9-диапазонная вертикальная антенна

Сергей RW3XA, октябрь 2005

English version

Как правило, для работы вертикальной антенны на нескольких диапазонах, в вибратор антенны вводятся специальные конструктивные элементы для настройки антенны в резонанс на разных диапазонах. Эти  элементы могут быть сосредоточенными (LC, L, C, например, антенна Cushcraft R7000) или распределенными (шлейфы, линии, например, антенна GAP-Titan). Т.е. вибратор «разбит» на несколько частей между которыми и находятся те самые настроечные элементы, обеспечивающие резонанс антенны на рабочих диапазонах. Чем больше таких элементов, тем больше сложностей с их оптимальной настройкой, да и надежность конструкции в целом оставляет желать лучшего из-за того что вибратор «разрезан» изоляторами.  Конечно, за счет того что антенна является многорезонансной, для смены диапазона достаточно переключить диапазон в трансивере — просто и удобно, но не все так хорошо если ваши близкорасположенные соседи по хобби активны в эфире — шорохи и щелчки от сигналов соседей с других диапазонов являются обычным делом.

Многодиапазонную вертикальную антенну можно сделать и по совершенно другому конструктивному принципу:  излучающая часть антенны цельная и подключается к контуру,  согласующему импеданс антенны с фидером. Другими словами, входное сопротивление вибратора на любой частоте имеет комплексную величину, т.е. активную и реактивную составляющие, а  контур согласует (преобразовывает) комплексную величину входного сопротивления вибратора с активным сопротивлением фидера. Естественно, для оптимального согласования на каждый диапазон нужен отдельный переключаемый согласующий контур. Совмещенный многодиапазонный контур не лучший выбор — очень сложно добиться оптимального согласования (ведь для разных диапазонов и схемы согласования могут быть разные) и обеспечить необходимую добротность, соответственно, будет больше потерь чем при отдельном согласовании для каждого диапазона. Материалов о подобных конструкциях сравнительно мало (например, QST, ARRL), хотя они имеют некоторые достоинства перед другими  вертикалами.

Например:
  1. Механическая прочность вибратора из-за отсутствия изоляторов.
  2. Возможность и удобство оптимальной настройки КСВ на стыке антенна-фидер (т.е. настройка контура).
  3. Простота при установке за счет меньшего веса практически «голой» трубы (если не считать короткой емкостной нагрузки вверху в моем случае).
  4. За счет переключаемого резонанса вибратора, улучшается подавление вне диапазонных сигналов на прием и гармоник на передачу.
Как это ни странно звучит, но данная антенна является реализацией идеи использования любой «железяки» в качестве КВ антенны. 🙂 Конечно в данном случае я не имею ввиду совсем крайние случаи, например, телескопическую антенну длинной 1 метр от бытового радиоприемника, раскачанную от ГТ321А до свечения неонки, хотя, в начале 80-х подобный опыт был (может кто помнит радиолюбительское троеборье РЛТ и CW тест на 3.5МГц?)…   Итак, в данном случае я хотел бы поделиться конкретными результатами того что в итоге получилось. Безусловно, это не панацея и полноразмерная одно диапазонная антенна может работать и лучше, но в ряду многодиапазонных антенн, а речь идет об антеннах на 9 КВ диапазонов, на мой взгляд, данная конструкция явно заслуживает внимания, особенно для тех у кого нет возможности установить что-нибудь солидное, а с DX работать хочется. Естественно, под «любой длинной» подразумевается разумная длина при которой теоретический КПД на наименьшей частоте (1.8МГц) будет хотя бы несколько десятков процентов, т.е. общая длинна должна быть хотя бы метров 10. Далее, с помощью отдельного LC контура для каждого КВ диапазона, антенна согласуется с 50-омной активной нагрузкой, т.е. 50-омный фидер может быть произвольной длинны. Т.е. получается такая блок-схема антенной системы: антенна — блок согласующих переключаемых контуров — фидер. Антенна вертикальная, без трэпов, шлейфов и подобных согласующих (и ненадежных) элементов в вибраторе. Образно говоря, просто вертикальная труба. А для некоторого электрического удлинения использована простая, ненастраиваемая емкостная нагрузка вверху вибратора. В общем, исходя из того какие трубы были в наличии на момент изготовления (а это было еще в 1996 году), общая длина получилась около 13 метров. Отмерено шагами :-), а для проверки идеи точнее и не надо было! Только через пару лет при замене растяжек и по просьбе друзей, измерил точную длину антенны, получилось 12.85 м. По большому счету, конкретная длина не критична — все можно согласовать контурами. Однако, надо иметь в виду, что даже сравнительно небольшое изменении общей длинны антенны (см. ниже) может повлиять на настройку согласующих контуров и даже на схему их включения, в итоге настройка может получится достаточно трудоемкой и длительной. Именно для того чтобы упростить  настройку, минимизировать мучительные творческие изыскания при согласовании, поделиться реальными результатами и написан этот материал.

Конструкция.
5 метров самой нижней трубы (см. рис.1)  — диаметр 50мм, далее 5 метров диаметр 40мм, 2м -диаметр 20мм, 85см -диаметр 10мм. Все трубы из дюралюминия, общая длинна 12. 85м. На расстоянии 2.85м от верхнего конца антенны, т.е. на стыке 40мм и 20мм труб, закреплены (и гальванически соединены с вибратором) 4 провода емкостной нагрузки из 3мм медного канатика длинной по 1.4 метра. На концах проводов установлены изоляторы к которым крепятся 4 капроновые растяжки верхнего яруса. Нижний ярус (тоже из 4 растяжек) расположен на уровне 5 м от основания. К торцу нижней 50мм трубы жестко прикручен керамический изолятор, который соединен с втулкой опирающейся на стальной шарик диаметром 10мм (см. рис.2). Т.е. получается, что вся антенна стоит только на этом шарике.

Рис.1. Общие размеры антенны.		Рис.2. Конструкция опорного узла.

Очень похоже на конструкцию обнинской Высотной метеорологической мачты (ВММ310), которая введена в эксплуатацию в 1959г.

, имеет высоту 310м, и шарик там всего 30 см диаметром. Достоинство данного решения в том, что за счет шарика к керамическому изолятору прилагается только безопасное усилие на сжатие, а не на изгиб, соответственно, в вертикальной трубе антенны весьма эффективно гасятся механические резонансы и вибрация от ветровой нагрузки. К основанию подключены 8 противовесов (4шт. длинной 20м, 4 шт. длиной 10м), а также и контур заземления проходящий по крыше 9-этажного жилого дома. У основания антенны установлен блок согласования, представляющий из себя герметизированную металлическую коробку размерами 390x250x120 мм, в которой находятся 8 штук двух обмоточных реле типа «хлопушка». Реле установлены якорем вниз, т.е. в неактивном состоянии якорь свободно висит между замыкаемыми контактами. Управление на реле подается по 8-ми жильному кабелю UTP (витая пара для локальной сети) от двух полярного источника питания 24V/1A (лучше если будет 27V). Для повышения электрической прочности к наведенному электричеству все схемы согласующих LC контуров выполнены с гальваническим связью антенны и фидера с землей. Для согласования диапазонов 14 и 21 МГц используется один и тот же контур, поэтому левая замыкающая группа реле Р5 (см. схему) используется для переключения фидера на другую антенну. Фидер с волновым сопротивлением 50 Ом может иметь произвольную длину.

Рис.3. Схема блока коммутации диапазонов.

