[alexPec 3]

1 час назад, yurik82 сказал:

зависит какие требования

* к ДН - какие перепады допускаются по элевации, сколько должно уходить в горизонт
* требования к поляризации, стабильно ли положение устройства в пространстве, требуется 100% вертикальная поляризация или разрешена эллиптическая

В дешевых устройствах без особых требований (смартфоны любых ценовых категорий включая iPhone XS Max, WiFi роутеры домашние, GPS, WiFi/Bluetooth антенны ноутбуков, смартфонов, планшетов) популярны PIFA антенны (inverted F). Для каждой поляризационной компоненты у них своя случайная ДН (от -12 до +5 dBi)

 

Спасибо за развернутый ответ!

ДН - хотелось бы +5..+6 dBi, положение антенны будет отклоняться от вертикального произвольно на 15-20 град. максимум. Поляризация направленной приемной антенны - написано вертикальная. На приеме использую типа такой с 6dbi:

https://russian.alibaba.com/product-detail/cdma-450-mhz-antenna-60472369111.html?spm=a2700.8699010.normalList.8.5fc94f93FK97bV

В реальных условиях не проверял, но "на столе" - на расстоянии 10м при слабом сигнале передатчика работает лучше чем штыревая.

А вот продают штыревые антенны на 433мгц, с SMA разъемом, типа таких:

https://russian.alibaba.com/product-detail/jcd402-omni-directiona-cdma-433mhz-450-mhz-rpsma-whip-antenna-62225568511.html?spm=a2700.8699010.normalList.31.5fc94f93FK97bV

У них ведь тоже нет противовеса? Там просто  провод? Тогда почему импеданс 50 ом?

 

 

 

[yurik82 17]

9 часов назад, alexPec сказал:

ДН - хотелось бы +5..+6 dBi

в каком направлении? если в одном +6 dBi то в другом -10 dBi. Закон сохранения энергии

 

9 часов назад, alexPec сказал:

У них ведь тоже нет противовеса? Там просто  провод? Тогда почему импеданс 50 ом?

противовес корпус апарата. причем положение относительно корпуса критически влияет на график КСВ. Только при одном определенном (как его настраивали) положении относительно корпуса он согласован. Например при изгибе на 90 градусов. А если разогнуть прямо - то КСВ расползается

естественно ДН тоже сильно искажается, перепады по азимуту большие

Вот например WiFi пипетка, при вертикальной установке КСВ=1.8, при согнутой КСВ=1

Так ведут себя все пипетки Zyxel, Dlink, TPLink и т.д. Их настраивают именно при таком положении как они будут эксплуатироваться

Спойлер

 

 

 

Цитата

ДН - хотелось бы +5..+6 dBi

Если требования такие архижесткие, что вертикальная компонента поляризации 100% и просадки ниже 0 dBi по азимуту в горизонт не допускаются, то без симметричных в оси вращения монополя противовесов не обойтись.

Чтобы обойтись рандомным корпусом аппарата надо согласиться на просадки до -5 dBi

А если хочется прижатую блинчиком ДН в горизонт то надо коллинеарная решетка, на 450 МГц высота только штыря >0.5 метра, и противовесы по 16 см минимум 3 штуки

 

На примере рации Baofeng, ссылку я давал ранее.

Если земляная плата установлена вертикально и монополь установлен вертикально, то 100% вертикальная поляризация и в горизонт уходит +2..2.5 dBi во все стороны равномерно, КСВ50=1

 

Спойлер

 

Если рацию положить на стол, а штырь согнуть, то изменится всё: и поляризация, и согласование и пространственная ДН

 

Спойлер

 

 

 

 

У вас хотелки как к профессиональной внешней стационарной антенне Kathrein или Rohde&Schwarz, а ограничения на форм-фактор как у iPhone XS MAX

Изменено 3 сентября, 2019 пользователем yurik82

[uve 2]

AlexPec, для правильного решения нужно знать условия эксплуатации Вашего девайса, его полную геометрию корпуса(если он из металла) или пластикового корпуса с платой Ground. Встречал антенны оптимальная настройка которых сделана в присутствии рядом тела человека. Если у Вас есть желание сделать хорошую антенну, нужно проделать определённую работу в электромагнитном симуляторе в разных вариантах практического применения девайса. Если на такие работы у Вас ресурс не выделен, установите любую "пипетку" китайского производства на нужную частоту - как то работать будет.

