^Вверх

foto1 foto2 foto3 foto4 foto5


3G 4G LTE

CDMA

Wi-Fi

Антенны своими руками

3G-Aerial

Поиск на сайте

Сейчас на сайте

На сайте 193 гостей и ни одного пользователя

Вход на сайт

theory00Написать эту статью нас побудили некоторые комментарии на сайте, а особенно комментарии к нашим Android приложениям. Многие анонимы считают, что им достаточно ввести любые исходные данные в калькулятор и они получат готовую антенну на выходе. А когда они на выходе получают например диаметр провода в 60 мм, то возмущению нет предела. Дело в том, что калькуляторы - это не универсальные инструменты, они имеют определенные ограничения в применении. Чтобы понять как правильно ими пользоваться нужно прежде всего понять как вообще рассчитываются антенны…

Прежде всего необходимо отметить, что традиционные методы расчета электрических цепей с простыми формулами, типа закона Ома, для расчета антенн не годятся. Необходимо учитывать, что размеры антенны соизмеримы с длиной волны, а также интенсивный процесс излучения электромагнитной энергии в пространство. Эти два обстоятельства значительно усложняют теорию и методы расчета, т.к. для того чтобы определить конфигурацию поля излучения необходимо знать характер распределения токов в антенне, на который, в свою очередь влияет само поле излучения. Вот такой заколдованный круг ребята! В результате мы имеем дело с суровым матаном:theory01 И это довольно простой пример из теории, реальность намного суровее. Дело в том, что сама теория и методы расчета постоянно усложнялись по мере развития радиотехники.

  1. На первом этапе после изобретения радио использовались сверхдлинные и длинные волны с длиной волны, измеряемой километрами. При этом размеры антенн были намного меньше длины волны и для их расчета вполне себе годилась теория электрических цепей. Добавились только несколько новых понятий, таких как сопротивление излучения, кпд антенны. Такие антенны условно можно назвать “точечными”. Их с неплохой точностью можно рассчитывать просто как набор из сосредоточенных элементов - индуктивностей, емкостей, сопротивлений.
  2. В середине 20-х годов прошлого века началось активное освоение средних и коротких волн. Началось применение антенн, состоящих из вибраторов, длины которых сравнимы с длиной волны. Такие антенны условно можно назвать “линейными”. Для этого класса антенн потребовалось развитие теории, основанной на теории длинных линий и теории излучения комбинации линейных токов.
  3. Во второй половине XX века начал активно осваиваться СВЧ диапазон с применением антенн, у которых все три пространственных измерения сравнимы с длиной волны. Такие антенны условно назовем “объемными”. При этом теория перешла к еще более суровому матану. Расчет сводится к решению векторных волновых уравнений электромагнитного поля в комплексной форме при сложных начальных и граничных условиях. Причем решение таких уравнений аналитическим путем чаще всего невозможно. Необходимо применять численные математические методы с итерацией. К счастью подоспевшая цифровая революция значительно облегчила эту задачу. Появились программы, позволяющие автоматизировать эти рутинные сложные вычисления.

Среди радиолюбителей наиболее популярны бесплатные программы, основанные на ядре NEC - MMANA-GAL и 4NEC2. Эти программы работают с антеннами, представленными как набор линейных проводов. Причем проводов бесконечно тонких. Провода программно разбиваются на сегменты, в пределах которых плотность тока считается постоянной. Реальная толщина провода учитывается отдельным алгоритмом, однако такое упрощение приводит к некоторым ограничениям в расчетах, о которых многие забывают:

  • Диаметр провода не должен превышать 0.02λ;
  • Длина сегмента должна быть меньше 0.1λ;
  • Длина сегмента должна быть меньше расстояния между ближайшими проводами;
  • Длина сегмента должна быть больше диаметра провода;

Это неполный список, но из него понятно, что на ДМВ и тем более на СВЧ выполнить все эти требования не всегда удается. Другими словами программы на ядре NEC хорошо работают с “линейными” антеннами и разработчик должен понимать что он делает и внимательно следить за правильностью модели.