Рис.4. Конструкция блока коммутации (фото)

 

Намоточные данные катушек индуктивности.
L	внутренний  диаметр каркаса мм	диаметр  провода  мм	длина  намотки  мм	количество  витков	отвод
L1*	35	4	45	7. 5	3
L2*	35	4	55	8	4.5
L3	40	1.8	в/в	47	—
L4	40	1.8	в/в	35	6/11
L5	36	2. 5	52	18.5	8.5
L6*	35	4	55	9	8.5
L7	32	2.5	50	13	4.5
( * бескаркасная намотка, в/в — виток к витку)

 

Настройка.
Настройка антенны, а точнее согласующих контуров, производилась с помощью анализатора AEA HF SWR Analyst и трансивера Yaesu FT-990AC с приоритетом в CW участках КВ диапазонов. . Анализатор использовался для общей, визуальной настройки и подбора схем включения контуров. Надо иметь ввиду, что анализатор производит измерения при очень маленькой мощности и, соответственно, чувствителен к эфирным сигналам, что может проявляться в хаотических искажениях диаграммы КСВ. Трансивером проверялись итоговые настройки КСВ, но они только подтвердили то, что было настроено с помощью анализатора. Измерения КСВ после фидера (т.е. уже внизу) дали те же зависимости по диапазонам, а уровень КСВ не изменился или стал еще ниже (примерно на 0.1) за счет потерь в кабеле. КСВ всегда можно настроить в «1», зависит от кропотливости и потраченного времени. В моем случае уровень КСВ до 1.1-1.2 показался вполне достаточным на момент настройки, с расчетом «потом настрою еще лучше», но «потом» почему-то так и не наступило 🙂

Результаты.
Опыт эксплуатации показал (работаю на такой антенне на всех КВ диапазонах с 1997г.), хотя теория и пугала невысокой эффективностью (особенно на 1. 8) и сравнительно высокими лепестками в вертикальной плоскости (на 18МГц и выше), но на практике оказалось все даже очень не плохо! Хотя, давать объективную оценку качеству работы всенаправленной антенны достаточно сложно,  т.к. в этом участвует много факторов, например: прохождение, мощность передатчика, опыт оператора и т.п.. Но те кто принимал участие в охоте за DX до середины 2004г (т.к. c этого времени я пока не активен в эфире по независящим от HAMRADIO причинам), наверняка вспомнят мой позывной и это было бы более весомо чем моя субъективная оценка… Прямое сравнения с другими антеннами в моем случае невозможно, т.к. она у меня всего одна. Однако, косвенные сравнения при работе с DX говорят о достаточно высокой эффективности на всех КВ диапазонах. На эту антенну и 100W (это 90% QSO, остальные с помощью 3хГУ50 и только на 3.5/7/14Mc) c 1997 и до 2004г. сработано 325 стран по DXCC, из них 322 CW. Здесь можно посмотреть часть QSO из лога. На НЧ диапазонах ближняя зона явно ослабляется (в сравнении с соседями). Особенно была заметна разница при косвенном сравнении c R7000+, совсем не в пользу последней. Несколько раз, во время выезда в полевые условия, блок согласования снимался с крыши и подключался к антенне с аналогичными размерами, но из труб меньшего диаметра (примерно в 1.5. раза меньше). Антенна устанавливалась на земле с изолятором и такими же 8-ю радиалами. Относительно антенны установленной на крыше, КСВ изменялся максимум на 0.2-0.3 и то за счет незначительно сдвига КСВ по частоте. Графики значений КСВ антенны (установленной на крыше 9-эт. панельного дома) на различных КВ диапазонах приведены ниже. При приеме, ослабление сигналов  на других диапазонах (т.е. если антенна включена  не на «свой» диапазон)  составляет в среднем 10-20дб, и эта дополнительная фильтрация очень даже пригодилась: значительно снижалась помеха от моего соседа RA3XO, работающего на соседнем диапазоне на вертикальную антенну находившуюся в 12м от моей. Такая же по принципу антенна, но высотой около 18м для повышения эффективности на НЧ диапазонах, используется у RW3XW. При этом, естественно, параметры LC контуров получились совершенно другие.

Рекомендации.
1. В процессе эксплуатации (через год, два) стал проявляться эффект отсутствия приема на некоторых диапазонах. Именно «на прием», т.к. после передачи даже одной короткой точки (на минимальной мощности) все встает на свои места… Оказалось, что причиной является окисление открытых посеребренных контактов реле. Замена на реле того же типа, но с другим покрытием, уменьшает вероятность этой проблемы процентов на 90 и тем не менее «редко, но бывает». В этой связи, желательно вместо открытых реле использовать вакуумные замыкатели, например В1В.
2. Т.к. конденсаторы подключены к «горячим концам» согласующих контуров, то при передаче на них может присутствовать весьма значительное напряжение (примерно до 1KVpp при 100-200W). Мною использовались конденсаторы КВИ (импульсные, реактивная мощность для них не нормируется) на напряжения 5-10KV. При таком запасе по напряжению, КВИ достаточно стабильны, а при номинальных напряжениях  могут значительно греться и, соответственно, доставить массу хлопот, т. к. КВИ это импульсные и не подходят для мощностей более 500Вт…  Если предполагается излучение большей мощности, то рекомендуется ставить только конденсаторы К15-У с соответствующей реактивной мощностью (КВар) и запасом по напряжению (не менее 1.5).
КСВ по диапазонам.

        

P.S.
Применительно к HAMRADIO, любая антенна (впрочем, как трансивер, PA, компьютер) является всего лишь инструментом для проведения QSO. Инструмент может быть эффективным или «не очень», японским или самодельным и т.д. (кому что нравится), но сам по себе он не является определяющим фактором! Эти «железки» могут только повысить эффективность работы оператора, но никак не заменить его. И даже в цифровых RTTY и PSK, уж про CW и не говорю, именно оператором определяется что, где, когда и как, хотя непосвященному и кажется что все делает компьютер. А тех операторов у которых в шеке главным является «железо», пусть и достойное, очень даже хорошо «слышно». В смысле, «уши мои бы не слышали..». Давайте гармонично совершенствовать и аппаратуру и свою квалификацию как оператора, ведь в этой гармонии и есть смысл HAMRADIO! 

Комментарии

Антенны. Delta Loop (или антенна треугольник или простая многодиапазонная антенна или Антенна КВ Дельта) Вертикальный треугольник на 40 метров

Относится к петлевым (рамочным) антеннам, также как и квадраты. Периметр антенны примерно равен длине волны. Применяется на всех КВ диапазонах. Конструкции в основном отличаются подвесом антенны и точкой питания. Эффективность антенны напрямую зависит от площади (идеальна окружность, но её сложно выполнить), поэтому равнобедренный треугольник будет предпочтителен. Тем не менее, допускается любая форма антенны в зависимости от конкретных условий.

На низкочастотных диапазонах в основном используют “ленивые дельты” (т.е. подвешенные почти горизонтально), а на высокочастотных диапазонах в основном применяют вертикальные или наклонные «дельты». Низкочастотные «дельты» работают на кратных диапазонах за счет возбуждения на гармониках. В тоже время, основное излучение горизонтальных “дельт” на “основной” нижней частоте направленно вверх, что не слишком благоприятствует DX. Но на высших гармониках лепестки диаграммы прижимаются к земле.

Однако свойства «дельты» сильно зависят от конкретного размещения и конструкции (особенно низкочастотные), поэтому имеют много противоречивых отзывов.

Вертикальные дельты

Наилучшим для DX местом питания дельты является нижний угол. Однако при низком расположении антенны углом вверх, питание лучше осуществлять через боковые углы. В этом случае больше излучение с вертикальной поляризацией.

Вертикальная дельта выгодно отличается от диполя и GP. По сравнению с диполем при одинаковой высоте у вертикальной дельты большая часть излучения идет под низким углом к горизонту. По сравнению с “вертикалами” дельта проще в изготовлении, т.к. не требуется сложная система противовесов.

Входное сопротивление антенны зависит от точки питания и колеблется в пределах 60-300 Ом. При высоком входном сопротивлении питание осуществляется через согласующий трансформатор. Питание однодиапазонных антенны можно осуществлять через четвертьволновый трансформатор (Q-согласование), между антенной и 50-омным кабелем включают четвертьволновый отрезок 75-омного кабеля.

Горизонтальные дельты

Фактически, это квадратная , превращенная в треугольник. За экономию оттяжки приходиться платить меньшей эффективностью, т.к. площадь антенны меньше.

Горизонтальная (ленивая) дельта на 80 м достаточно популярная . Её часто устанавливают между многоэтажными домами. На 80 м диаграмма направленности представляет собой горошину, т.е. основное излучение направлено вверх. Такую антенну можно возбуждать на четных гармониках, т.е. 40, 20 и 10 м. Причем с увеличением частоты лепестки диаграммы направленности прижимаются к земле.

Одной из главных проблем при настройке такой антенны становится выбор точки питания и согласование с фидером. Чаще всего, в качестве согласующего устройства применяют широкополосный трансформатор. Однако следует учесть, что входное сопротивление дельты сильно зависит как от точки питания, так и от расположения в пространстве.