[yurik82 17]

4 минуты назад, uve сказал:

нужно проделать определённую работу в электромагнитном симуляторе

требования заведомо нерешаемые. Человек оценивает Ку по маркетинговых буклетах на алиэкспресс. Антенна размером 0.25х0.3х0.065 лямбда имеет 6 dBi, но правда не заявлено даже в какую сторону

[alexPec 3]

36 минут назад, yurik82 сказал:

требования заведомо нерешаемые. Человек оценивает Ку по маркетинговых буклетах на алиэкспресс. Антенна размером 0.25х0.3х0.065 лямбда имеет 6 dBi, но правда не заявлено даже в какую сторону

Спасибо за ответы! Правда, очень полезно было. Да, до сих пор занимался только тем, что до антенны - модуляторы, цифровая обработка, усилитель (недавно). Но охота сделать хорошо не только то, что до антенного кабеля, а охота получить хороший результат. Благодаря Вам начал понимать, что антенна - это отдельное искусство. Видимо придется вникать в тему. Иначе поставят антенны какие есть и, как я понимаю, будет очень посредственно. И да, до сих пор ориентировался на характеристики, которые пишет производитель, не вдаваясь в подробности (металлический корпус, противовесы и т.д.).

Цитата

установите любую "пипетку" китайского производства на нужную частоту - как то работать будет.

Так вот не хотелось бы чтобы "как-то" работало. Охота понимать почему работает "как-то", и самое главное охота сделать чтобы работало хотя бы "хорошо" :)

Цитата

У вас хотелки как к профессиональной внешней стационарной антенне

Ну хотелки хотелками, но придется их разбить об реальность :). Правильно я понял, что в размере на 1/4 волны я могу рассчитывать только на 2dbi?

Корпус конструкции, где расположен передатчик, -пластик. Ближайший металл от антенны будет не менее чем в 40 см (соседний блок из алюминия). Поляризация - видимо тоже придется смириться, что не строго вертикальная. В конечном счете это ведь все уйдет в дальность связи...

По Baofeng рации - там предполагается наличие руки (и головы говорящего) где-то в округе противовеса? И интересно почему противовес расположен несимметрично, а ДН симметричная? Если делать похожий противовес и подводить мощность кабелем к такой системе, правильно я понимаю, что в этом случае центральная жила подключается к штырю, а оплетка - к противовесу? Между собой их (штырь и противовес) просто зафиксировать изолятором?  Согласование между 50ом выходом и такой системой какое-то нужно в этом случае?

Понимаю, что вопросы для профессионалов, которые сами изобретают и моделируют антенны, возможно вызывают улыбку, но для меня это пока вообще темный лес, как оказалось. И охота понимать, почему у меня, например, передатчик в спектроанализатор выдает 2Вт при отличном MER, а когда подключаю антенну и рядом "ловлю" сигнал, то вижу на спектре что попало, и MER никакой...

Тут опыт и советы здешних участников просто бесценны. 

[yurik82 17]

6 часов назад, alexPec сказал:

Правильно я понял, что в размере на 1/4 волны я могу рассчитывать только на 2dbi?

Нет. Чтобы получить 2 dBi (по GainZ !!) в горизонт надо серьезные требования к форме и размерам противовеса (включая всё металлическое к чему он может прикасаться, включая но не ограничиваясь кабелями питания и подключения периферии).

Чтобы исключить появление горизонтальной компоненты поляризации, наведенные токи на проводящих поверхностях справа и слева от оси монополя должны быть противофазные и равны по амплитуде. Т.е. всё устройство должно иметь геометрическую симметрию вращения вокруг оси монополя. Чем больше асимметрия - тем больше нескомпенсированные токи/поля, они не взаимоуничтожаются, а излучаются как GainX/GainY (по закону сохранения энергии GainZ падает на эту величину)

 

Кроме того, такие асимметрии приводят к выпучиванию ДН - куда то уйдет больше чем 2 dBi, а по закону сохранения энергии куда то меньше чем 2 dBi (вся сфера в сумме дает 100% = 0 dBi)

 

6 часов назад, alexPec сказал:

По Baofeng рации - там предполагается наличие руки (и головы говорящего) где-то в округе противовеса?

