[Nik_Dima 0]

Уважаемые посетители форума, хотелось бы узнать ваше мнение по поводу одной идеи: реально ли вместо параболической антенны использовать фазированную антенную решетку, изготовленную печатным способом, частота 10.7-12.75ГГц, усиление 36dBi, с круговой поляризацией, ослабление боковых лепестков -20дб. Мне попадались подобные антенны (SELFSAT flat satellite antenna), но в них используется только линейная поляризация. Реально ли развести вибраторы и сумматоры  на двухстороннем ламинате типа duroid 5880? Может кто встречал подобный проект?

[Aner 3]

Выскажу осторожное предположение что можно, но вот разница в цене будет разительной.

[yurik82 18]

Вопрос №1. Прикидка количества элементов и площади
2x2 это 13-15 dBi
4x4 это 17-20 dBi
8x8 это 21-24 dBi
16x16 это 25-29 dBi
32x32 это 29-33 dBi
64x64 это 33-37 dBi
128x128  это 37-41 dBi

Самый минимум это более 4000 элементов (скорее около 100х100 = 10 000). Страшно подумать как такое рассчитать и изготовить.

Вопрос №2. Как делать поляризацию. Есть 2 принципиально разных подхода. Один это запитка активного элемента под углом 90 градусов и сдвиг фаз. Второй это одиночная запитка, но специально подобранные конструктив патча чтобы получалась сразу круговая. Но тут вопрос какие требования к качеству Axial ratio. По упрощенной схеме он может давать эллипс вместо круга.

Вопрос №3. Можно ли достичь такую широкополосность для самой простой топологии и активных элементов или надо применять ухищрения - более сложные элементы и топологию линий.

Вопрос №4. Какие будут потери в полосковой топологии. Не будет ли прирост направленности 2-2.5 dBi на удвоении количества элементов съедаться на длинных линиях.

Вопрос №5. Придумать топологию, чтобы вообще как-то добраться до такого к-ва элементов, чтобы при этом паразитное влияние излучения этих линий не сильно искажало излучение активных элементов, и чтобы при этом происходило согласование (1000 элементов по 100 Ом дадут 0.1 Ом если без промежуточных трансформаций)

Изменено 13 апреля, 2019 пользователем yurik82

[yurik82 18]

9 часов назад, Nik_Dima сказал:

Мне попадались подобные антенны (SELFSAT flat satellite antenna)

у неё принципиально другая конструкция. это массив из 8х16 = 128 рупоров. Каждый рупор имеет 4 расширения раструба. Общая направленность 34.5 dBi

Чтобы поднять до 36 dBi надо более чем 12х24 = 288 рупоров. Если у них получился шаг 2.5 дБ на каждом удвоении, то прогрессия такая:
32 dBi = 64
29.5 = 32
27  = 16
24.5 = 8
22 = 4
19.5 = 2
17 dBi = 1 рупор

Спойлер

 

 

т.к. рупоры пропускают любую поляризацию, то она принимает любую, преобразование волны в ток происходит только в LNB который монтируется сзади. Какие там шунты сделаешь такую поляризацию будет ловить

 

радикально уменьшить количество элементов в 8-10 раз удалось за счет того, что рупором-линзой подняли усиление единичного активного элемента с 8-9 dBi (у обычного патча) до 17 dBi (с рупорной насадкой с 4 расширениями раструба)

 

Изменено 13 апреля, 2019 пользователем yurik82

[LMA 1]

По моим прикидкам получается, что размер антенны должен быть 25x25 лямбд. Т.е. 640x640 мм, 32x32 элемента. Даже больше - это я посчитал для случая равноамплитудной запитки, УБЛ 13 дБ.

Очень мне такой прожект не нравится. Зеркальная антенна работать будет гораздо лучше.

Изменено 14 апреля, 2019 пользователем LMA

[yurik82 18]

36.0 dBi для частоты 10700 МГц это апертура антенны 0,2463 м3

при КИП=100% это квадрат 18х18 лямбд (0.5х0.5 метра) или круг диаметром 0.56 метра

Площадь SELFSAT flat satellite H30D равна 0,1432 м2 (517x277), заявлено 34.5 dBi, КИП=122.2% (или 33.6 dBi при КИП=100%)

Если 34.5 dBi заявлено для 12.7 ГГц, то КИП=88%, тогда на 10.7 ГГц будет 33.0 dBi
SelfSat-H10D1 при площади 0,1230 м2 (475х259) заявлено 33 dBi @ 12.7 GHz, КИП=72%

Изменено 14 апреля, 2019 пользователем yurik82

[LMA 1]

47 minutes ago, yurik82 said:

18х18 лямбд

Я на тепловые потери и прочие неидеальности 3 дБ заложил.

[Nik_Dima 0]

yurik82

Вопрос №1 – ну пока что 1024 элемента, здоровая выходит, но это пока в теории 
Вопрос №2 – на счет патчей, вот что у меня получается:

Если бороться с потерями в полосковой линии (МШУ??), сколько их надо пока не знаю, поправьте если, что не так 

[yurik82 18]

1 группа 2x2 13.3 dBi
4 таких группы +5 dBi = 18.3 dBi
4 таких макрогруппы ещё +5 dBi = 23.3 dBi

т.е. всё что на скриншоте (8х8 = 64 элемента) это 23.3 dBi
4 таких как на скриншоте (256 элементов) 28.3 dBi
16 таких как на скриншоте (1024 элемента) 33.3 dBi
для 36 дБ надо около 2048 таких единичных элементов или 32 скриншота

 

чтобы просто симулировать ДН огромной ФАР (без топологии запитки и согласования) в HFSS можно использовать Master/Slave граничные условия для построения решеток любой размерности из единичного элемента (единичным элементом можно вашу группу 2х2 нарисовать)

Изменено 14 апреля, 2019 пользователем yurik82

[makov 0]

"...Реально ли развести вибраторы и сумматоры  на двухстороннем ламинате типа duroid 5880? Может кто встречал подобный проект?"