Замкнутые проволочные антенны на КВ широко применяются радиолюбителями всех стран и национальностей. Это связано с их неоспоримыми достоинствами (которые вы несомненно знаете раз читаете эту статью, а если нет то легко найдете их на просторах паутины). Я же хотел поведать свою историю создания антенны Delta Loop, т.к. столкнулся с некоторыми трудностями при ее построении и считаю, что мой опыт может кому-нибудь пригодится.
Сделать антенну Delta Loop своими руками не сложно, как говорил один знакомый, это займет полчаса с двумя перекурами по 15 минут. Начнем с того, что определим диапазоны работы и место подвеса антенны. В мое случае необходим был диапазон 80 м. (3,5 мГц) и соответственно периметр антенны должен быть порядка 80 м. Подвес рассматривался только с балкона (спасибо соседям, живущим на последних этажах — излучение и все такое) под балконом имеется одноэтажное здание на крыше которого можно закрепить два нижних угла антенны. Треугольник как токовой не получался, поэтому правильнее назвать мою антенну «многодиапазонный неправильный параллелепипед».
Ну, начнем подбор материалов. Нам понадобится: 43 метров полевки (двойной), два ВЧ разъема (папа и мама), два ферритовых кольца 300-500 НН, капроновая веревка, 2 клемника и наконец распаичная коробка. Из колечек делаем симметрирующее устройство, а полевку разматываем в 2 бухты одинарного провода рис. 2

Рис. 1

Рис. 2

Полевку соединяем в один длинный провод (так чтобы не запуталась при размотке) как написано в как соединять полевку . А симметрирующее устройство и кейсовую часть разъема устанавливаем в распаичной коробке как показано на рис. 3.

Рис. 3
Ну собственно подготовка закончена, теперь приступаем ко второй стадии установка антенны. Растягиваем наши 86 м. (43 м+43 м) полевки таким образом, чтобы формой вся конструкция максимально напоминала равносторонний треугольник (у меня получилось не очень). Растягиваем это дело при помощи простой капроновой веревки (можно конечно применять изоляторы разного рода, но я просто привязывал веревку к полевке). Примерная схема моей «растяжки» на рис. 4

Рис. 4
Закрепляем на стене дома распаичную коробку с симитрирующим трансформатором в месте запитки антенны Рис. 5. Я запитывал антенну через один из верхний углов параллелепипеда.

Рис. 5

Ну собственно теперь третья стадия настройка. Настраиваем антенну путем уменьшения общего периметра антенны. Я настраивал при помощи измерителя АЧХ х1-47 и направленного ответвителя (спасибо Володе «Обручу»). Но можно изготовить простейший измеритель напряженности поля и настраивать по максимальному наводимому току на измерительной антенне. Процесс такой настройки описан в стать как настроить антенну без сложных измерительных приборов. А сейчас вернемся к результатам настройки. В общем то считаю достаточным просто предоставить Вам получившиеся графики. Смотрим рис 6 и рис. 7.

Рис. 6

Рис. 7

Вот такая конструкция у меня получилась. Работой антенны доволен, различий с Delta Loop правильной формы пока не заметил (была пока с соседями не поругался). В общем удачной Вам постройки и дальних QSO.
RK3DBU 73!

Category: Радио ← Симметрирующий трансформатор сопротивления на ферритовых кольцах (Balun) Как соединять полевку →

9 thoughts on “Delta Loop (или антенна треугольник или простая многодиапазонная антенна или Антенна КВ Дельта) ”

1. Юрий,UB6AFC

   Мучаюсь с аналогичной антеной,вот уже почти год.Конечно не каждый день,но если посчитать,-то месяца два из года.Начитался в интернете о отличных результатах работы Дельты 80м диапазона.Бьюсь с ней и так и сяк,но достичь желаемого КСВ,так и не могу.Выполнил из толстого полевика П-268 в одну жилу.Провод крепкий,легкий и сравнительно дешевый.Но я первоначально неучел его коэффицыэнт укорочения!Ведь он имеет отличное от меди сопротивление!Да и изоляцыя помоему вносит кое какие коррективы.Построил равносторонний треугольник в частном секторе мачта одна -15м.Угол получился примерно 45,как и было рекомендовано.Кабель 28метров,РК-50 Подольский 10мм по наруже,потом по ходу урезал до 27м20см. Полевик с имеющихся 86м,укоротился на 79м50см.Резонанс получил на 3,680Мгц.КСВ 1,8 сопротивление 86ом.Соорудил четвертьволновый трансформатор из кабеля 75ом длиной 13,90м.Резонанс 3,730 КСВ-1,56 сопротивление 51ом,реактивка+ 32.И что делать дальше?Не знаю.Отвечают,слышу вроде неплохо,по хорошему прохождению!Может кто поможет?Кто то уже прошел такое?Буду очень признателен.Юрий,UB6AFC/73!!!

2. RK3DBU Post author

   Приветствую UB6AFC!
   Многие всю жизнь мучаются с антенной и не получают желаемого результата, так что год это цветочки 🙂
   По мне, так описанный Вами результат вполне неплох, КСВ 1.8 для многодиапазонной КВ антенны это норм.
   Как следующий шаг, я бы попробовал заменить четверть волновой трансформатор на симметрирующий на ферритовых колечках, мне такое решение понравилось больше!
   Удачи Вам!

3. Кулдыбек

   Антенну вертикальный Delta loop лучше запитывать с нижнего угла используя 1/4 волновую двухпроводную линию как советует EW8AU. При этом проще согласовать с кабелем РК-50 или РК-75 любой длины. Поляризация вертикальная,также присутствует излучение в горизонтальной плоскости. Первоначально антенну надо настроить на частоту резонанса с помощью линии (кабеля РК-50/75)кратной полволны с Ку. А потом только включать двухпроводную линию.Точку включения кабеля искать передвигая кабель по двухпроводной линии по КСВ-минимум.При таком соглосовании очень легко добиться КСВ-1.Это проще чем использовать всякие трансформаторы или искать где же находиться R.вх. антенны под R.кабеля питания.Проверено на практике. Антенна прекрасно работает.Всем удачи и 73! БЕК. UN7TX.

4. Кулдыбек

   Всем добрый день.Простой вариант согласование однодиапазонной вертикальной антенны Delta loop предложил EW8AU с помощью двухпроводной четвертволновой лилии.При этом не надо искать где же находиться R.вх.антенны,чтобы подогнать под сопротивление кабеля.Первоначально надо настроить антенну на нужную частоту,а потом включить двухпроводную линию и искать точку согласования с кабелем передвигая кабель по линии. Простой способ соглосования и всегда можно добиться точного соглосования антенны с кабелем РК-50 или РК-75. Запитка антенны с нижнего угла.Не надо морочить голову всякими трансформаторами и т.д. Высота подвеса антенны не играет роли так как соглосование можно подкорректировать.Работает с вертикальной поляризацией,также имеет небольшое излучение с горизонтальной поляризацией.Проверено на практике.Всем удачи.73! БЕК.UN7TX

В этой статье уделено внимание антеннам для многодиапазонного варианта и расположенным при низкой высоте подвеса, а также устройствам для их согласования с кабельным хозяйством со стандартными коаксиальными кабелями распостранненными применяемыми у радиолюбителей типа РК50 и РК75.
На рис.1 показана антенна «Дельта» верхний край которой находится на высоте всего 17 метров.

Для согласования антенны и получения ее многодиапазонности применена согласующая лесенка длиной — 10,3 метра и шириной в 10 см, материал из которого выполнена антенна и лесенка — медный провод диаметром 1,5 — 2,0 мм. Для согласования лесенки с кабелем РК50 применен балун из кабеля РК75 имеющий — 10 витков кабеля расположенных виток к витку диаметром — 20 см, общая длина отрезка кабеля равна — 6,95 м. Антенна прекрасно работает на диапазонах 80-40 метров. При пересчете может работать с такой системой согласования и на других диапазонах.
На рис.2 показана антенна «Дельта» которая согласована с коаксиальным кабелем РК50 при помощи согласующего трансформатора с соотношением входного и выходного сопротивлений 1:4.

рис.2

Количество витков данного трансформатора по 7 витков каждой из обмоток отвод сделан от середины. Схема соединения обмоток показана на рис.2. Антенна подвешена на высоте 18,3 метра.
Антенна приведенная на рис.3 располагается горизонтально поверхности земли и имеет форму квадрата с равными сторонами.

рис.3

Данной антенне характерна низкая высота подвеса, что позволяет ее применять там где нет возможности подвешивать антенны не вертикально и не под углом. Входное сопротивление антенны из-за низкой высоты подвеса имеет разное сопротивление на диапазонах, что затрудняет ее применять, как одну антенну во многодиапазонном варианте , но для каждого диапазона сделанная антенна и согласованная по предлагаемой схеме прекрасно работает, но ей естественно присущи все минусы низко расположенных антенн.