по заводской настройке штатных пипеток - учитывают с человеком (и пластиковый корпус). по ссылке пример в свободном пространстве (без учета корпуса)

 

Цитата

И интересно почему противовес расположен несимметрично, а ДН симметричная?

Какая из ассиметрий имеется ввиду? Чтобы излучалась только вертикальная компонента GainZ и чтобы по азимуту была круговая ДН - надо чтобы противовес был зеркально симметричен относительно оси монополя (хотя бы в ортогональных осях Y и Z). Т.к. точка крепления антенны смещена к краю прямоугольной земли - то там неизбежно появится горизонтальная поляризация, но если ширина рации небольшая то она незначительная. Если бы рация была широкая (как настольные устройства) то монополь надо размещать ближе к середине устройства, а не к углам.

Симметрия точки ввода питания в диполь не нужна вообще. Нужна симметрия только вдоль оси. Половины диполя не обязаны быть равными.

Половины диполя чаще всего делают равными, потому что их подключают к балуну и далее к коаксиальной линии. Балун это трансформатор который на выходе дает два противофазных и равных по амплитуде сигнала (в зависимости от соотношения амплитуд к амплитуде на входе балуна они бывают с разным коэффициентом трансформации - 1:1, 1:4 и другие). С таким балуном можно согласовать только симметричный относительно порта питания диполь (задержки распространения в плечах должны быть равными). Если вместо диполя используется сосредоточенный генератор (без линии передачи) то нужды в балуне и линии передачи нет - можно делать несимметричный диполь.

 

Если взять прямоугольную плоскую землю, то монополь должен быть в её центре. В идеале земля должны быть круглой или хотя бы квадратной. Если прямоугольная - то ввод питания в центре. Если же место крепления несимметрично (смещено к какой-либо грани/углу) то токи будут несимметричными и будет горизонтальная компонента и неровная азимутальная ДН

Изменено 3 сентября, 2019 пользователем yurik82

[ZodiaK 0]

Может " глупый" вопрос, а антенна Харченко подойдет вместо несимметричного диполя? Диаграмма конечно будет не круговой, и если не использовать отражатель то она будет направленной в виде двух лепестков,и коэф усиления  у неё достаточно большой и решается ( ну мнение дилетента) проблема противовеса в виде корпуса устройства.

[yurik82 17]

46 минут назад, sergeu сказал:

антенна Харченко подойдет

сейчас у автора штырь длиной L/4 (160 мм).
к штырю нужен противовес - или один такой же вертикальный штырь (тогда вместе они образуют полуволновый разрезной вибратор Герца), суммарной длиной 32 см
или группа противовесов (коническая юбка длиной 16 см, которую можно заменить на 3 или более прутковых противовеса)
автор не хочет применять противовесы из-за габаритов, это ещё +16 см куда-то должны выступать

а вы предлагаете целую рамочную антенну, у которой сторона квадрата L/4 (диагональ 22 см). да ещё и не одиночную рамку (хотя хватило бы), а двойную - т.е. 2 диагонали по 22 см.

С периметром 8 раз по L/4

Проблем с такой системой хватает:

- проблема поляризации, автору нужна вертикальная поляризация (на другой стороне абоненты используют вертикальные штыревые антенны), а для этого Харченко надо положить на бок. Харченко на боку будет светить тонкими лепестками по азимуту (2 этажа решетки сжимают ДН в направлении между этажами, что при горизонтальноя поляризации излучения сужает ДН по элевации (для нашей задачи хорошо), а при повороте набок это уже азимутальная ДН)

- проблема согласования остается. для симметричного питания надо балун, плюс нужен трансформатор с 130 Ом на 50 Ом. Если трансформатор сделать сравнеительно просто, то балун вообще неспросто. А 130-омный балун ниразу не просто.