Посмотрите как реализована патч-антенна в виде планарной антенной решетки в абонентской станции системы широкополосного доступа фирмы Proxim Wireless. Собственно, панель антенны размером 30х30 см выполнена из одностороннего фольгированного материала, скорее всего, Rogers толщиной около 0,8 мм и расположена над алюминиевой подложкой на расстоянии ~5 мм . Излучатели выполнены в виде печатных элементов (1,2). Антенна интегрирована в корпус абонентского устройства (3,4). Диапазон рабочих частот 5,15-5,875 ГГц, коэффициент усиления 23 dbi, мощность устройства 27dbm, поляризация линейная.

Возможно, Вас заинтересуют параметры планарной антенны фирмы MDS/Hypercable с диапазоном частот 10,7-12,7 Ггц, усиление 24 дБ, ширина диаграммы 7 градусов по уровню -3 дБ, поляризация линейная и круговая, соотношение тыл-фронт -30дБ, топология неизвестна, может быть, F-образная (PIFA), погуглите. Если дойдет до «самодела», есть ламинат TMM10i Rogers, толщ. 1,9 мм, диэл. прониц. 9,8, размеры излучателей, сумматоров и антенны из такого материала  будут небольшими (вопросы в личку).

 

 

[Hale 1]

а каков принцип расчета топологии излучателей? почему внутренние скорректированы такими ромбиками? чисто подогнать импеданс под емкостной зазор в точке возбуждения?

[yurik82 18]

Цитата

а каков принцип расчета топологии излучателей?

Решить 3 независимые задачи:

1) Обеспечить равность электрических длин от порта запитки до каждого элемента, чтобы возбуждение было синфазное

2) Обеспечить равность амплитуд на каждом элементе

3) Обеспечить согласование на порте питания

Первая задача чисто топологическая. Придумать трассировку так, чтобы все расстояния от порта до любого элемента были или равны (если в разных участках разная скорость распространения - чтобы были равны именно электрические длины, геометрические при этом не будут равны) или отличаются на длину кратную лямбде.
Но в последнем случае антенна становится более узкополосной при критерию направленности. Только на частотах, когда длины отличаются на кратную лямбде величину - элементы возбуждаются синфазно. При небольшом изменении частоты возбуждение уже несинфазное, ДН начинает косить в сторону или разваливаться. График Gain по Freq-Sweep имеет форму купола. Proxim Wireless именно такой случай.

Вторая задача автоматически решается если все длины равны электрически (топология дерево или звезда) и если нет линий с большим затуханием. Но не решается если применять упрощенную топологию последовательной запитки (виноград). Амплитуда энергии на дальних концах линии ниже чем в начале, элементы излучают энергию в разной пропорции и суммирующее поле излучения не будет равно расчетному для ФАР такой размерности.

Третья задача решается комплексно, согласованием отдельных групп (переменный импеданс линий на разных участках), применением L/4 отрезков, применением отрезков кратных L/2 и т.д.

 

Я настаиваю, что изначальная задача (создание ФАР с усилением более 2000 раз) практически нерешаема с использованием обычных излучателей с малой направленностью/апертурой из-за огромного их количества (не менее 1000 штук). Чтобы снизить на порядок количество элементов до приемлемого надо радикально (на тот же порядок) увеличить апертуру отдельно взятого элемента. SELFSAT  решили такую задачу применением рупорных излучателей большой апертуры (с 4 расширениями раструба)

Изменено 15 апреля, 2019 пользователем yurik82

[uve 2]

Добрый день, господа. А какое мнение по поводу того, что часть патчей не имеет гальванического контакта с питающими линиями: ёмкостная связь или пассивные элементы?

[LMA 1]

17 hours ago, Hale said:

чисто подогнать импеданс под емкостной зазор в точке возбуждения?

Еще поляризацию надо обеспечить определенную.

8 hours ago, uve said:

ёмкостная связь или пассивные элементы?

Емкостная связь, увеличивающаяся от начала к концу ветвей.

[MW_Юрий 0]

On 4/14/2019 at 2:02 PM, Nik_Dima said:

yurik82

Вопрос №1 – ну пока что 1024 элемента, здоровая выходит, но это пока в теории 
Вопрос №2 – на счет патчей, вот что у меня получается:

Если бороться с потерями в полосковой линии (МШУ??), сколько их надо пока не знаю, поправьте если, что не так 

 

Вы приводите графики для 4 патчей и картинку для 64 не посчитанную. А не посчитанную потому что просчитать уже не можете. Вы приводите ксв для 4-х ну скажем 400МГц, что на таких частотах очень плохо. А какая полоса Вашей топологии а главное конструкции (ваша примитивная конструкция уже не катит) будет для 64? 70-100 MHz c большой натяжкой, а это уже никому не надо. Вы равномерно набросали патчи, а это уже совсем плохо. У такой решетки Вы получите первые боковые лепестки ну так на 5-7 dB ниже главного и все на этом антенна издохла. Для таких массивов существует довольно строгий закон амплитудного распределения удаленных патчей от 4-х центральных, которое реально позволяет дотянуть соотношение этих лепестков до 17-20 dB, что является ключевых для радиолокации и связи (читайте докт. диссер. Скобелев В.А). А финал таких развлекаловок (за чужие деньги) даже примитивный массив и черт с ней полосой , изготовленная антенна улетит этак МГц на 300-400 в сторону и никакими усилиями ее не вогнать куда надо (по причине того, что не задумываясь получили 400МГц и трава не расти).