На Интернет форумах для формирования излучения с вертикальной поляризацией в основном обсуждается запитка «дельты» в «нижний» (от земли) угол

или на расстоянии L/4 от «нижней» точки В, т.е. вблизи земли.

На рисунках 1 и 2 в точках Б и Г пучность тока, в точках А и В — пучность напряжения.

Такое решение антенны я сразу отверг: антенна и так установлена низко, а при такой запитке основное излучение происходит вблизи земли. К тому же, запитывать антенну так, как показано на рис.2, следует разве что с 9-этажки — ведь желательность размещения кабеля перпендикулярно полотну антенны никто не отменял, причем хорошо бы, чтобы и радиостанция находилась на 9-м этаже.

Известно, что наибольшая интенсивность электромагнитного излучения находится вблизи пучности тока: «мощность излучения отрезка провода антенны пропорциональна квадрату тока в этом отрезке», т.е. мощность излучения в каждом отрезке провода антенны — разная, максимальная — в пучности тока.

Для антенны, показанной на рис.1, пучность тока в точке Б находится в самом низу, а для антенны на рис.2 — чуть выше нижней части антенны, что не так уж и плохо. Тем не менее, для низковисящей «дельты» и этот вариант не подходит.

Опираясь на эти рассуждения, решил изготовить антенну с запиткой в верхней части на расстоянии L/4 от верхней точки В (рис.3).

Фактически, это «перевернутая» антенна, показанная на рис 2.

На рис.3 хорошо видно, что пучности тока (точки Б и Г) располагаются на большей высоте, а значит, максимум излучения происходит довольно далеко от
земли, что очень важно при небольшой высоте подвеса антенны. К тому же, при такой конфигурации облегчается почти перпендикулярный подвод кабеля к полотну антенны.

При 10-метровой высоте подвеса верхнего полотна получилась неплохая двухдиапазонная (40 и 20 м) антенна, установленная под наклоном, т.к. сделать ее полностью вертикальной при такой высоте подвеса невозможно. Нижняя точка антенны находится буквально в метре от земли, однако это практически не сказывается на эффективности излучения.

Здесь нужно отметить, что местоположения пучностей тока и напряжения, указанные на рис 1-3, справедливы для антенны диапазона 40 м. В диапазоне 20 м в антенне укладываются» 2 волны, пучностей тока и напряжения будет по 4, поэтому поляризация получаете комплексная — вертикально-горизонтальная.

Полотно антенны изготовлено из медного провода диаметром 2 мм в эмалевой изоляции. Дельта представляет собой равносторонний треугольник со сторонами 14,34 м, периметр — 43,02 м. Расстояния между точками А, Б, В и Г (рис. 3) равны и составляют по 10,75 м. Расстояние от узла запитки Б до верхнего угла — 3,58 м. С такими размерами резонансные частоты антенны — 7040 и 14100 кГц, пучности тока Б и Г оказываются напротив.

При соблюдении этих пропорций, в некоторых направлениях антенна может иметь определенное усиление. При необходимости удобно укорачивать нижний угол, уменьшив отрезок 3,58 м. например, до 3,50 м. Небольшая неточность расположения точек Б и Г по горизонтали не приводит к заметному ухудшению работы антенны.

От балуна в точке запитки пришлось отказаться, т.к. она подвергается ветровым нагрузкам. Поэтому в точке запитки вместо тяжелого балуна на кабеле установлены 5 ферритовых «защелок» RF-130S. По этой же причине пришлось отказаться и от какого-либо согласования в узле запитки. Экран кабеля подключен к верхней части антенны, центральный провод — к нижней.

Наиболее актуальные характеристики антенны (полное входное сопротивлении и КСВ) снимались анализатором АА-ЗЗОМ с помощью полуволнового повторителя, изготовленного из коаксиального 50-омного кабеля длиной 14 м. В диапазоне 7 МГц активное входное сопротивление составило 120 Ом, в диапазоне 14 МГц — 140 Ом. Из-за недостаточной высоты подвеса имеется реактивная составляющая входного сопротивления, поэтому в диапазоне 7 МГц КСВ=3,0; в диапазоне 14 МГц — 4,0.

В такой ситуации было принято решение снизить КСВ, применив согласующий отрезок 75-омного кабеля. Комбинируя подключение коротких отрезков такого кабеля длиной 10 см, 20 см, 30 см, 50 см, 1 м, 2 м, 3 м, 3.5 м снабженных дешевыми телевизионными разъемами, после полуволнового повторителя выяснилось, что в диапазоне 7 МГц требуется отрезок кабеля длиной 6,9 м, в диапазоне 14 МГц — 3,5 м, что позволило получить в диапазоне 7 МГц КСВ=1,2; в диапазоне 14 МГц — 1,5.

В итоге, было решено непосредственно к антенне подключить отрезок 75-омного кабеля длиной 3,5 м, а уже к нему — 50-омный кабель длиной 8,6 м (всего 14,1 м). К сожалению, из-за неточного выбора длины полуволнового повторителя (она была определена расчетным путем) в диапазоне 7 МГц КСВ составил 2,0; в диапазоне 14 МГц — 2,3. Это не так уж и плохо-при КСВ до 3,0 вся мощность уходит в антенну. Тем более, что повышенный КСВ имеется лишь в кабеле длиной 14 м.

Кабели имеют диаметр 10 мм и многожильный центральный проводник. К месту соединения кабелей примотан пластиковый угольник длиной около 15 см, обрезанный по диаметру кабелей, что обеспечивает надежность соединения при ветровых нагрузках.

Внизу ничто не препятствует установке токового балуна, снабженного разъемами, который окончательно отсечет возможные синфазные токи.

Фактически, СУ на 7 МГц может работать в диапазонах от 1,8 до 15 МГц. В СУ на 14 МГц применена катушка из медной трубки диаметром 6 мм (1+2+4+4 витка, всего 11 витков), и оно может использоваться в диапазонах 7-29 МГц.

Если вместо последних 4 витков намотать 8 (всего витков будет 15), то, в принципе, СУ будет работать начиная с 3,5 МГц, а возможно, и с 1,8 МГц (следует проверить практически). Ввиду простоты изготовления, мною было изготовлено 3 таких СУ. В результате, после согласующих устройств полоса частот без реактивной составляющей составила 400 кГц на 40-метровом диапазоне и 380 кГц в диапазоне 20 м.

Такое согласование было сделано с целью максимально возможного снижения потерь в 50-метровом коаксиальном кабеле, который подключен ко второму антенному коммутатору. В двух местах на этом кабеле установлены по 20 ферритовых «защелок». КСВ в длинном кабеле, подключенном к выходу согласующего устройства, — около единицы. Согласующие устройства на сосредоточенных элементах вполне можно заменить дополнительными отрезками 75-омного кабеля, длины которых придется подобрать.

Антенну можно упростить, если она будет работать на одном диапазоне. В таком варианте длина 75-омного отрезка кабеля, подключаемого к полотну антенны, составляет 3,5 м в диапазоне 14 МГц и около 7 м — в диапазоне 7 МГц. Согласующее устройство можно установить в помещении радиостанции или вовсе обойтись без него.

Есть еще один вариант: запитать антенну только 75-омным кабелем (например, РК75-4-11). Именно так она использовалась в полевых условиях с полуволновым повторителем (около 28 м) и переключателем на 9 диапазонов. В сентябре 2013 г. мы с Сергеем, RW9UTK, работали в полевых условиях из сравнительно редкого RDA-района КЕ-21. Антенна работала на двух диапазонах и была установлена на 12-метровой высоте на двух стеклопластиковых трубах. Работала антенна отлично — в иные моменты мы узнали, что такое pile-up.

Там, в поле, анализатором АА-ЗЗОМ были измерены некоторые характеристики антенны, которые вследствие более высокого подвеса оказались заметно лучше, чем у антенны, установленной на 10-метровой высоте. В диапазоне 40м реактивной составляющей не было совсем, Rвх=141 Ом, КСВ=1,91, полоса по уровню КСВ=2,0 — 80 кГц, по уровню КСВ=3,0 — 300 кГц, активное сопротивление сохраняется в полосе 800 (!) кГц. В диапазоне 20 м реактивная составляющая также отсутствовала, Rвх=194 Ом, КСВ=2,56, полоса по уровню КСВ=3 — 620 (!) кГц, активное сопротивление сохраняется в полосе 630 (!) кГц.