В профессиональной среде разработчиков СВЧ антенн наиболее популярны программы CST STUDIO и ANSYS HFSS. Они уже лишены подобных недостатков, поскольку, говоря просто, вместо “линии” работают с “плоскостью” и модели в них более реалистичны. Кроме того, они учитывают влияние диэлектриков и других материалов, что на СВЧ уже критически важно. Они более требовательны к ресурсам компьютера и в них тоже нельзя работать по принципу “ нажал кнопочку - получил ответ”. Разработчик должен иметь солидную теоретическую подготовку чтобы достичь желаемого результата.

theory02Как видим все профессиональные программы требуют, чтобы пользователь был “на ты” с электродинамикой и теорией антенн. Зная теорию, он должен сам создать реалистичную модель антенны, проверить ее на отсутствие косяков и ляпов. Программа только поможет рассчитать и оптимизировать характеристики антенны. Где уж там “нажал кнопочку - получил ответ”!  Я уже уверен, что вашей голове, уважаемый аноним, созрел вопрос: “Ну если уж все так сложно, как же работают ваши калькуляторы на сайте и в андроид-приложениях, не фейковые ли они?” А специалисты вообще однозначно и не глядя скажут, что любые “калькуляторы” - это фейк. Но это не так. Большинство наших калькуляторов базируются на уже рассчитанных компьютерных моделях и основаны на принципе масштабирования размеров относительно частоты. Большинство “линейных” проволочных антенн допускают такое действие в широком диапазоне частот. При этом меняются все пространственные размеры, включая диаметр провода. В программах MMANA и 4NEC2 есть даже соответствующие опции в меню. Ограничения наступают когда вы получаете “неудобные” размеры, типа упомянутого диаметра провода 60 мм. В этом случае очевидно нужна уже другая модель, с другими размерами и просто калькулятор не годится. Конечно же пересчитывать новые модели в симуляторах под все ваши хотелки мы не в состоянии, поэтому вопросы: "А что если я возьму другой диаметр (или форму) провода?", мы оставляем без ответа. Обращаем только внимание, что замена провода, либо листового металла на фольгированный стеклотекстолит без перерасчета в симуляторе совершенно не допустима. Некоторые антенны, например Wi-Fi “пушка” имеют в своем составе немасштабируемые элементы и допускают небольшое масштабирование, не более ±30% от частоты на которой была рассчитана модель (в данном случае 2400МГц). Пересчет дальше по частоте не гарантирует успех. Отдельные калькуляторы, например калькулятор антенны Yagi-Uda DL6WU используют проверенные методы, разработанные еще в доцифровую эпоху, но также основаны на принципе масштабирования.


В любом случае вы должны понимать, что вы делаете. Принцип “нажал кнопочку - получил лайк в карму” - это не наш принцип. Пересчитывая СВЧ антенну на КВ вы действительно получите фейк. Один из анонимов под ником “Мастер-Тюмень”, подбирая “научным тыком” размеры, упорно пытался рассчитать петлевой вибратор на 50 Ом для частоты 27 МГц. Получив на выходе ахинею, долго возмущался в комментах. А петлевой вибратор Пистолькорса - это, как никак, основы теории антенн.  Мы не можем поставить защиту на наши калькуляторы от таких “мастеров”. Поэтому вникайте в матчасть, ребята. Кто не хочет, мы не виноваты...

Ссылки по теме:

 

Последние коммы

  • Расчет баночной Wi Fi антенны
    • yurik82
      Вот мне и кажется что антенна по ссылке на Ютуб - это не баночная. Несмотря на внешнее сходство и ...
       
    • 3G-Aerial admin
      Это все понятно, yurik82. Просто я считаю, что "баночная антенна" - это антенна из консервной банки ...
       
    • yurik82
      Далеко не факт что по ссылке баночная антенна (визуально диаметр волновода равен 2 длинам штырька, т.е.
       
    • 3G-Aerial admin
      Непонятна причина по которой вы написали свою околесицу. По моему, вопроса по MIMO баночной антенне ...
       
    • yurik82
      были бы чертежи - я бы проверил в HFSS (и оптимизировал если они неточные). Антенна на ютубе выглядит ...

Рейтинг@Mail.ru