помощью загрузочной катушки. Используйте калькулятор укороченной катушки вертикальной антенны, чтобы узнать, как это сделать.

Расчетная длина является приблизительной. На практике лучше всего сделать антенну немного длиннее, чем рассчитанное значение, а затем подрежьте его, чтобы получить наилучшее значение КСВ.

Отметим, что качество «второй половины» антенны — токопроводящей. земля под ним — имеет большое значение как в эффективности, так и в точке питания сопротивление антенны. Идеальным заземляющим слоем был бы проводящий лист. В больше радиальных проводов, которые вы можете проложить, чтобы приблизиться к этой идеальной заземляющей поверхности, более эффективной будет ваша антенна.Радиальные жилы в идеале должны быть не менее одного четверть длины волны (то есть такой же длины, как антенна или больше).

Поднимая антенну над землей, радиальные провода опускаются под углом, также повышает эффективность.

Увеличение размера проводника увеличит полезный частотный диапазон антенна (полоса пропускания), поэтому на частотах около 10 мегагерц или выше, рассмотрите возможность использования медных или алюминиевых трубок вместо проволоки.


Артикул: Сборник антенн ARRL для радиосвязи

Калькулятор наземных антенн 1/4 волны

Ах, старый добрый четвертьволновый наземный самолет! Этот калькулятор можно использовать для разработки четвертьволновой наземной антенны с радиальными антеннами. Излучающий элемент представляет собой четвертьволновой (λ / 4), а радиалы на 12% длиннее. Обычно бывает четыре луча, минимум три, но вы можете использовать до шести.Это настоящая несимметричная антенна с импедансом питания около 50 Ом и, следовательно, отлично подходит для несимметричной линии питания 50 Ом. Коэффициент скорости установлен на 95%, что должно подойти большинству людей. Вы можете немного обрезать большую сторону и подрезать антенну для наилучшего соответствия желаемой частоте, если у вас есть оборудование.

Эти антенны могут быть легко построены для UHF или выше с помощью разъема N-типа (или SO-239) для монтажа на шасси, некоторого сплошного провода и припоя. Для VHF и ниже, когда элементы становятся больше, требуется более структурированный дизайн.

Четвертьволновый монополь, установленный на идеальном грунте, будет иметь импеданс около 36 Ом, но, сгибая радиалы вниз под углом 45 °, мы увеличиваем его до 50 Ом, в то же время уменьшая угол излучения ближе к горизонту. (42 ° — теоретический идеальный угол для подачи 50 Ом, но кто измеряет!)

За эти годы я сделал довольно много таких антенн с хорошими результатами. Они очень щадящие из-за низкого импеданса. Я использую один дома на 70 МГц, нажмите здесь, чтобы увидеть детали конструкции и другие изображения.

На следующих двух изображениях показано одно, которое я построил для ленты 70 см. Подходит для работы в диапазоне 430–440 МГц. Он использует 6-миллиметровую алюминиевую трубку для радиалов, 4-миллиметровую латунную трубу для ведомого элемента и построен вокруг гнезда шасси N-типа, установленного на алюминиевый квадрат 40×40 мм, скрепляемого заклепками.

Ниже приведены некоторые изображения одного из них, которое я построил с помощью гнезда SO-239, приклепанного к куску алюминиевого листа, с телескопическими элементами. Это означает, что его можно использовать на любой частоте от 80 МГц до 410 МГц (жаль, что они не стали немного меньше и немного больше, поэтому он может покрывать 4 м и 70 см, но они такие, какие есть).Это хорошая антенна для тестирования.

Вот настроил в саду для тестирования на 145.500MHz

И полное сопротивление и реактивное сопротивление идеальны!

Ниже представлена ​​четвертьволновая антенна с заземляющим слоем, которую я сделал для 23 см, 1296 МГц, которая сделана из обрезков медного провода бытовой электросети и лома BNC-гнезда из мусорной коробки.

Один, изображенный ниже, предназначен для приема сигналов самолетов ADS-B на частоте 1090 МГц, опять же с использованием медного лома, но на этот раз приобретенного гнезда шасси N-типа.

Калькулятор индуктивности четвертьволновой антенны с нагрузкой

— M0UKD — Amateur Radio Blog

Вот формула и калькулятор для создания нагруженного (укороченного) четвертьволнового вертикального или сбалансированного диполя. Оригинальный javascript был создан Джеком Понтоном, и его можно увидеть здесь. Как видно на его странице, исходная формула, похоже, взята из статьи Дж. Холла «Дипольные антенны с нецентральной нагрузкой», QST Sept 1974, 28-34. Дополнительные ссылки см. В исходном javascript.Формула ниже:

Исходная формула от QST, сентябрь 1974 г.