Согласование производилось с помощью самодельного СУ, к которому подключался 75-омный кабель. Применение согласующего устройства позволило получить на обоих диапазонах КСВ=1,0 в 50-омном кабеле, соединяющем СУ с трансивером.

Широкая полоса рабочих частот без реактивностей — это замечательное свойство замкнутых антенн. Нет необходимости перестраивать СУ в пределах любительского диапазона-достаточно настроить его в одной точке. При этом СУ может находиться достаточно далеко от трансивера.

В поле в качестве полотна антенны мы применили полевой сдвоенный провод П-274. Этот провод в полиэтиленовой изоляции имеет определенный коэффициент укорочения, поэтому периметр антенны получился несколько меньшим, несмотря на большую высоту подвеса, чем дома, и составил 42,70 м.

Здесь также был равносторонний треугольник со стороной 14,23 м. Расстояния между точками А, Б, В и Г также равны и составляют по 10,67 м. Расстояние от узла запитки и до верхнего угла — 3,56 м.

Некоторые проблемы возникли с балуном, который входит в состав универсальной линии: для передвижения полотна антенны были использованы пластиковые круги от игрушки пирамида, и балун несколько сместился вниз от запроектированной точки (3,56 м от верха). Несмотря на это, антенна работала просто великолепно, т.к. на 12-метровых трубах она была установлена почти вертикально.

Планируется переместить балун в начало линии, снабдив его разъемами,. чтобы сохранить защиту от синфазных токов. Кроме того, на кабель, лежащий на траве, можно надеть ферритовые «защелки» или пропустить несколько раз через ферритовое кольцо — кабель диаметром 7 мм вполне это позволяет.

Также планируется испытать антенну в полевых условиях, но уже на высоте 16 м Опять будут применены стекпопластиковые мачты. Антенна будет установлена вертикально. О результатах испытания непременно сообщу.

Угловая высокопроизводительная многодиапазонная RTK GNSS активная четырехспиральная антенна

Информация

Лидеры продаж

Ссылка: ЭЛТ0031

Марка: ЭЛТЕХС

NEO-M8N Плата приемника GPS GNSS с SMA и мини-USB для БПЛА, роботов

0 отзывов&nbsp

NEO-M8N Приемник GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, QZSS и SBAS Модуль EVAL USB, I2C, UART с антенным разъемом SMA и mini USB. ОБЪЕМ ПРОДАЖИ

 Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

Ссылка: ЭЛТ0087

Марка: ЭЛТЕХС

Плата приемника ZED-F9P RTK GNSS с базой SMA или ровером

3 Отзыв(а)&nbsp

ZED-F9P Высокоточный приемник GNSS Модуль EVAL USB, I2C, UART, SPI с антенными разъемами SMA. Работа базы или вездехода. ОБЪЕМ ПРОДАЖИ

 Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

Ссылка: ЭЛТ0032

Марка: ЭЛТЕХС

Плата приемника NEO-M8T TIME и RAW с SMA (готовность к RTK)

1 отзыв(а)&nbsp

NEO-M8T Модуль GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, QZSS и SBAS RAW и синхронизатор EVAL USB, I2C, UART с антенными разъемами SMA. РТК готов. ОБЪЕМ ПРОДАЖИ

 Быстрый просмотр

Все лидеры продаж 



 

Ссылка ELT0152
• Больше информации
• Спецификации

Описание

Это наклонная активная многочастотная высокоточная антенна GNSS для диапазонов GPS L1/L2, Glonass G1/G2, Beidou B1/B2/B3, Galileo E1/E5B. Антенна предназначена для приложений, требующих большей точности, чем могут обеспечить антенны только L1. Антенна построена по технологии спиральной структуры, обеспечивающей исключительное управление диаграммой направленности, чистоту поляризации и высокую эффективность в компактном форм-факторе.

Он оснащен встроенным разъемом SMA и прочными автомобильными компонентами со степенью защиты IP67. Эта антенна идеально подходит для приложений, требующих минимальных усилий по интеграции, или для модернизации существующих продуктов. Антенна оснащена угловыми разъемами SMA.

Характеристики пассивной антенны

Частота:	1192–1231 МГц (L2, B2, G2, G3, E5B)	1559–1606 МГц (L1, E1, B1, B1–2, G1)
Максимальная эффективность	46%	49%
Поляризация	РХКП	РХКП
Реализованная прибыль	1,1 дБ	0,5 дБ
Осевое отношение	Макс. 1,2 дБ у Zenith	Макс. 0,9 дБ у Zenith
КСВ	Макс. 2:1	Макс. 2:1
Ширина луча	135˚	125˚
Горизонтальное покрытие	360˚	360˚

Изменение фазового центра

В азимутальной плоскости	Макс. 10 мм
Высота до 40 градусов	Макс. 10 мм
Между образцами	Макс. 5 мм
Превышение диапазона частот	Макс. 10 мм

Радиочастотные характеристики

Кондуктивное усиление	30 дБи при 1227 МГц (тип.) 28 дБи при 1575 МГц (тип.) 28 дБи на частоте 1602 МГц (номинал)
Шум Рисунок	1,5 дБ тип., 2 дБ макс.
Напряжение	от 3,0 до 18 В
Текущий	45 мА макс.
Отклонение вне диапазона	40 дБн
Изменение групповой задержки	Менее 5 нс в диапазонах GNSS
Защита от электромагнитных помех вне диапазона	30 В/м
Защита цепи от электростатического разряда	Модель человеческого тела 15 кВ с воздушным разрядом

Активная четырехзаходная спиральная антенна Характеристики:

• Четырехзаходная спиральная антенна
• Одновременный прием GNSS на GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Beidou
• Прочный корпус со степенью защиты IP67 с креплением SMA
• Малый форм-фактор
• Независимая плоскость заземления
• ГИС, RTK и другие высокоточные приложения GNSS
• Низкое энергопотребление
• Низкая вариация фазового центра по азимуту и ​​углу места, а также среди различных выборок
• Сверхлегкий вес около 30 г
• Размер 108×28 мм
• Автомобильная электроника

Информация о продукте

Артикул ELT0152

МПН ELT0152

В наличии 105 шт.

Состояние Новый

Технические описания

Скачать

ELT0152 Обзор продукта

Скачать (207,26 КБ)

Еще 16 товаров из этой же категории:

 Быстрый просмотр

Новый  Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

Ссылка: ЭЛТ0011

Высокоэффективная активная антенна GPS

0 отзывов&nbsp

SMA Небольшая активная высокопроизводительная GPS-антенна для ваших проектов. ОБЪЕМ ПРОДАЖИ

Новый  Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

Новый  Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

Ссылка: ЭЛТ0121

GPS L1 L2, ГЛОНАСС G1 G2, BDS B1 B2 B3, Galileo E1 E5b 35 дБ Helix Ant

0 отзывов&nbsp

GPS L1 L2, ГЛОНАСС G1 G2, BDS B1 B2 B3, Galileo E1 E5b 35dB Helix Высокоточная антенна для RTK IP67 ОБЪЕМ ПРОДАЖИ

 Быстрый просмотр

Новый  Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

Новый  Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

 Быстрый просмотр

Ссылка: ЭЛТ0149

Мультипатч-антенна GNSS GPS L1, L2 L5.

Галилео Е1, Е2, Е5а, Е5b, Е6. Бэйдоу В1, В2, В3. Глонасс G1.G2.

1 отзыв(а)&nbsp

U.FL (IPEX) GPS L1 L2 L5, Glonass G1 G2, BDS B1 B2 B3, Galileo E1 E2 E5a E5b E6 MultiPatch Высокоточная антенна GNSS ОБЪЕМ ПРОДАЖИ

 Отзывы (0)

Написать обзор

На основании 0 отзывов — 0/5

Очистить поиск

Нет отзывов о товаре

 Напишите свой отзыв первым!

