[Alex_2015 0]

Будет очень сильно отличаться реальность от модели, если добавить симметрирующее устройство в реальности?

Я отрисовал универсальную модель, в которой пошагово проверяю изменения выходных характеристик от размеров. Надо наверно сравнить работу модели с симметрирующим устройством и без него.

Раньше антенны делал, но столь высоко по частоте не забирался. И делал сугубо по наитию и теоретическим познаниям. Измерять было нечем и как-то работали.

[uve 5]

Что мешает установить в модель кабель и увидеть отличия в расчёте? И ещё не понятно почему у Вас так долго идёт расчёт ? слабый комп? или Сетку расчётных частот с шагом  0.1 МГц задали в полосе 0.6 - 8 ГГц ?

[Alex_2015 0]

On 4/19/2024 at 10:50 PM, uve said:

Что мешает установить в модель кабель и увидеть отличия в расчёте? И ещё не понятно почему у Вас так долго идёт расчёт ? слабый комп? или Сетку расчётных частот с шагом  0.1 МГц задали в полосе 0.6 - 8 ГГц ?

Ни что не мешает. Тем более, что в эти выходные я этим и заморочился. Модель подтвердила худшие опасения. Она близка образцам.

Нашел сегодня в инете случайным образом несколько источником по расчётам логопериодических антенн (все на буржуйских языках, но не суть) и понял, где и в чем я ошибался. Если я прав, потом расскажу.

На тему слабого компа нет. Тем более, что это ноут. Всегда так долго считал. С поиском причин пока не смотрел. Настройки по умолчанию.

Шаг сетки посмотрю.

Изменено 22 апреля пользователем Alex_2015

[Alex_2015 0]

Вопрос по HFSS.

Сопротивление вибраторов антенны определяется отношением длины вибратора к его диаметру (если речь идет о непланарной антенне). Сопротивление собирательной линии (микрополоска) нечто среднее по величине между сопротивлением антенны и сопротивлением кабеля. А возможно ли в HFSS "измерить" сопротивление антенны (вибраторов).

[Alex_2015 0]

Возник ещё вопрос. Как правильно рассчитать микрополосковую линию из параллельных полосок одинаковой ширины, разделённых слоем диэлектрика. В явном виде информацию не нашёл, а то, что сделал, может быть с ошибкой.

[uve 5]

В HFSS можно измерить входное сопротивление антенны и полосковой линии, главное чтобы пользователь знал теорию техники антенн и длинных линий. Судя по вопросам Вам стоит с последним поработать. Измерять входной импеданс отдельного элемента (вибратора) лого антенны в свободном пространстве не вижу смысла, т.к. в составе всей логоантенны оно будет другим. Для ускорения работ по созданию антенны воспользуйтесь простым калькулятором-расчётчиком логоантенн. По моему опыту эти калькуляторы не учитывают неравномерность входного импеданса в заданной полосе частот. А затем поработайте с геометрией антенны в HFSS, оптимизируя геометрию для достижения требуемых параметров. Если Вы понимаете какая геометрия на что влияет, то настройку геометрии сделаете быстрее оптимизатора HFSS, который тупо с заданным шагом меняет геометрию антенны.

Изменено 23 апреля пользователем uve

[yurik82 18]

6 часов назад, Alex_2015 сказал:

Сопротивление вибраторов антенны определяется отношением длины вибратора к его диаметру

Нет. Если речь о диполе Герца, то входное сопротивление диполя Герца можно измерить нарисовав в HFSS как антенну только один этот диполь.

В широкой полосе частот получим график входного импеданса Z = R +jX.

Кривая jX будет подобна синусоиде и много раз пересекать значение 0 (первый резонанс и далее гармониковые резонансы).

Кривая Re будет начинаться с 0 Ом, на первом резонансе (полуволновый резонанс) достигнет значения в районе 73.1 Ом (при бесконечно тонком материале проводника). Далее Re будет повышаться до нескольких сотен Ом (на четном резонансе одно-волнового диполя). Далее опять будет снижаться и на нечетном резонансе (полтора лямбды) снова будет в районе 73 Ом.

Если изменить материал или форму элементов из которых изготовлен диполь (взять более толстый материал, вместо прямой трубки/прутка на конце устроить какие-либо расширения) то сместятся обе кривые - и jX и Re.

Если за резонансную частоту такой антенны (полуволнового диполя Герца) считать точку в которой кривая jX пересекает 0, и опустить из этой точки вертикальную прямую на график Re, то на пересечении получим некоторое Rвх антенны на этой конкретной частоте (в широкой полосе частот оно циклически меняется от 0 до 500 Ом проходя все значения).

 

Из-за того, что у диполя Герца выполненного из толстых прутков кривая jX сместилась, сместилась резонансная частота, и на этой резонансной частоте Rвх получилось меньше чем 73.1 Ом.

Именно этот факт можно иногда и трактуют как "определяется отношением длины вибратора к его диаметру".