Я использовал эту формулу и, похоже, она работала довольно точно для четвертьволновых антенн с центральной нагрузкой на 160-метровом диапазоне. Исходная формула была в дюймах и футах, поэтому с разрешения Джека я изменил сценарий для работы с метрическими единицами, и это представлено ниже.

Расчет относится либо к нагруженной 1/4 волны (обычно вертикальной, в этом случае переверните изображение ниже на 90, o ), либо к нагруженному диполю, и в этом случае размеры относятся к одному плечу, и две катушки будут обязательный.Я использовал загрузку по центру. При базовой нагрузке потребуется более низкая индуктивность, а при увеличении ее в верхней части потребуется более высокая индуктивность. Таким образом, антенну можно согласовать, создав фиксированный индуктор, скажем, в центре, и перемещая его вверх или вниз, пока вы не получите хорошее совпадение на желаемой частоте. Вам понадобится хорошая система заземления с четвертьволновым концом, но используйте два в диполе для красивой укороченной дипольной антенны с нагрузкой.

Антенна

Я ранее построил индуктор, используя этот калькулятор для 9-метровой опоры из стекловолокна на 1.9 МГц, что составило около 195 мкГн для центральной нагрузки. Тот же самый индуктор можно использовать с более крупным полюсом, 18-метровым (60 футов) стержнем из стекловолокна с паук-балкой, перемещая его дальше от точки питания.

Индуктор QRP.

Калькулятор предположил, что для того, чтобы 18-метровая вертикаль резонировала на частоте 1900 кГц с индуктором 195 мкГн, она должна находиться на высоте 13,1 метра от точки питания, оставляя 5 метров провода над ней. Мы использовали забор из проволочной сетки для земли, который, хотя и был грубым, оказался довольно эффективным в предыдущих тестах в этом месте.

YouKits FG-01 Анализатор, показывающий резонанс и полосу пропускания.

После того, как антенна была настроена, был подключен анализатор, чтобы увидеть, где было совпадение 50 Ом. Это было немного ниже запланированного, на частоте 1800 кГц. По-прежнему приятно видеть, что антенна дает вам совпадение на этой частоте! Точка 50 Ом была легко доведена до диапазона 1910 кГц с помощью ATU для простоты, однако это можно было отрегулировать, переместив индуктор немного ближе к точке питания.

Dave M0TAZ работает на 160 м с нагруженной четвертьволной.

Еще раз спасибо Джеку за то, что позволил мне изменить и воспроизвести здесь javascript.

Счастливой сборки антенны!

Хлыст 5/8 волны 2 метра

Мой реальный метод строительства не подошел бы никому, поэтому не буду здесь подробно описываться (за исключением фотографий выше), НО окончательные результаты испытаний были интересными.

Расстояние между витками (и, следовательно, фактическое значение индуктивности) катушки базовой нагрузки не было особенно критичным, никакого реального изменения КСВ не было замечено, поскольку он был сжат и немного увеличен, чтобы изменить фактическое значение индуктивности..
После этого испытания на узел катушки была нанесена термоусадка большого диаметра для обеспечения механической устойчивости и, таким образом, фиксированного значения индуктивности.

Вертикальная секция штыря была обрезана немного короче (около 8-9 мм, или 1 МГц за раз), так как КСВ изначально был ниже 144, чем на 146 МГц (так что изначально слишком длинный — как и ожидалось). ).
Окончательный КСВ был 1,2: 1 на частоте 146 МГц при длине излучателя 1195 мм — таким образом подтверждается, что фактический коэффициент коррекции длины был близок к 93% для моей техники строительства.

Окончательная сборка штыря также дает КСВ 1,4: 1 на частоте 50,100 МГц, что, несомненно, демонстрирует отклик в виде 1/4 волнового шнура с небольшой базовой нагрузкой на 6 метрах.

Я также тестировал его на частоте 439,0 МГц (диапазон 70 см), а КСВ был около 2,5: 1, и, хотя и не очень, его можно было бы использовать, если бы не было другой антенны.
Конечно, проблема в этом диапазоне заключается в том, что основные лепестки, несомненно, будут находиться под довольно большим углом и, хотя они подходят для доступа к местным ретрансляторам на вершине горы, не будут особенно подходить для связи под низкими углами e.грамм. для связи с удаленными наземными станциями.