Угловая SMA Высокопроизводительная спиральная GPS L1/L2, Glonass G1/G2, Beidou B1/B2/B3, Galileo E1/E5B Активная антенна IP67

ОПТОВАЯ ЦЕНА

Анализ производительности новой многодиапазонной несимметричной антенны для различных широкополосных беспроводных приложений

Abstract

В этом исследовании исследуется новая концепция использования щелевой и копланарной антенны с питанием от волновода для обеспечения многодиапазонной работы. Компактная антенна включает в себя пластину в виде звезды-монополя с щелевым зазором и прорезью в форме звезды на пластине в качестве излучающей части и прорезями в форме двойного квадрата на материале в качестве плоскости заземления. Представление техник в виде звездообразного участка и наземной плоскости расширяет общую длину текущего пути. Это увеличение заставляет многодиапазонную антенну работать на частоте 4,9(WLAN), 5,9 (верхний WiMAX), 8,2 (спутниковое телевидение), 11,8 (X-диапазон) и 17,7 ГГц (Ku-диапазон) соответственно. Антенна имеет физический размер \(0,32\lambda_{0} \times 0,24\lambda_{0} \times 0,01\lambda_{0} = (20 \times 15 \times 1)\) мм ³ , при минимальная частота 4,9 ГГц. Предлагаемая конфигурация работает на частотах 4,9, 5,9, 8,2, 11,8 и 17,7 ГГц с полосой пропускания (S ₁₁  < −10 дБ) около 90%, 74,7%, 53,8%, 8,4% и 4,7% соответственно для части моделирования. Антенна демонстрирует измеренную полосу пропускания (S ₁₁  < −10 дБ) около 108%, 84%, 64%, 9% и 7% на резонансных частотах 4,69, 6,03, 7,99, 11,88 и 17,53 ГГц соответственно. Стабильность характеристик излучения, КСВ < 1,5 и хорошее согласование импеданса отмечены во всей рабочей полосе частот многодиапазонной антенны.

1 Введение

В настоящее время существует множество требований к системам беспроводной связи нового поколения, таким как многочастотные антенны, широкополосные антенны и антенны малого размера для мобильных и спутниковых систем связи. Следовательно, многодиапазонные антенны состоят из различных частотных диапазонов, которые могут применяться не только в приложениях беспроводной связи, таких как радарная, мобильная и спутниковая связь [1]. Мультиширокополосные беспроводные антенны обычно разрабатываются путем добавления фракталов [2], многополосных полос, методов подачи [3,4,5,6], печатных слотов [7,8,9].] и т. д. Эти технологии сталкиваются с некоторыми критическими моментами, например, низким коэффициентом усиления, узкой полосой пропускания и меньшими характеристиками эффективности. Однако многие исследователи пытаются контролировать и разрешать их параметры путем создания некоторых модификаций, таких как мультидиэлектрические методы, щелевые разрезы и использование различных форм [10, 11].

Основной целью данной работы является разработка малогабаритной антенны с многодиапазонными частотами для различных применений. Поэтому для проектирования многодиапазонной антенны был использован метод щелей. Поскольку щелевые методы создают некоторые разрывы на пути электрического тока, что приводит к добавлению дополнительных полос частот. В результате достигается многократная рабочая частота с помощью различных пазов [12, 13]. Особенности использования слотов делают антенну более подходящей для мобильных и беспроводных устройств. Предложенная антенна сравнивается с конструкциями многих исследователей, недавно работавших над многодиапазонными беспроводными устройствами, и различными типами антенн, описанными в литературе [14,15,16,17,18,19].,20,21,22,23] с точки зрения размера, рабочих частот, достигнутой полосы пропускания, коэффициента усиления и количества рабочих диапазонов, как показано в таблице 1.

Таблица 1 Измеренная оценка параметров новой антенны с несколькими существующими конструкции

Полноразмерный стол

Низкопрофильная несимметричная антенна подходит для таких устройств, как; супер WiMAX, беспроводные компьютерные сети, спутниковая связь, радары и устройства Ku-диапазона. Общие полученные результаты изготовленной и смоделированной конструкции находятся в хорошем соответствии. Предлагаемая планарная конфигурация имеет небольшой размер, многорезонансные полосы, широкую полосу пропускания, хороший коэффициент усиления и стабильную диаграмму направленности для беспроводных технологий по сравнению с описанными в литературе [14,15,16,17,18,19].,20,21,22,23]. В разд. 2 подробно описаны конструкция несимметричной антенны и различные этапы итерационного процесса для получения предлагаемой антенны.

2 Конструкция антенны

2.1 Геометрия антенны

Дизайн звездообразной заплатки представляет собой комбинацию итерации формы треугольной заплатки. Поэтому приведенные ниже уравнения были применены для вычисления резонансной частоты этой звездообразной несимметричной антенны [24], где \(S_{1}\) — длина стороны треугольника в (мм), как показано на рис. 1. Все основные размерные параметры новой структуры приведены в таблице 2.

Рис. 1

a Базовая структура треугольной накладки и b первая итерация треугольной накладки

Полноразмерное изображение

Рис. 2, размеры предлагаемой конструкции 20 × 15 мм ² напечатаны на дешевой диэлектрической подложке (FR4) толщиной (h) 1 мм с тангенсом угла потерь (\(\delta\)) и диэлектрической константа (\(\varepsilon r\)) 0,02 и 4,4 отдельно. Компактная конфигурация состоит из звездчатого пятна с прорезью, выгравированной в центре излучающего пятна. Для возбуждения малогабаритной антенны с полосковой линией шириной 1,8 мм и длиной 8,3 мм используется компланарный волновод (КПВ), питающий линию передачи (50 \(\varOmega\)). Некоторыми параметрами антенны, в частности характеристиками отражения антенны, можно управлять с помощью соответствующего импеданса фидерной линии [25]. Излучающее пятно окаймлено U-образной линией шириной 0,1 мм, которая соединяет обе плоскости заземления на материале подложки. Между обоими излучающими материалами имеется зазор 0,3 мм. { — 1/2}$$

(2)

$${\text{Действующий}}\;{\text{сторона}}\;{\text{длина}}\;{\text{из}}\;{\text{the }}\;{\text{треугольник}}\;(S_{eff})\quad S_{eff} = S_{1} + \frac{h}{{\sqrt {\varepsilon_{eff}} }}$ $

(3)

Рис. 2

Геометрия компактной антенны

Изображение в натуральную величину

2.2 Этапы проектирования предлагаемой антенны

Форма На рис. 3 показаны этапы проектирования новой пятидиапазонной антенны и описано пошагово. Прежде всего создается звездообразная несимметричная антенна щелевым методом, как показано в схеме «А1» на рис. 3. Как видно на рис. 4, эта антенна работает только на двух диапазонах с меньшим значением параметра отражения S ₁₁ . На излучающем пятне выгравирована щелевая звезда для улучшения параметров антенны «А1», как указано в конфигурации «А2» на рис. 3. Так, чтобы антенна «А2» работала на дополнительных диапазонах, материал напечатан на границе звездообразного монополя, как показано в конфигурации «A3» на рис.  4. Введение U-образного материала приводит к тому, что антенна резонирует на частоте 11,8 ГГц для беспроводных компьютерных сетей и диапазона Международного союза электросвязи (МСЭ), как показано на рис. 4. Чтобы вставить еще один рабочий диапазон для антенны «A3», на проводящей поверхности звездообразной несимметричной структуры спроектированы двойные щели квадратной формы, как показано в конфигурациях «A4» и «A5» на рис. 3. Эффекты двойных квадратных прорезей позволяют антенне работать на частоте 17,7 ГГц (диапазон Ku), как показано на рис. 4.

Рис. 3

Конфигурация новых оцененных антенных каскадов

Полноразмерное изображение

Рис. 4

Оценка смоделированного коэффициента отражения (S ₁₁ ) антенн

A-000 Полоса 3

на верхнем звездообразном несимметричном вибраторе выгравирована фигурная щель для дальнейшего повышения эксплуатационных качеств антенны «А5», как указано в конфигурации «А6» на рис.  4. Неоднородность в излучающем элементе несимметричной антенны создается благодаря предложению прорезь в виде полосы. Из-за разрыва увеличивается протяженность пути поверхностного электрического тока [26]. Это увеличение длины пути тока влияет на входное сопротивление звездчатого монополя. В результате этого эффекта антенна добавляет дополнительную резонансную частоту на уровне 4,9.ГГц для широкого набора приложений беспроводной широкополосной связи, как показано на рис. 4. Конструкция новой несимметричной антенны «A6» подробно проиллюстрирована на рисунке геометрической части антенны, как упоминалось ранее.

3 Параметрические исследования антенны

Рассмотрен эффект параметрического анализа антенны для исследования рабочих диапазонов несимметричной антенны с вариантом физической размерности. Оптимизированное параметрическое исследование выполняется в двух случаях: (1) изменение ширины U-образного материала (Bw) края антенны и (2) изменение ширины (s) ленточной щели.