Хотя если у диполя из сверхтонкого проводника (у которого на резонансной частоте 73.1 Ом входное) появится например какая-либо (умышленная или неумышленная) ёмкость в узле питания, то график jX уползет вниз (сосредоточенная ёмкость добавила отрицательного ёмкостного реактанса и сместила кривую jX вниз). Резонансная частота F изменилась. На этой новой резонансной частоте R уже какое-то другое. Ни длину ни диаметр вибратора не меняли, а R изменилось (хотя график R не менялся, мы только поменяли точку частоты F на которой смотрим Rвх)

 

Если речь о многоэлементных антеннах (Яги, ЛПДА), то входной импеданс отдельного диполя Герца в составе многоэлементной антенны зависит не только и не столько от собственных свойств этого диполя (его длина и диаметр) как от взаимного положения и размеров других элементов. Например если взять простейший 3-элементный набор:

- диполь Герца

- паразитный директор (пара вибраторов суммарной длиной немного меньше пол лямбды)

- паразитный рефлектор (пара вибраторов суммарной длиной немного длиннее пол лямбды)

То приближене директора к диполю смещает кривую jX диполя немного вверх (смещает резонансную частоту вверх), а кривую Re тоже немного вверх (увеличивает импеданс диполя)

Приближение же рефлектора напротив уменьшает импеданс (смещает кривую Re вниз).

ЛПДА по большому счету это такой волновой канал, только все элементы ещё и активно питаемые.

В одной научной работе по ЛПДА даже пытались вывести формулы, нарисовать матрицы связей S, Y через взаимные импедансы связи элементов в решетке

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1018363918305282

 

6 часов назад, Alex_2015 сказал:

А возможно ли в HFSS "измерить" сопротивление антенны (вибраторов).

именно для всей ЛПДА антенны невозможно, т.к. точек питания много (каждая пара диполей запитывается) и все они запитываются через эту собирательную линию (и задержка фазы и трансформации импедансов зависят от длины и импеданса этой линии), то запитать всю структуру только сосредоточенными портами невозможно и не имеет смысла.

Наиболее быстро (мгновенно) считать график КСВ именно у ЛПДА антенн можно в программе 4NEC2. Из всего семейства программа на движке NEC (MMANA, EzNEC, 4NEC2) именно в этой програме реализовали виртуальные линии передачи (TL card).

Чтобы нарисовать ЛПДА на 10 пар элементов, в этой программе достаточно нарисовать:

* 10 прямых отрезков

* описать 1 линию и вписать в одно поле её Zo

Расчет выполняется доли секунды. Вписав другое Zo можно мгновенно получить график КСВ во всей полосе частот. Физически собирательная линия в модели не присутствует, её длина и Zo используются солвером для автоматического пересчета распределения токов во всей структуре.

 

Для описания геометрии ЛПДА и упрощения их расчетов авторами ЛПДА были придуманы такие геометрические показатели как сигма (отнситеьлный шаг) и тау (константа проекта по расходимости). Они определяют шаг и расходимость решетки (для заданной полосы частот в конечном итоге будет менятся количество пар элементов N чтобы заполнить всё решетку желаемыми сигма/тау).

Для более "плотных" решеток (с бОльшим количеством пар элементов N на ту же длину L) собственные импедансы вибраторов ниже, и для получения того же результирующего Rвх собирательная линия надо чуть-более высокоомная, а из-за того что разность трансформируемого и конечного Z не такая большая - перепады Z меньше (а в конечном итоге красивый график КСВ что интересует заказчика).

Для более "жидкой" решетки (для экономии числа элементов N)  собственые импедансы взаимосвязи вибраторов выше (что например хорошо если надо получить антенну 200 Ом для балуна 4:1). Но если надо получить Rвх =50 то "жидкая" лого хуже, донижать вниз придется  сильнее, а а чем больше трансформация тем сильнее перепады и больше скачет график КСВ

 

Условный пример на примере четверть-волнового трансформатора.

Дано: нагрузка 50 Ом, задача получить как можно более красивый график КСВ50 на этой нагрузке

Вариант А: источник 150 Ом, трансформатор собирательная линия 86,6 Ом. на выходе 50 Ом. КСВ=1 на одной частоте, но на других частотах сильно возрастает

Вариант Б: источник 50 Ом, трансформатор собирательная линия 50 Ом. на выходе 50 Ом. КСВ=1 на всех частотах (идеальный вариант)

Вариант В: источник 100 Ом, трансформатор собирательная линия 70,7 Ом. на выходе 50 Ом. КСВ=1 на одной частоте, на других частотах растет но не так сильно как в Вариант А

 

Для разных Сигма/Тау логопериодическая антенна буде вести себя как вариант А или как вариант В. Более "густая" лучше если надо получить прямой выход на 50 Ом, "жидкая" лучше для ШПТЛ 4:1

Изменено 23 апреля пользователем yurik82

[Alex_2015 0]

23 minutes ago, uve said:

В HFSS можно измерить входное сопротивление антенны и полосковой линии, главное чтобы пользователь знал теорию техники антенн и длинных линий. Судя по вопросам Вам стоит с последним поработать.