Насколько хорошо работало ??? Что ж, действительно сложно провести действительно количественные измерения одной антенны относительно другой, потому что здесь задействованы такие факторы, как угол излучения. Мой лучший ответ: на моем обычном 1/4 волновом штыре на неподвижной базе антенны на автомобиле один из удаленных 2-х метровых ретрансляторов «показал» одну полосу на индикаторе уровня сигнала и периодическое мерцание с точностью до секунды. мой Yaesu FT-1802M. Откручивание 1/4 волны и завинчивание этих 5/8, сделанное за пару минут — и ничего больше не изменилось, ни в настройках, ни в физическом окружении — индикатор сигнала FT-1802M поднялся до отметки «6-7». — и затухание FM-сигнала было, конечно, лучше.Я не знаю, что означает изменение дисплея FT-1802M с точки зрения фактических уровней сигнала в дБм, но использование этой антенны дало очевидное улучшение характеристик. Последующее время, потраченное на поездку по «тем же районам, что и раньше с 1/4 волной», выявило лучшие сигналы от большинства ретрансляторов.

Если вы хотите сделать / построить свой собственный двухметровый 5/8-й хлыст, по крайней мере, вы нашли некоторые важные детали — определенно больше, чем я, когда делал тот же поиск.

Кстати, а про антенну типа «кудрявый штырь» слышали ????
Я использовал один из них на 2-метровом мобильном устройстве, а другой — на 70 см, и это аналогичная концепция (полуволновой штырь с базовой нагрузкой), за исключением того, что базовая катушка намотана как индуктор с одним витком с небольшим перекрытием для соответствие.
Я должен посмотреть, остались ли у меня размеры где-то в моем картотеке …
Рой VK4ZQ начал использовать их локально примерно в 70-х …

————————————————- ————————————

Электронное письмо от посетителя веб-сайта:
(29 июня 2010 г.)


Перевертывание с помощью мыши для увеличения

Поэкспериментировал с вашим планом для 5/8 волновой 2M антенны сегодня, он сработал очень хорошо.Я использовал кусок оцинкованной проволоки из своего гаража, жесткий материал использовался для скрепления вещей. Я начал с длины 60 дюймов, сделал очень грубую катушку на одном конце, 3 1/2 витка диаметром около 1 дюйма, затем вставил конец катушки в магнитное крепление, которое раньше использовалось в качестве основы для 1/4 волны. Антенна 2M. Катушка и штырь представляют собой одно целое. У меня есть антенный анализатор MFJ 259B, который в основном оправдал мои чрезвычайно грубые усилия. Я продолжал грызть кусочки проволоки на конце шнура, пока не получил КСВ 1.2–1,6 в диапазоне 144–148 МГц. Я не пытался стабилизировать катушку, КСВ немного меняется, когда хлыст колеблется взад и вперед, но всегда меньше 2,0. Высота всей сборки от основания магнита до кончика хлыста составляет около 52 дюймов.

Я могу установить связь с некоторыми проблемными ретрансляторами 2M в моем районе при минимальных настройках мощности трансивера, которые не работают с моей 1/4 волновой антенной. Измеритель уровня сигнала моего трансивера показывает еще несколько S-единиц на сигналах, полученных от более слабых репитеров.

Фотография прилагается. Воздушные провода немного выше верхней части антенны.

Неплохо для материалов стоимостью около 1 цента, если не считать изъятые детали и стоимость антенного анализатора. 73 — Арт, KD8CGF

——————————

Мой ответ по электронной почте:

Арт.

Рад вас слышать.Основная причина, по которой я написал эту страницу на своем веб-сайте, заключалась в том, что я все равно создавал 2 5/8 дюйма, и я не смог найти в Интернете много технических деталей о том, как это сделать. На других моих веб-страницах вы заметили, что сейчас я стараюсь документировать вещи, чтобы это могло дать понимание другим, особенно с введением более простых классов любительских лицензий (например, наша серия VK Foundation) и в качестве менее технических людей войти в хобби.

На самом деле не имеет значения, как устроена антенна, при условии, что характеристики нижней катушки приблизительно соответствуют моим, а вертикальный излучатель примерно такой же длины.Оцинкованная проволока, вероятно, не лучший материал, потому что на УКВ проводимость находится на самой внешней стороне проволоки (скин-эффект), и я сомневаюсь, что гальванический слой имеет самое низкое электрическое сопротивление среди широко доступных металлов.

Тем не менее, он работает для вас так же, как и для меня — а мой был построен полностью из битов, которые у меня были здесь, то есть на самом деле ничего не было куплено, чтобы сделать мой.

Я мог бы взять ваш текст и фотографии, чтобы добавить их на эту веб-страницу, просто чтобы показать, что описанные мной детали / тенденции строительства работают и для других.

73
Дуг

СТРАНИЦА ПРИМЕЧАНИЕ: Вам не обязательно иметь анализатор РЧ-сопротивления / антенны для настройки этой антенны. Я выполнил свои настройки с помощью измерителя КСВ, который работал на частоте 150 МГц, используя минимально возможную мощность РЧ для получения полномасштабного прямого эталонного значения (5 Вт) и на локально неактивной симплексной частоте для моего тестирования.

———————————————— ——————————————

Сентябрь 2010 г .:

Входящее электронное письмо, внесены незначительные изменения:

Спасибо за информативную тему по этой теме.

Я хотел бы сконструировать этот тип антенны, однако меня беспокоит, какое количество витков потребуется при использовании, скажем, медного провода диаметром 14 (1,6 мм), намотанного на формирователь из оргстекла диаметром 32 мм.

Кроме того, использование медного провода большего диаметра изменит количество необходимых витков и производительность.

Мой ответ:

Мой L-калькулятор показывает мне, что для формирователя с внешним диаметром 32 мм вам потребуется 2 витка, распределенных по длине катушки примерно 15 мм, чтобы получить необходимые 135 нГн.. Диаметр проволоки не является слишком критичным с точки зрения индуктивности, но связанные с этим R-потери будут меньше с увеличением диаметра. Можно использовать проволоку диаметром 1,6 мм.

————————————

Что, в свою очередь, подняло еще один вопрос относительно антенн 5/8-й волны:

Дуг

Спасибо за быстрый ответ.

В главе 33-30 справочника ARRL показана диаграмма для вертикальной длины волны 2 метра 5/8 с 10.5 витков на 3/4 «(19 мм) формирователе, с отводом примерно на 4 витка вниз от конца штыря.
Принимая во внимание: —

19-миллиметровый шаблон, как в вашем случае для = 5 витков

19 мм (3/4″) бывшая, как в ARRL = 10,5 оборота, с отводом 4 оборота вниз от конца штыря (к центральному сердечнику коаксиального кабеля)

Формовка 32 мм, как рассчитано вами = 2 оборота для моего проекта

Не участвую в игре электроники, простите Мне кажется, что это звучит немного тупо, если при использовании двух витков «нижний» конец должен быть каким-то образом заземлен, или он просто прикреплен к центральному сердечнику коаксиального кабеля.Если да, то к чему крепится внешняя оболочка коаксиального кабеля.

————————————

Мой ответ:


Существует большая разница в том, как эти два очень разных стиля конструкции антенн 5/8-й волны «согласованы».

В изделии ARRL используется отвод на основной нагрузочной катушке для обеспечения точки питания с низким импедансом. Приблизительная собственная резонансная частота катушки с таким диаметром, количеством витков и длиной 25 мм (1 дюйм) составляет 147 МГц при условии паразитной емкости 1 пФ i.е. Сама базовая катушка резонирует около 147 МГц. Следовательно, индуктивное реактивное сопротивление должно составлять около 1080 Ом. Следовательно, отвод на 4 / 10,5 катушки должен давать импеданс питания примерно 156 Ом, так что полное сопротивление все же остается низким, но не 50 Ом. Полуволновой или 5/8-волновой излучатель наверху катушки имеет высокий нижний импеданс питания при резонансе, поэтому катушка / ответвитель обеспечивает приблизительное согласование импеданса. (У меня нет книги ARRL, поэтому я не могу найти исходную статью и принимаю ваши измерения как евангелие)

5/8 на моей веб-странице использует «индуктор» для преобразования импеданса с использованием другой техники, поэтому не следует «правилам», относящимся к статье ARRL.Это больше процесс, основанный на линиях передачи. Нижний конец катушки полностью изолирован от земли, т. Е. Антенна имеет разомкнутую цепь относительно «земли», если измерять с помощью омметра. Другими словами, это просто последовательная индуктивность, которая подключается к нижней части шнура 5/8 волны. Внутренняя часть коаксиального фидера идет к этой последовательной индуктивности, внешняя оболочка идет к заземляющей плоскости. (как объяснялось ранее выше на этой странице)