Для первого условия все эти исследования выполняются путем изменения Bw при сохранении других параметрических размеров постоянными, как показано на рис. 5. Значение Bw изменяется от 0,1 до 0,4 мм с шагом 0,1 мм, как показано на рис. 5a. В результате изменения значения BW увеличивается коэффициент отражения всех полос, полоса 1 разделяется на две полосы и соответственно наблюдается небольшой сдвиг частоты на целых полосах. Оптимальные рабочие результаты получены для предложенной антенны при Bw = 0,1 мм.

Рис. 5

Параметрический анализ для вариантов a Bw и b S

Полноразмерное изображение

Наконец, для второго условия ширина разделенного зазора (S) наблюдается на звездообразном участке компактной конструкции. Представлено влияние ширины S на параметры предлагаемой конструкции, где ее значение также варьировалось от 0,1 до 0,4 мм. Исследование показало, что при изменении ширины щели S первая полоса меняется на две. Как показано на рис. 5b, значение обратных потерь в полосах 1, 2 и 3 увеличивается. Кроме того, S ₁₁ смещается в полосе 1 для всех значений S, а его величина незначительно изменяется для полос 3 и 5. Оптимальный результат достигается при S = 0,3 мм для монопольной конфигурации.

4 Результат и обсуждение

Новая многодиапазонная антенна была проанализирована с помощью программного обеспечения электромагнитного симулятора High-Frequency Structure Simulator HFSS v.15.0, как показано на рис. 2. Несимметричная антенна, изображенная на рис. 6, изготовлена ​​с использованием такой же оптимизированный размер смоделированного дизайна. Компактный размер несимметричной антенны составляет \(0,32\lambda_{0} \times 0,24\lambda_{0} \times 0,01\lambda_{0}\) (20 мм × 15 мм × 1 мм), при минимальном резонансе 4.9ГГц.

Рис. 6

A Изготовленная конструкция и B Экспериментальная установка мультибанд Антенны

Полноразмерное изображение

4.1 Возвращение потери (S

₁₁ )

Результат The S.

₁₁ )

конструкция получена с использованием программного обеспечения Ansoft HFSS и CST. Электронное устройство векторного анализатора цепей (VNA) (N9918A) используется для измерения этого смоделированного S ₁₁ . Это исследование показывает, что антенна резонирует на частоте 4,9(WLAN (802.11j)), 5,9 (верхний WiMAX), 8,2 (спутниковое ТВ), 11,8 (X-диапазон) и 17,7 ГГц (Ku-диапазон) при моделировании, а также на частотах 4,69, 6,03, 7,99, 11,88 и 17,53 ГГц. при измерительных испытаниях соответственно. Смоделированная полоса пропускания S ₁₁ менее - 10 дБ по сравнению с моделью-прототипом составляет примерно 4,41 ГГц (4,1–8,51 ГГц), 0,99 ГГц (11,27–12,26 ГГц), 0,84 ГГц (17,26–18,1 ГГц) и примерно 5,08 ГГц. (3,56–8,64 ГГц), 1,01 ГГц (11,45–12,46 ГГц) и 1,2 ГГц (17,18–18,38 ГГц) при измерении соответственно.

4.2 Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН)

Кроме того, достигаются смоделированные значения КСВН, которые составляют около 1,04, 1,01, 1,15, 1,10 и 1,26 на частотах 4,9, 5,9, 8,2, 11,8 и 17,7 ГГц и около 1,02, 1,04, 1,19, 1,19 и 1,12 при 4,69, 6,03, 7,99, 11,88 и 17,53 ГГц в измеренных значениях соответственно. Скриншоты КСВН и обратных потерь изготовленной многодиапазонной несимметричной антенны измерены с помощью анализаторов, как показано на рис. 7.

Рис. 7

Экспериментальный вид a обратные потери и b КСВ несимметричной антенны

Изображение в натуральную величину

Сравнение полученных исследований по измерению и моделированию параметров S ₁₁ и КСВН новой антенны показано на рис. 8. Для предложенной конструкции наблюдается хорошее совпадение полученных результатов теории и эксперимента. Небольшая разница может быть связана с использованием кабеля VNA, производственным допуском и точечным соединением разъема SMA и кабелей, применяемых для измерения конфигурации. Однако полученной полосы пропускания новой конструкции достаточно для удовлетворения потребностей приложений WLAN, WiMAX, спутниковой связи, ITU-диапазона и Ku-диапазона.

Рис. 8

Результаты сравнения результатов измерения и моделирования коэффициента отражения a и графиков КСВ b

Полноразмерное изображение

резонансные частоты предлагаемой многодиапазонной антенны, как показано на рис.

 9 соответственно. Из рисунка видно, что ток равномерно распределяется по излучающему пятну и плоскостям заземления на всех резонансных диапазонах предлагаемой антенны. Поверхностный ток имеет максимальное значение на резонансной частоте 11,8 ГГц и минимальную величину на резонансной полосе 5,9 ГГц.ГГц для антенны, загруженной U-образным материалом.
Рис.

Распределение поверхностного тока антенны при A 4,9 ГГц, B 5,9 ГГц, C 8,2 ГГц, D 11,8 ГГц, E 17.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.7.

4.4 Диаграммы направленности и коэффициент усиления

Теоретические и экспериментальные характеристики излучения в дальней зоне несимметричной антенны в форме звезды показаны на рис. 10. Диаграмма направленности изготовленной модели-прототипа измеряется от 0 до 360 градусов с шагом 30 градусов, на резонансных полосах 4,69, 6,03, 7,99, 11,88 и 17,53 ГГц как в E-плоскости (совместно и перекрестно), так и в H-плоскости (совместно и перекрестно) соответственно. Как видно из рис. 10, предлагаемая конструкция имеет почти всенаправленную диаграмму направленности в плоскости E (Y–Z) и двунаправленную диаграмму направленности в плоскости H (X–Z). В обоих случаях достигнутые результаты измерения и моделирования находятся в близком соответствии с небольшим отклонением из-за ошибок выравнивания, измерения и электромагнитных помех от расположенных поблизости устройств.

Рис. 10

Измеренные и моделируемые характеристики радиации для оцененной работы при A 4,69 ГГц, B 6,03 ГГц, C 7,99 ГГц, D 11,88 ГГц и E 17.53111163. экспериментальное и смоделированное пиковое усиление на рабочих частотах для компактной структуры изображено на рис. 10. На рисунке показано, что достигается флуктуационное усиление в желаемых диапазонах. Смоделированные результаты достигнутого усиления каждой рабочей частоты при 4,9, 5,9, 8,2, 11,8 и 17,7 ГГц составляют примерно 1,8, 2,4, 3,6, 4,7 и 4,9 дБи, а измеренное пиковое усиление примерно 1,95, 2,55, 3,56, 4,48 и 5,24 дБи наблюдается для 4,69, 6,03, 7,99, 11,88. и 17,53 ГГц соответственно. В результате среднее усиление смоделированных и измеренных результатов составляет около 3,51 и 3,56 дБи соответственно. Величина усиления увеличивается с рабочими резонансами из-за увеличенной эффективной площади разработанной модели-прототипа на более коротких длинах волн.

Программное обеспечение HFSS использовалось для определения характеристик эффективности излучения многодиапазонной антенны. Эффективность рабочей полосы составляет около 94, 94, 84, 87 и 77% в смоделированных рабочих диапазонах 4,9, 5,9, 8,2, 11,8 и 17,7 ГГц соответственно. Звездообразная антенна-монополь действует как линия передачи, а не излучающая часть на более высоких частотах. Следовательно, величина эффективности излучения уменьшается при более высоких резонансах, как показано в моделировании и на рис. 11. Обобщение результатов антенны приведено в таблице 3.

Рис. 11

Результаты усиления и эффективности многодиапазонной антенны Полноразмерное изображение

Таблица 3 Обобщение результатов многодиапазонных антенн

Полноразмерная таблица

5 Заключение

Исследована компактная конструкция многодиапазонной несимметричной антенны с нагруженной звездообразной щелью и размерами (20 × 15 × 1) мм ³ . Плоская конструкция обеспечивает полосу пропускания в процентах и ​​диапазон настройки около 108 % (3,56–8,64 ГГц), 84 % (3,56–8,64 ГГц), 64 % (3,56–8,64 ГГц), 9 % (11,45–12,46 ГГц) и 7% (17,18–18,38 ГГц) в различных измеренных рабочих диапазонах. Анализ параметрической антенны показывает, что незначительное изменение оптимизированных размеров антенны влияет на распределение поверхностного тока, что приводит к увеличению количества частотных полос предлагаемой технологии.

Части моделирования и измерения применяются для исследования результатов компактной антенны в отношении параметров антенны S ₁₁ , усиления, КСВН и диаграммы направленности. Экспериментальные результаты показывают, что новая плоская антенна имеет пять частот примерно 4,69, 6,03, 7,99, 11,88 и 17,53 ГГц со стабильными характеристиками излучения, КСВ < 1,5 и хорошим согласующим импедансом. Благодаря упомянутой цели предлагаемая конструкция может легко стать хорошим кандидатом для приложений WLAN, WiMAX, спутниковой связи, X-диапазона и Ku-диапазона.

Ссылки

1. Чукикер Ю.К., Бехера С.К., Пандей Б.К. и Джиоти Р. (2010). Оптимизация планарной антенны для диапазона ISM с использованием PSO. В Вторая международная конференция по вычислительным коммуникационным и сетевым технологиям (ICCCNT), Karur (стр. 1–4). IEEE.

2. Ангера, Дж., Пуэнте, К., Борха, К., и Солер, Дж. (2005). Антенны фрактальной формы: обзор. Энциклопедия ВЧ и СВЧ техники . https://doi.org/10.1002/0471654507.eme128.

   Артикул Google Scholar

3. Саркар, Д., Саурав, К., и Сривастава, К.В. (2014). Многодиапазонная щелевая антенна с микрополосковым питанием, нагруженная резонатором с разъемным кольцом. Electronics Letters, 50 (21), 1498–1500.

   Артикул Google Scholar

4. «>

   Эльшейх, Д.М., Эльсадек, Х.А., Абдаллах, Э.А., Искандер, М.Ф., и Эль-Хеннави, Х.М. (2010). Реконфигурируемая одно- и многодиапазонная микрополосковая патч-антенна со встроенным фидером для устройств беспроводной связи. Прогресс в исследованиях электромагнетизма., 12, 191–201.

   Артикул Google Scholar

5. Бакария, П.С., Двари, С., Саркар, М., и Мандал, М.К. (2015). Микрополосковая антенна с бесконтактной связью для приложений Bluetooth, WiMAX и WLAN. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 14, 755–758.

   Артикул Google Scholar

6. Ву Р. З., Ван П., Чжэн К. и Ли Р. П. (2015). Компактная трехдиапазонная антенна с питанием CPW для разнесенных приложений. Electronics Letters, 51 (10), 735–736.

   Артикул Google Scholar

7. «>

   Мехдипур, А., Себак, А.Р., Труман, К.В., и Денидни, Т.А. (2012). Компактная многодиапазонная планарная антенна для беспроводных приложений 2,4/3,5/5,2/5,8 ГГц. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters., 11, 144–147.

   Артикул Google Scholar

8. Ван Х. и Чжэн М. (2011). Внутренняя трехдиапазонная антенна WLAN. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 10, 569–572.

   Артикул Google Scholar

9. Али, Т., Халик, М.М., Патан, С., и Бирадар, Р.К. (2018). Многодиапазонная антенна с метаматериалом и слотами для приложений GPS/WLAN/WiMAX. Письма о микроволновых и оптических технологиях., 60 (1), 79–85.

   Артикул Google Scholar

10. Седик, Х. Т. (2018). Проект сверхширокополосной дипольной антенны для беспроводных приложений WiMAX. Политехнический журнал, 8 (3), 13–25.

    Артикул Google Scholar

11. Саламин, М. А., Дас, С., и Зугари, А. (2018). Разработка и реализация низкопрофильной двухширокополосной несимметричной антенны, включающей DMS новой формы с сопротивлением (Ом) и полукруглую DGS для беспроводных приложений. AEU-Международный журнал электроники и коммуникаций, 97, 45–53.

    Артикул Google Scholar

12. Ли, С. Х., Лим, Ю., Юн, Ю. Дж., Хонг, С. Б., и Ким, Х. И. (2010). Многодиапазонная складная щелевая антенна с уменьшенным эффектом руки для мобильных телефонов. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 9, 674–677.

    Артикул Google Scholar

13. Юань Б., Цао Ю. и Ван Г. (2011). Миниатюрная печатная щелевая антенна для шестидиапазонной работы мобильных телефонов. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 10, 854–857.

    Артикул Google Scholar

14. Винодха, Э., и Рагхаван, С. (2017). Двойная шлейфовая микрополосковая антенна с двухэлементным прямоугольным диэлектрическим резонатором для многодиапазонной работы. AEU-Международный журнал электроники и коммуникаций, 78, 46–53.

    Артикул Google Scholar

15. Кохли, С., Диллон, С.С., и Марваха, А. (2013). Проектирование и оптимизация многодиапазонной фрактальной микрополосковой патч-антенны для беспроводных приложений. В: 5-я Международная конференция по вычислительному интеллекту и сетям связи (стр. 32–36). IEEE.

16. Каушал Д., Шанмуганантам Т. и Саджит К. (2017). Двухдиапазонные характеристики микрополосковой прямоугольной патч-антенны с использованием новой технологии слотирования. В 2017 Международная конференция по интеллектуальным вычислениям, контрольно-измерительным приборам и технологиям управления (ICICICT) (стр. 957–960). IEEE.

17. Алкадами, А.С., Джамлос, М.Ф., Сох, П.Дж., Рахим, С.К., и Нарбудович, А. (2017). Левая компактная антенная решетка MIMO на основе проволочного спирального резонатора для беспроводных приложений 5 ГГц. Прикладная физика А, 64 (1), 123–127.

    Google Scholar

18. Кумар, А., и Рагхаван, С. (2018). Конструкция самотриплексной антенны SIW с резонатором. Electronics Letters, 54 (10), 611–612.

    Артикул Google Scholar

19. Ибрагим, А. А., Абдалла, М. А., и Ху, З. (2018). Компактная антенна CRLH MIMO с питанием от ACS для беспроводных приложений. IET Microwaves, Antennas and Propagation, 12 (6), 1021–1025.

    Артикул Google Scholar

20. Чоукикер, Ю.К., и Бехера, С.К. (2014). Модифицированная квадратная фрактальная антенна Серпинского, охватывающая сверхширокополосное применение с характеристиками полосы пропускания. IET Microwaves, Antennas and Propagation, 8 (7), 506–512.

    Артикул Google Scholar

21. Пандесвари, Р. (2018). Бесплатный резонатор с разъемным кольцом, вдохновленный извилистым монопольным антенным питанием CPW для многодиапазонной работы. Прогресс в исследованиях электромагнетизма, 80, 13–20.

    Артикул Google Scholar

22. Самсуззаман, М., и Ислам, М. Т. (2014). Компактная перевернутая S-образная антенна для приложений X-диапазона. Журнал «Научный мир» . Идентификатор статьи 604375.

23. «>

    Ху, Дж. Р., и Ли, Дж. С. (2014). Компактные микрополосковые антенны с использованием заземляющего слоя структуры CSRR. Письма о микроволновых и оптических технологиях, 56 (1), 117–120.

    Артикул Google Scholar

24. Марзуди, В., Наджва, В.Н., Зайнал Абидин, З., Дахлан, С.Х., Рамли, К.Н., и Камарудин, М.Р. (2015). Характеристики патч-антенны Star на бумажной подложке. Журнал инженерных и прикладных наук ARPN, 10 (19), 8606–8612.

    Google Scholar

25. Ху, Ю., Джексон, Д. Р., Уильямс, Дж. Т., Лонг, С. А., и Командури, В. Р. (2008). Характеристика входного импеданса прямоугольной микрополосковой антенны с врезным питанием. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 56 (10), 3314–3318.

    Артикул Google Scholar

26. «>

    Али, Т., Саад, А.М., Бирадар, Р.К., Ангера, Дж., и Андухар, А. (2017). Миниатюрная щелевая антенна из метаматериала для беспроводных приложений. AEU-International Journal of Electronics and Communications, 82, 368–382.

    Артикул Google Scholar

Скачать ссылки

Благодарность

Автор благодарит Университет Бирмингема в Великобритании за изготовление антенн и Политехнический университет Эрбиля за поддержку этого исследования.

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Факультет информационных технологий Эрбильского политехнического университета, Эрбиль, Ирак

   Хива Таха Сидик и Ясир Нозад Автор Мохаммед

s

03

1. Hiwa Taha Sediq

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Yasser Nozad Mohammed

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за корреспонденцию

Хива Таха Седик.

Дополнительная информация

Примечание издателя

Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя.