[yurik82 23]

1 час назад, repstosw сказал:

Потому что пружины не обладают такой магией, как J-антенны, а именно - не обеспечивают приёма без замираний.

Так сейчас пружины нагружены на разветвленную систему кабелей, а не согласованы с вертикальной платой и вертикальным корпусом будущего устройства

 

1 час назад, repstosw сказал:

Кроме того, пружины имеют маленький КПД антенны и хрен пойми какую резонансную частоту с КСВ не больше, чем 1,1.

КПД пружин 100%. Так называемый "низкий КПД" м теплововой разогрев имеют фильтры-согласования (трансформаторы импеданса) на миниатюрных катушках и конденсаторах, которые согласуют укороченный штырь (10...20 Ом) с 50 Ом трансивером.

Низкий КПД таких фильтров связан с форм-фактором - сам массивный трансивер делает одна фирма, а внешнюю компактную антенну делает другая фирма. Этой внешней другой фирме ничего не остается как втулить микроминиатюрный LC в свою спираль. У вас же - и устройство и антенну делает одна фирма и не нужно обязательно делать 50 Ом гнездо под кабель снижения.

Поэтому LC согласование не обязательно делать на SMD компонентах.

 

Кроме того, так называемый "низкий КПД" может на практике быть из-за КСВ=15. Измерение согласования для встраиваемых устройств крайне проблематично, даже крупным международным корпорациям типа Моторолы это не по карману - поэтому спирали имеют случайные размеры и случайный минимум КСВ на случайных частотах далеко за пределами желаемого диапазона.

 

Если миниатюризация не критична - то вместо пружин лучше прямую велосипедную спицу. При 181 мм с корпусом размером как рация Baofeng получается КСВ=1 и КПД=100% на 435 МГц без цепей согласования.

Полноразмерный штырь намного более широкополосный и напоротьсся на КСВ=15 не получится даже если делать вслепую.

 

Изменено 12 декабря, 2023 пользователем yurik82

[repstosw 18]

On 12/12/2023 at 11:41 PM, yurik82 said:

КПД пружин 100%.

Не может быть у спиральной "резинки" КПД 100%.  Так как она укорочена геометрически. Обмануть физику - затея не очень хорошая.

И вообще, КПД не будет 100%, меньше - да.

Под КПД понимается отношение мощности излучения к подводимой мощности.

Там только из-за наличия активной составляющей и ущербного противовеса КПД будет даже меньше, чем 75%.

А из-за укорочения - тем более.

Идеально согласованный четверть-волновый штырь с десятками противовесами (или куском жести) имеет КПД не выше 97%.

Откуда у пружины КПД = 100% ?

[yurik82 23]

17 минут назад, repstosw сказал:

Не может быть у спиральной "резинки" КПД 100%.  Так как она укорочена геометрически. Обмануть физику - затея не очень хорошая.

Может. Если использовать не бытовую, а принятую в IEEE терминологию.

17 минут назад, repstosw сказал:

Так как она укорочена геометрически. Обмануть физику - затея не очень хорошая.

Тепловой разогрев поверхностными токами металла - примерно такой как и у не укороченного диполя. Близкий к нулю. И от укорочения меняется незначительно.

Тепловые потери на разогрев штыря настолько незначительны, что даже штыри из очень тонкого провода имеют КПД близкий к 100% и не нагреваются

17 минут назад, repstosw сказал:

Под КПД понимается отношение мощности излучения к подводимой мощности.

Accepted Power = Incident Power - Reflected Power

при КСВ=1 Accepted Power = Incident Power, т.к. Reflected Power = 0.

Radiated Power = Accepted Power * Heat efficiency (тепловой КПД)

При КПД=100% Radiated Power = Accepted Power

Потери рассогласования это не КПД. 

 

17 минут назад, repstosw сказал:

Идеально согласованный четверть-волновый штырь с десятками противовесами (или куском жести) имеет КПД не выше 97%.

Почему 97%? Почему не 95% или не 99.5%? При чем тут согласование и при чем тут количество противовесов?

Если там провода не толщиной с человеческий волос, то тепловые потери меньше 1%.

 

17 минут назад, repstosw сказал:

Откуда у пружины КПД = 100% ?

Тепловые потери бывают в металлах и диэлектриках.

Если пружина воздушная (нет твердых диэлектриков) то потерь на их разогрев (он пропорциональный тангенсу угла диэлектрических потерь в материале) нет. 

Если металл толще чем человеческий волос - то потерями на разогрев корткого провода можно пренебречь. Если надо бороться даже за микроскопические потери (менее 0.1 дБ) то вместо тонкого провода возьмите трубку толще.