Да и никаких проблем биквад то не решает. Корпус устройства как искажал ДН штыря, так же будет искажать и ДН биквада.

Просто петлевой диполь или просто разрезной диполь имеют меньше размеры.

[ZodiaK 0]

возникает вопрос как тогда делают антенны в мобильных переносных устройствах? Сам автор говорит что при изменении положения меняется ксв, что чревато при мощности в несколько ватт выходом из строя оконечного каскада усилителя при отсутствии его ограничении по мощности по ксв. Метализация корпуса устройства ? для обеспечения стекания токов вч на него с антенны, но как избежать изменения характеристик антенны при поднесениии её к металлическим частям в ближнем поле? 

Может есть решения для мобильных устройств кроме разрезного вибратора герца? Или он самый оптимальный ( невзирая на габариты).

[Aner 3]

Да так и есть при изменении положения меняется ксв, диаграмма и не только это. Но в современных мобильных переносных устройствах многое уже по другому, в отличие от старых ... и виды модуляции другие, таймслоты и другое. Там мощности в несколько ватт не являются непрерывными, по этому выходом из строя оконечного каскада усилителя ничего не грозит. В мобильниках GSM/3G/4G давно применяют аттеньюироавние мощности и плюс тайм слоты.  По этому нет необходимости избегать изменения характеристик антенны при поднесениии её к металлическим частям в ближнем поле. Антенны разрезного вибратора герца таки уже не столь часто используют, чаще используют укороченные антенны на керам основе.

[yurik82 17]

1 час назад, sergeu сказал:

возникает вопрос как тогда делают антенны в мобильных переносных устройствах?

крайне хреново делают. Девайс за $2000 который продается десятимиллионными тиражами имеет -7 dBi в максимальном направлении + пенальти в co-pol до 15 дБ.

в других направлениях просадки до -20 dBi

Компания производящая эти антенны - единственная компания в истории человечества преодолевшая капитализацию 1 триллион баксов.

Собственно революция в антеннах которую произвел iPhone 3G (снижение КПД антенн до -6 dBi) и было той киллер-фичей из-за которой эту антенну более миллиарда человек мечтают покупать ежегодно за $1000

Изобретение этого типа антенн по влиянию на индустрию сопоставимо с изобретением транзистора.

https://fcc.report/FCC-ID/BCG-E3219A/3975170.pdf

 

 

зная о большом пенальти по co-pol, в LTE на стороне БС MIMO 2x2 X-pol (+-45 градусов) это mandatory фича
многие роутеры (особенно качественные комплексные решения - Cisco, Rukus, Mirkotik, Ubiquity) имеют по 2 антенны в ортогональных поляризациях

Кроме керамических антенн (используются в экстремально компактных устройствах, особенно USB-свистках и USB-затычках) и рамочных-слот антенн (у всех смартфонов в металлическом корпусе) часто используют PIFA антенны, в частности Inverted-F, которые имеют непредсказуемую эллиптическую поляризацию и случайные выпучивания от +6 dBi до -6 dBi

Спойлер

 

 

 

У раций UHF и особенно VHF дела обстоят удручающе плохо. КСВ у японских резинок доходит до 20 (больше получить КСВ даже преднамеренно уже сложно, потому что любые термические затухания ограничивают предельно возможный КСВ), направленность случайная от +5 dBi до -10 dBi.

Компенсируется это просто вдуванием мощи. Достаточная мощность по формуле Фрииса менее 1 мВт. Реально вдувают единицы и десятки ватт. Передающая антенна ослабила в 100 раз, приемная ещё в 100 раз. И получили пенальти 40 дБ. Из 10 Ватт получилось 1 мВт

 

 

 

Изменено 4 сентября, 2019 пользователем yurik82

[ZodiaK 0]

yurik82 решение которое Вы предлагали для монополя на баойофенг оно рабочее? Я имею ввиду что если сделать землю большей  площади то насколько это повлияет на качество антенны? Или как говорится надо считать? Да и какой калькулятор для  преобразования импенданса Вы использовали?

Да и из всех постов выше тут уже следует что получить +2 дб для мобильного переносного устройства уже за счастье будет.

Да и по просторам инета расказывалось про антенну из кабеля РК75 Где оголенный штырь 17 см, а оплетка развернута назад и служит в качестве противовеса, решение это рабочее? 

Изменено 4 сентября, 2019 пользователем sergeu

[yurik82 17]

35 минут назад, sergeu сказал:

если сделать землю большей  площади то насколько это повлияет на качество антенны?

я уже писал.

чтобы не появлялась горизонтальная компонента поляризации - противовес должен быть зеркально симметричен относительно оси штыря. Чем он крупнее и чем ассиметричнее - тем сильнее ко-поляризациионная компонента.

При такой небольшой разнице, когда справа 10 мм, а слева 40 мм у земли - горизонтальная поляризация не превышает -19 dBi (<1% излучения теряется)

А если повернуть набок землю, чтобы с одной стороны 90 мм, а с другой 0 мм, то уже до 30% горизонталки и 70% вертикальной

 

Если корпус пластик, а плата ground прямоугольный металл, то вертикальный штырь желательно как можно ближе к центру.

Если плата параллельно земли, то перпендикулярно плоскости в центре прямоугольника

Если плата перпендикулярно земле, то перпендикулярно грани в центре верхней грани 

 

Длину штыря можно существенно сократить согнув его в тонкую спираль:

https://ypylypenko.livejournal.com/63648.html

Спираль можно укорачивать сколько угодно, пока ещё сможете согласовать (чем больше перепад тем выше нагрев трансформатора)

Кроме того, чем короче спираль тем она более узкополосная и сама по себе, и тем более узкополосный ваш трансформатор. Вся схема вдвойне узкополосная (а значит трудно настраиваемая и более чувствительная к изменениям вблизи устройства)

35 минут назад, sergeu сказал:

Да и какой калькулятор для  преобразования импенданса Вы использовали?

уточните вопрос о каком преобразовании речь? калькуляторов есть много под разные задачи. Есть трансформаторы на линиях, есть LC и т.д. О каком из них вопрос?

Скриншот "RLC Matching" - это программа 4NEC2, похожий набор калькуляторов есть в MMANA

Моделировать всё что можно представить схемой замещения, в теории цепей удобнее всего через HFSS Circuit Designer.

Этот тип подпроекта можно вставлять в тот же проект что и антенна, и на вход цепи подавать клеммы антенны. Там можно рисовать что угодно - хоть линии передачи, хоть R/L/C хоть транзисторы, хоть намоточные трансформаторы

Вот пример https://ypylypenko.livejournal.com/82160.html#matching

Можно сразу видеть графики Z, КСВ, S (в т.ч. ang_deg фазы если надо что-то сфазировать) в широкой полосе частот (всякие калькуляторы обычно одночастотные)

Кроме того в Circuit Designer (это выкупили и интегрировали Nexxim solver) есть решатель PlanarEM который позволяет вставлять в схему элементы, которые невозможно представить схемой замещения RLC - например нерегулярные полосковые линии. Можно вставить конусный или экспоненциальный трансформатор, расчет которых в широкой полосе частот исторически был крайне сложной задачей, а здесь это уже делается в 2 клика.

Изменено 4 сентября, 2019 пользователем yurik82

[ZodiaK 0]

Да про скриншот "RLC Matching" я и имел ввиду, спасибо.

[uve 2]

У меня своё мнение: 1 Антенны нормальные могут делать фирмы производители девайсов связи. Сам работаю в подобной фирме. Мини антенны делают для увеличения продаж этих девайсов. Сами подумайте, кто купит смартфон из которого торчат в разные стороны 3-4 правильные антенны. Выгоднее уплотнить сеть БС.

2 Юрий, слишком усложнять требования к антенне по поляризации не стоит. Основные потребители подобных средств связи обитают в городе. Соответственно в условиях городской застройки дошедший до абонента сигнал будет иметь компоненты с разной ориентацией вектора эл. поля. Я это сам проверял в условиях Москвы, от строгого поддержания линейной поляризации качество связи не улучшилось.