Вот тут Вы правы. Учили меня этим наукам очень давно и остались лишь поверхностные знания. Потому сейчас вспоминаю, постигаю и учу заново. Со скрипом.

[Alex_2015 0]

1 hour ago, yurik82 said:

Для разных Сигма/Тау логопериодическая антенна буде вести себя как вариант А или как вариант В.

Интуитивно чувствовал, что так оно и работает. Спасибо.

[yurik82 18]

Ещё раз прорекламирую такую старую богом забытую программку как 4NEC2 (среди русскоязычных её славу забрала себе похожая программа MMANA)

Вот как просто в ней описать и посчитать базовую принципиальную схему ЛПДА (без пересчета в уже конкретную 3Д модель под конкретные материалы для производства).

7 пар элементов описываются всего 7 строками в табличке (всего 14 переменных - длины и позиции элементов)

 

Собирательная линии (на модели фиолетовая твин-линия) состоит из 6 сегментов о описывается 6 строками в табличке

В колонку Zo можно руками вписать любое желаемое значение.

 

Расчет в широкой полосе частот выполняется МГНОВЕННО (менее секунды). Нажал кнопку и сразу готовы графики

 

Так можно мгновенно прощупать принципиальную схему (какими будут графики ДН, Ку и КСВ при выбранных сигма/тау/N, как подогнать Zo линии.

Весь код такой модели это маленький текстовый файлик на 20 строк 1000 байт, который можно править прямо в Блокноте

Потом эту приницпиальную схему уже можно превратить в 3D модель под свои материалы, пересчитав какой должен быть зазор или шириниа полосковой собирательной линии, длины элементов для диполя с выбранными материалом и шириной вибраторов и т.д.

 

Также в такой программе очень просто и быстро (тоже мгновенно) можно посчитать стек из 2 или более ЛПДА, просто продублировав всю модель на некотором расстоянии.

 

Изменено 23 апреля пользователем yurik82

[Freesom 16]

4 hours ago, yurik82 said:

 

Потом эту приницпиальную схему уже можно превратить в 3D модель под свои материалы, пересчитав какой должен быть зазор или шириниа полосковой собирательной линии, длины элементов для диполя с выбранными материалом и шириной вибраторов и т.д.

А потом закрыть эту конструкцию более менее крепким и компактным радомом и удивиться как мгновенно (менее секунды) все эти результаты становятся филькиной грамотой

[uve 5]

Yrik82, Вы когда ни будь пробовали в НЕК или ММАНА посчитать волновое сопротивление двухпроводной линии?  Попробуйте сравнить результат с расчётом в HFSS или CST и сразу поймёте почему в этих прогах НЕК и ММАНА нельзя считать логоантенну.

[Alex_2015 0]

По поводу MMANA я читал и пробовал. У нее проблемы с расчетом двухпроводной линии с малой величиной волнового сопротивления. По этой теме даже находил большую статью в инете.

По этой причине и решил попробовать HFSS.

[Alex_2015 0]

20 hours ago, yurik82 said:

Для более "плотных" решеток (с бОльшим количеством пар элементов N на ту же длину L) собственные импедансы вибраторов ниже, и для получения того же результирующего Rвх собирательная линия надо чуть-более высокоомная

Вот здесь не совсем понятно. Если собственные импедансы будут ниже 50 Ом, предположим, 40 Ом, тогда собирательная линия должна иметь среднеквадратическое сопротивление больше, корень(40*50). Но ведь собственные импедансы могут быть и больше 50 Ом, тогда собирательная линия должна иметь сопротивление меньше. Я правильно понимаю?

Или для "плотной" решётки невозможно получить более 50 Ом. А ведь есть еще кабель и на 300 Ом симметричный (был во времена моей молодости). Правда пользовался на КВ и выше.

[yurik82 18]

12 часов назад, uve сказал:

Yrik82, Вы когда ни будь пробовали в НЕК или ММАНА посчитать волновое сопротивление двухпроводной линии?  Попробуйте сравнить результат с расчётом в HFSS или CST и сразу поймёте почему в этих прогах НЕК и ММАНА нельзя считать логоантенну.

Они это не умеют. Ни 4NEC2 ни ММАНА этого не могут в принципе.

в 4NEC2 можно задать виртуальную линию (в MMANA такого функционала нет), которой нет физически и которая не взаимодействует с моделью.

Zo этой линий Вы сами вписываете вручную.

По этой причине 4NEC2 можно считать логоантенну, но лишь при условии использования виртуальной линии.

Автор же просил сугубо академическую задачу "а можно прикинуть собственные импедансы без влияния линии"(антенна такого типа без линий физически существовать все равно не может)

 

При попытке перерисовать эту линию физическими проводами - получите абракадабру. И не только потому что двухпроводные линии не поддерживаются, а и потому что перпендикулярные стыки тоже не поддерживаются

 

Изменено 24 апреля пользователем yurik82