 

Все что касается потерь рассогласования - то это вопросы не физики, а организаицонные. Если на согласование положить болт (волевым решением исключить его из проекта) и эксплуатировать систему с КСВ>1 то это не физика, а бюрократия (коррупция). КСВ=15 это не физика, это коррупция.

Изменено 15 декабря, 2023 пользователем yurik82

[repstosw 18]

1 hour ago, yurik82 said:

Все что касается потерь рассогласования - то это вопросы не физики, а организаицонные. Если на согласование положить болт (волевым решением исключить его из проекта) и эксплуатировать систему с КСВ>1 то это не физика, а бюрократия (коррупция). КСВ=15 это не физика, это коррупция.

А где я вообще говорил о рассогласовании? Вы это сами придумали, сами и отвечаете. Не надо эти мысли приписывать ко мне.

 

КСВ=1.0  - это необходимое, но ещё недостаточное условие для получения КПД антенны, близкому к 100%.

Антенны малой длины (меньше L/4) - электрически малые антенны(раз мы говорим об укороченных спиральных резинках). Сопротивление излучения таких антенн - меньше, чем у несимметричного L/4 (36.6 Ом).   Сопротивление потерь будет зависеть от числа противовесов. КПД таких антенн будет меньше, чем у L/4, установленной на массивный металлический корпус, который выполняет роль хорошего противовеса.

Пруфы искать лень, укажу автора и источник: "Антенны КВ и УКВ" И. В. Гончаренко (http://dl2kq.de)

Изменено 15 декабря, 2023 пользователем repstosw

[yurik82 23]

1 час назад, repstosw сказал:

КПД таких антенн будет меньше

Меньше. Если Rвх упадет в 2 раза, то тепловые выростут примерно в 4 раза P=I^2 * R.

Токи выростут в 2 раза, омическое сопротивление тепловых потерь R ниже примерно в 2 раза раза (если штырь укорочен примерно в 2 раза), итого мощность потерь в 8/2=4 раза вырастет. Если раньше в нагрев уходило 0.1% то теперь будет 0.8%. Если это не штырь а спираль то длина общая провода в спирали останется примерно та же, значит потери вырастут в 8 раз.

Самый прецизионный в мире стенд по антенах имеет погрешность хуже чем 0.1 дБ. 0.1 дБ это 97.7%. Если тепловые потери будут меньше чем 2.3% никакой стенд в мире не измерит их наличие. Погрешности других составляющих стенда намного выше.

Чтобы понизить КПД антенны до 75% надо чтобы омическое сопротивление проводов (на этой частоте) составляло 25% от Rвх диполя. Если укороченная антенна имеет например импеданс Rвх=15 Ом, то в качестве материалов надо взять металлы с сопротивлением 3.75 Ом. Для короткого провода (допустим полная физическая длина всех проводо 0.3 метра на 450 МГц) чтобы 10 Ом на метр гальванических потерь получить надо брать провод толщиной с человеческий волос.

С реалистичными материалами (даже без трубок, а с тонкими медными проводами) сопротивление на таком малом размере доли Ома (можно легко гонять сварочный аппарат или сталеплавильный тигель).

 

Конкретный пример. Есть земляная плата 50х120 мм. Надо антенну в районе 433 МГц.

 

Монополь-спираль: 22 витка медной бытовой проволоки 4 мм2 (D=2.25 мм), внутренний диаметр 3.75 мм (намоточный), внешний 8,25 мм. Высота спирали 89.1 мм, +10 мм зазор для питания между спиралью и земляной платой. Высота спирали + зазор + высота земли = 219.1 мм (0.315 лямбда). Собственно спираль 1/8 лямбды (в 2 раза короче полноразмерного штыря).

Импеданс: Z=33.09 +j0 @ 431.32 MHz

 

Как оценить тепловые потери в этой конструкции и прикинуть сколько потеряли если бы взяли полноразмерный L/4 монополь из того же материала?

Сверхточное (с погрешностью менее +-2%) измерение теплового КПД крайне сложная задача и в натурных измерениях и в численном моделировании.

Для подсчета RadiatedPower суммируется вся энергия которая прошла через ГУ наружу и сравнивается с AcceptedPower на порте питания.

На границе ГУ плотность энергии имеет погрешности из-за недостаточного качества сетки, математических шумов численного алгоритма связанного с дискретностью подсчета.

Собственно вся модель уплотняется до тех пор пока DeltaS (или DeltaEnergy в других типах солверов) будет менее 1-2% от предыдущей итерации. Т.е. 1-2% (0.1 дБ) это погрешность расчетного метода, уловить более тонкие эффекты таким методом не получится.

 

Я могу предложить такой метод измерения "тонких эффектов по КПД". Т.к. у нас диэлектрик воздух/вакуум, то все тепловые потери это только токи в металлах. Если мы посчитаем модель с материалом PEC (сверхпроводник) на всех без исключения элементах конструкции - то полученное числовое значение принимаем за 100%.

Потом ставим материал реальный (медь) и снова считаем.

PEC = 100.0866%

Copper = 98.6502%

Delta = 100,0866 / 98,6502 = 1,4561%

КПД = 98,544% = - 0.064 дБ

 

Теперь сравним какой был бы КПД если бы взяли полноразмерный штырь. Берем 185 мм тот же медный провод, Z=60 +j0 @ 431.32 MHz 

PEC = 100.2607%

Copper = 100.0865%

Delta = 100,2607 /  100,0865 = 0,174%

КПД = 99,826% = -0.0076 дБ

 

КПД упал с 99,826% до 98,544% или на 0.057 дБ

Потери выросли с 0,1742% до 1,4364% (в целых 8 раз выросли потери !!! )

 

У вас есть приемник способный уловить флуктуации RSSI 0.05 дБ?

 

Реальные плохие отзывы о реальных антеннах "резинки, спиральки" связаны не с тепловым КПД антенны, а с другими явлениями:

1) высокий КСВ (15 не редкость)

2) высокие тепловые потери в миниатюрных LC согласованиях на микроскопических катушечках и твердотельных микроконденсаторах

3) искажение ДН если монополь несиммметричен отсносительно земляного корпуса устройства

4) зенитная ДН с глубоким провалом в горизонт если земляной корпус устройства массивный (крыша автомобиля, корпус банкомата)

5) непредсказуемая поляризация не совпадающая с осью штыря из-аа  несиммметричности отсносительно земляного корпуса устройства

6) присоединение к земляной половине диполя других устройств - систем кабелей, корпусов, линий электроснабжения, зданий и металлоконструкций

7) установка коаксаильного кабеля в разрыв штыря и противовесов

 

Эти эффекты дают единицы и даже десятки дБ разницы. Даже если задаться целью измерить КПД с погрешностью 0.1 дБ - невозможно вычесть эти другие факторы у которых влияния на порядки больше.

Изменено 15 декабря, 2023 пользователем yurik82

[Freesom 22]

2 hours ago, yurik82 said:

Если Rвх упадет в 2 раза, то тепловые выростут примерно в 4 раза

Токи выростут в 2 раза, омическое сопротивление тепловых потерь R ниже примерно в 2 раза разаитого мощность потерь в 8/2=4 раза вырастет

значит потери вырастут в 8 раз

2 в квадрате стало 8, но то ладно)) Мощность вырасла на порядок почти, а у генератора забыли спросить, он такую мощность согласен задувать или нет))

 

 

[repstosw 18]

2 hours ago, yurik82 said:

Теперь сравним какой был бы КПД если бы взяли полноразмерный штырь. Берем 185 мм тот же медный провод, Z=60 +j0 @ 431.32 MHz 

Если не секрет, в какой программе ведётся моделирование?

Я тоже хочу попробовать так моделировать - очень полезно!

[Freesom 22]

5 minutes ago, repstosw said:

Если не секрет, в какой программе ведётся моделирование?

Я тоже хочу попробовать так моделировать - очень полезно!

хфсс

Я бы тоже хотел КПД больше 100 процентов получать. Там и до вечного двигателя рукой подать. Правда обычно это свидетельствует о низком качестве расчета

[repstosw 18]

9 minutes ago, Freesom said:

Я бы тоже хотел КПД больше 100 процентов получать. Там и до вечного двигателя рукой подать. Правда обычно это свидетельствует о низком качестве расчета

Меня привлекает, что можно противовес задать любой формы, а также считать сложные антенны.

 

Кстати, как измерить КСВ антенны на самой портативной рации, не выкручивая антенну?   Ведь КСВ-метр требует подключения антенны через кабель, а значит это будет совсем не тот КСВ, что в случае когда антенна прикручена к рации.

[Freesom 22]

Just now, repstosw said:

Кстати, как измерить КСВ антенны на самой портативной рации, не выкручивая антенну?   Ведь КСВ-метр требует подключения антенны через кабель, а значит это будет совсем не тот КСВ, что в случае когда антенна прикручена к рации.

предусмотреть в тракте направленный ответвитель и мерять отраженную волну непосредственно

[uve 10]

10 minutes ago, repstosw said:

 

Кстати, как измерить КСВ антенны на самой портативной рации, не выкручивая антенну?   Ведь КСВ-метр требует подключения антенны через кабель, а значит это будет совсем не тот КСВ, что в случае когда антенна прикручена к рации.

 Я пользовался таким способом: Паял из тонкой латуни габаритный эквивалент корпуса переносной р/ст. Устанавливал разъём, измерительный кабель делал с отсечкой поверхностных токов кабеля (запорным стаканом). Длину кабеля (электрическую) брал кратной 0.5 лямбда. Измерения вполне адекватные получаются.

Изменено 15 декабря, 2023 пользователем uve

[yurik82 23]

6 часов назад, Freesom сказал:

Я бы тоже хотел КПД больше 100 процентов получать. Там и до вечного двигателя рукой подать.

Обычно, но не в случае антенн.

Для неизлучающих устройств как натурные так и числовые измерения с погрешностью доли процента - не вопрос.

Но! если это не замкнутый многополюсник, а почти вся энергия идет через ГУ - то и в натурных измерениях и в методе МКЭ и в МоМ для 3-мерных структур (за исключением метода МоМ для тонких отрезков прямых линий) надо считать суммарную энергию прошедшую через ГУ.

По определению погрешность этого метода имеет тот же порядок величины что и DeltaS (обычно 2% или 1%). Даже если попытаться бесконечно уплотнять сетку - все равно из за самих математических шумов процедуры дискретизации - DeltaS может и не опутиться ниже чем 0.5%.

Т.е. для модели у которой тепловых потерь нет (только PEC + Vacuum) вполне ожидаемо получать значения RadiatedEfficiency в диапазоне 98...102%. Ничего с этим не поделаешь.

У реальных сложных конструкций в которых есть много диэлектриков, металла - реальные потери сдвинут это значение ниже, хотя и с теми же +-2%. Т.к. сами абсолютные значения ниже (например 97%) то число 100 никогда на практике не получится.

 

Есть еще один уникальный метод для частного случая. В движках на базе NEC (4NEC, EzNEC, MMANA) все проводники представляются в виде бесконечно тонких отрезков прямых. Т.е. весь ток всегда идет в прямом проводнике. Известны именно значения тока через сечение. В Амперах. Не поверхностная плотность токов на сетке меширования в А/м2, а именно ток через сечение. Зная проводимость металла, частоту и площадь сечения и ток - можно по всех отрезках просуммировать тепловые потери. Именно так 4NEC2 и считает, в отдельности от самого моделирования запускается отдельная подпрограмма которая по расчитанных ранее токах подсчитывает тепловые потери. Плюсы - можно получить ниже погрешность чем в методе МКЭ. Минусы - расчитанные значения не учитываются в собственно СВЧ моделировании, и если распределенные тепловые потери значимые - они никак не будут учтены в расчете антенны. Она сначала рассчитывается с материалом РЕС (расчет ДН, КСВ) а потом отдельно для справки выводятся тепловые потери.

 

6 часов назад, repstosw сказал:

Кстати, как измерить КСВ антенны на самой портативной рации, не выкручивая антенну? 

как я уже говорил - даже для крупных международных корпораций с бюджетом в миллиарды - это слишком доррогая задача. Надо создать плату КСВ метра идентичную плате финального устройства.

Т.к. даже в проекте с бюджетом более миллиарда долларов это слишком дорого - делают НО на плате идентичной плате финального устройства и ищут на этой плате некоторую точку ввода кабеля с минимумом влияния и отводят его горизонтально к Агиленту.

 

 

Изменено 15 декабря, 2023 пользователем yurik82

[yurik82 23]

7 часов назад, Freesom сказал:

2 в квадрате стало 8, но то ладно)) Мощность вырасла на порядок почти, а у генератора забыли спросить, он такую мощность согласен задувать или нет))

 

Мощность не изменилась. Как было 1 Ватт так и осталось. В тепло уходил  1 мВт, будет греться на 8 мВт.

Импеданс для полноразмерного был например 30 Ом (надо согласовать на 50), стал 15 Ом (опять же надо согласовать на 50)

Изменением пропорции напряжений к токам (т..е. импеданса) занимается не генератор, а согласующее устройство. Сам генератор внутри тоже не 50 Ом от природы и имеет согласующие цепи на 50 Ом

[Freesom 22]

4 hours ago, yurik82 said:

В тепло уходил  1 мВт, будет греться на 8 мВт

а чего вдруг?

[Freesom 22]

13 hours ago, yurik82 said:

Мощность не изменилась. Как было 1 Ватт так и осталось.

Я правильно понял, что мощность считалась по формуле \(P = {I^2 * R_t}\) , т.е. если мощность постоянна (1 Вт), то на уменьшившемся в два раза импедансе должен быть в \( \sqrt{2}\) больший ток? И рост потерь в 8 раз - это из разряда бабушкиных сказок и погрешностей вычисления в хфсс?