Лучшее, что я предлагаю, — это попробовать сделать его быстро (и с минимальными затратами), следуя советам из моей статьи (1.) Измерьте КСВ, чтобы убедиться, что он действительно меньше 1,5: 1, затем (2.) сравните усиление со стандартной 1/4 волновой штырей, прикрученной вместо 5/8-й на той же базе антенны и с использованием той же заземляющей поверхности (/ радиалы ). Если он выполняет то, что я сказал, он должен исправить это «должным образом».

Я надеюсь, что это дает дополнительную информацию о создании антенн 5/8-й волны. Спецификации загрузочной катушки просто нет. Наиболее важным элементом антенны является длина вертикального излучателя, а не то, как сделана катушка.

Настройка автомобильной антенны 1/4 волны

Антенна волны является базовой стандартной автомобильной антенной по нескольким причинам:

  • Это просто; Прямой токопроводящий стержень.
  • Практический; Простота изготовления, установка и регулируемая длина для частот наземной подвижной связи.
  • Он обеспечивает хорошее согласование импеданса с радиоприемником, что означает, что РЧ-мощность, генерируемая радиостанцией, излучается через антенну с минимальными потерями (при условии, что коаксиальный кабель и разъемы установлены правильно).
  • Он хорошо излучает в горизонтальной плоскости, обеспечивая хорошее покрытие в направлениях, в которых могут быть расположены другие радиостанции.


Антенна ¼ волны состоит из двух частей;

  1. Планета Земля . Это горизонтальная поверхность, на которой установлена ​​антенна, почти всегда корпус транспортного средства, на котором она установлена. Заземляющий слой так же важен, как антенный штырь, потому что он является частью окончательной антенной системы. Заземляющий слой должен быть надежно соединен с коаксиальным заземлением и должен выступать по крайней мере на 1/4 радиуса волны по горизонтали от основания шнура.Обычно этого легко добиться на крыше автомобиля, которая намного больше.
  2. Стержень антенны (или штырь, как его иногда называют) необходимо обрезать до длины, подходящей для центральной частоты, на которой передается радио. Это часто называют «настройкой», потому что вы пытаетесь достичь резонанса антенны так же, как вы настраиваете музыкальный инструмент. Правильно настроенная антенна обеспечивает наилучшую передачу мощности от радиостанции в свободное пространство.


Нарезка или настройка антенны;
Настройку можно произвести «на бумаге» или с помощью специального измерителя (VSWR Meter).На бумаге этого более чем достаточно для большинства приложений (но измеритель КСВН всегда покажет, что антенна и кабельная система установлены и работают правильно). Настройка на бумаге — это двухэтапный процесс:

  1. Найдите центральную частоту, на которой передает радио. Сложите самую высокую и самую низкую частоту передачи, на которой радиостанция запрограммирована для передачи, и разделите на 2. EG 154,5000 + 161,1250 МГц = 315,625 / 2 = 157,8125 МГц. Это частота, на которую должна быть настроена антенна.
  2. Рассчитайте и отрежьте до нужной длины по следующей формуле, которая дает метрическую длину реза в метрах: 300 / Частота / 4. Он основан на делении скорости света на частоту, дающую полную длину волны. Четверть этого составляет длины волны.

    Эту длину в метрах (в метрах) также можно выразить как 75 / Частота.
    EG 300 / 157,8125 / 4 = 0,475 м. (475 мм)

    Эта длина в мм (миллиметрах) также может быть выражена как 75 000 / частота.
    EG 300 / 157,8125 / 4 = 475 мм

Примечания
Длина антенны — это общая длина проводника над землей, и это должна быть общая длина, включая все соединения на основании антенны.

Оценка антенного фактора для винтовой штыря MobileOne M40

Оценка антенного фактора для винтовой штыря MobileOne M40

В этой статье исследуется ожидаемая производительность MobileOne M40 short передвижная спиральная вилка для измерения окружающего шума на 7,1 МГц с использованием FSM и приемник связи.

ITU-R P.372-8 предполагает, что самый низкий уровень окружающего шума, который можно было бы ожидать при разумных условиях распространения был бы галактическим шумом с рисунком шума 32.4 дБ. Это равносильно напряженность поля -46,3 дБмкВ / м на 1 Гц полоса измерения.

Коэффициент антенны — это отношение напряженности поля к мощности приемника. напряжение на клеммах антенны.

MobileOne M40

На следующих рисунках показаны антенна и крепление на крыше для наименьшая направленность.

кнут MobileOne M40 для тяжелых условий эксплуатации штанга на крыше.
Деталь основания и пружины. Антенна имеет 3 м RG58C / U до ступенчатого аттенюатора и еще 1 м RG58C / U к измерительному приемнику.
Поперечные дуги крепятся с помощью армированный пластиковый адаптер, для которого требуется соединительный провод RF на оба конца поперечины багажника.

Измерение и моделирование

Использование анализатора MFJ-259B для измерения импеданса. на 4 м RG58C / U, хлыст был настроен на минимальный КСВ на частоте 7,1 МГц. В этой рабочей точке базовое сопротивление антенны должно быть очень близко к чисто резистивному.

Измеренное входное сопротивление линии передачи составило 48 + j32. Использование трансмиссии Калькулятор линейных потерь, базовое сопротивление (Zload), КСВН на конце нагрузки и были рассчитаны потери в линии. Результаты показано в таблице 1.

Таблица 1: Результаты калькулятора потерь в линии передачи
Параметры
Линия передачи Belden 8262 (RG-58C / U)
Код B8262
Источник данных Belden
Частота 7.100 МГц
Длина 4.000 метров
цинк 48,00 + j32,00 Ом
Инь 0,014423-j0,009615 Ом
Результаты
Zo 50,01-j0,83 Ом
Коэффициент скорости 0,660
Длина 51.64 °, 0,143 λ
Потеря линии (согласовано) 0,147 дБ
Линейная потеря 0,231 дБ
КПД 94,82%
Zload 25,15-j 0,14 Ом
Загрузка 0,039762 + j0,000223 Ом
КСВН (конец источника) 1.87
VSWR (конец нагрузки) 1,99
γ 4.24e-3 + j2.25e-1
к1, к2 1.30e-5, 2.95e-10
Коэффициент корреляции (r) 0,999884

Базовое сопротивление составляет 25,15-0,14 Ом (почти чисто резистивный, как и ожидалось), а КСВ на конце нагрузки составляет 1,99.

Коэффициент антенны рассчитан для штыря с центральной нагрузкой и аналогичное текущее распространение, используя онлайн калькулятор.

Конечные потери рассчитываются от конца нагрузки. КСВН должен быть 3,5 дБ плюс потери в линии 0,23 дБ.

Результаты показаны в таблице 2.

Таблица 2: Расчетный коэффициент антенны
Высота от основания до центра катушки 0,850 м
Высота змеевика от центра до верха 0,750 м
Общая высота 0,0379 λ
Частота 7.10 МГц
Окончательная потеря 3,50 дБ
Коэффициент антенны 1,77 дБ / м

Антенна с коэффициентом антенны 1,8 дБ / м, которая будет иметь получить производительность, аналогичную завершенной эффективной антенна на этой частоте с усилением -14.0dBi.

Напряженность поля, эквивалентная минимальному уровню шума -135 дБм в Приемник шириной 2,250 кГц рассчитывается с использованием напряженности поля / мощности приема. конвертер, результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3: Расчет минимального уровня шума системы
Частота 7,1000 МГц
Полоса пропускания напряженности поля 2250,0 Гц
Напряженность поля расстояние до источника 30,00 м
Напряженность поля 0,04591 мкВ / м
-26,8 дБмкВ / м
0,0001218 мкА / м
-78,3 дБмкА / м
Нормализованная напряженность поля (1 Гц) -60.3 дБмкВ / м
-112 дБмкА / м
Коэффициент антенны (согласован с 50 Ом) 1,25 дБ / м
Входное сопротивление приемника 50,0 Ом
Полоса пропускания приемника 2250,0 Гц
Расстояние от приемника до источника 30,00 м
Напряжение приемника 0,03976 мкВ
-28,0 дБмкВ
Мощность приемника -135 дБм

Система имеет минимальный уровень шума, эквивалентный нормализованному полю. сила -60.3 дБмкВ / м. Это намного ниже ожидаемый галактический шум на уровне -46,3 дБмкВ / м и не должен ограничивать измерения окружающего шума.


© Авторское право: Оуэн Даффи 1995, 2021. Все права защищены. Заявление об ограничении ответственности.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *