AMOS5 с хорошими характеристиками.

[АлексейNS]

Доброго времени суток! Задался целью получить секторную антенну с раскрывом в 60 градусов в H плоскости и 15 градусов в Е плоскости. Пытался рассчитать вручную применяя плоский рефлектор, но всё уперлось в нахождение чётных и не чётных функций Матье-Ханкеля и Матье-Бесселя. В общем нашёл упрощённую формулу в которой используется бесконечно большой рефлектор по которой стало ясно, что линейная антенная решётка состоящая из линейки полуволновых вибраторов и рефлектора расположенного на расстоянии 0.2-0.3 длины волны даёт диаграмму направленности в H области порядка 120 и больше градусов. Оно и понятно. Но ведь если края рефлектора подогнуть на угол 45 градусов и изменяя длину выступающих краёв можно менять ширину диаграммы направленности. В общем я всё изобразил в MMANA, получилось всё очень хорошо! А как всё это можно изобразить в HFSS так и не разобрался. Ребята, если кому не трудно можете это сделать, для того чтоб осуществить сравнительную оценку.

[uve]

Добрый день, Алексей. Хорошо потрудились. К сожалению нет времени моделировать Вашу антенну в HFSS. По своему опыту работы с этими программами могу сказать следующее: особой разницы в расчёте ДН и усиления не будет, если обе модели построены корректно. Разница будет в расчётах входного импеданса, поскольку на СВЧ большую роль начинает играть геометрия точек подключения питающей цепи. И каждый контактный лепесток и выводы коаксиала дадут свой вклад в результат расчёта Rвх. Установка дискретных портов и в ММАНА и HFSS дают значения входного импеданса самой антенны, их следует воспринимать, как ориентировочные расчёты. С практической точки зрения HFSS даст реальный расчёт, т.к. в модели можно установить не дискретный порт, а "прорисовать" все контактные лепестки и симметрирующе-трансформирующие цепи до перехода на коаксиал питания 50 Ом ( с установкой волноводного коаксиального порта ). HFSS требует бОльших возможностей компьютера и времени на расчёт, гораздо быстрее такую антенну посчитает FEKO.

[АлексейNS]

Спасибо за ответ! На самом деле у меня возникли сомнения по поводу значения входного сопротивления антенны. MMANA показала значение порядка 308 Ом, при этом AMOS3 даёт порядка 200 Ом. Но тогда почему многие на форуме считают что AMOS9 имеет аналогичное значение сопротивления с AMOS3 и в качестве симетрирующего и согласующего устройства используют такой же "balun" который неприменим для антенн с входным сопротивлением более 200 Ом при использовании фидера с волновым сопротивлением 50 Ом (возможно я ошибаюсь). Даже в моём случае я просто не представляю что можно попробовать применить в качестве согласующего устройства... В моём случае всётаки ещё более прямо нужно посмотреть на HFSS, т.к. без согласования никуда, сами понимаете. Ну и наконец предоставить факты о том, что чем больше плеч в AMOS тем его сопротивление выше и при том не в прямой, а экспоненциальной зависимости. Скажите ребята, с какой версией HFSS вы работаете? А с такой программой как FEKO я вообще не знаком. Она более универсальная, или просто быстрее работает?

[uve]

Судя по вопросам, 90% ответов лежат не в плоскости знания программ моделировщиков, а в отсутсвии стремления читать основы теории антенн. Почитайте о входном сопротивлении, о сопротивлении связи( у всязанных ЭМПолем антенн),о сопротивлении излучения и как всё это зависит от волновой характеристики антенны. Узнаете, что кроме "балуна", есть и другие схемы трансформации сопротивлений и что меняя сопротвление связи и волновую характеристику можно добиться изменения входного сопротивления, может и схема трансформации не понадобится. HFSS считает методом МКЭ(FEM) - метод конечных элементов, что требует большого комп. ресурса, FEKO проволочные и плоские антенны считает методом определения поверхностных токов с последующим расчётом полей от них, поэтому время расчёта в 5/10 раз меньше.

[АлексейNS]

Основы теории антенн мне известны, но как дело касается СВЧ и практической части то все явное растворяется. Что вы имеете в виду под волновой характеристикой антенны, амплитудное и фазовое распределение? Амплитудное распределение будет зависеть от геометрических характеристик от расстояний и прочего, а это в свою очередь повлияет на взаимное влияние элементов системы и на сопротивления соответственно. Дело в том что методики может и есть, но не для моего случая. Другие схемы трансформации мне известны, но я их так же не представляю в практике. Ряд шлейфов например, в которых в зависимости от соотношений значений сопротивления антенны и волнового сопротивления фидера подгоняются геометрические размеры, а после этого устраняют реактивную составляющую сопротивления фидера. Всё это красиво живёт в теории, а на практике и в диапазоне нескольких гигагерц просто понять не могу как это будет выглядеть для коаксиального фидера и к тому же размеры шлейфов чудесным образом нужно подгонять. Полосковые схемы, это более реальнее. Дело в том, что я пишу диплом и во время расчётов наткнулся на то, что расчёт большинства характеристик моей антенны , это чисто эмпирическая задача, а выход диплома это и есть антенна. И больше вариантов, чем посмотреть на программные продукты я не увидел.

[uve]

Основы теории антенн мне известны, но как дело касается СВЧ и практической части то все явное растворяется. Что вы имеете в виду под волновой характеристикой антенны, амплитудное и фазовое распределение?

Волновая характеристика ( ВХ ) антенны является её важнейшим параметром. При заданной мощности излучения, напряжения в антенне прямо пропорциональны величине ВХ, логарифмический декремент затухания и полоса пропускаемых частот обратно пропорциональны ВХ, частотная зависимость входного сопротивления определяется также величиной ВХ. ВХ - это корень квадратный отношения распределённой индуктивности к распределённой ёмкости. Эта величина входит во многие расчётные формулы антенн.
Если проще , уменьшая диаметр провода антенны , Вы увеличиваете распределённую индуктивность и меняется входное сопротивление антенны.
Для Вашей антенны: если к точкам питания подключить L/4 замкнутый шлейф ( точку замыкания установить на рефлектор), то он будет симметрирующим устройством( и опорой) при подключении к точкам запитки коаксиального кабеля. Вам нужно только добиться резонанса антенны ( Im = 0 ), а трансформацию Re можно осуществить включением L/4 коаксиального трансформатора от точек запитки до коакс. кабеля питания 50 Ом. Величину волнового сопротивления L/4 трансформатора можно практически реализовать любую, в пределах 75/ 150 Ом. Пример такой опоры-шлейфа (только без трансформатора) можете посмотреть здесь http://www.lan23.ru/forum/showthread.php?t=4464

[АлексейNS]

Спасибо за разъяснение! А есть ли у "волновой характеристики антенны" какое то другое название, а то бегло пробежавшись по литературе и по интернету не чё не нашёл. Хотя параметр понятный, но опять же я и в формулах не помню чтоб такое попадалось... Может всё потому, что часто выпускают из вида диаметр вибратора, указывают лишь, что длина волны намного больше диаметра вибратора...

[uve]

Спасибо за разъяснение! А есть ли у "волновой характеристики антенны" какое то другое название

Некоторые авторы называют её волновым сопротивлением. По этой же формуле расчитывается и характеристическое сопротивление коаксиального кабеля, в простонародьи именуемое " волновым сопротивлением кабеля". ρ = √L/C

[АлексейNS]

Как то так получилось, что везде мне только попадалась трактовка волновое сопротивление =). В моём понимании, это тоже самое что и добротность колебательного контура. С увеличением волнового сопротивления начинают проявляться, так сказать, ярко выраженные резонансы токов при длине вибратора равным длине волны, ну а при длине в пол длины волны резонанс напряжений. Как параллельный и последовательный колебательный контур соответственно. Но в свою очередь слово "сопротивление" по моему звучит не очень уместно. Просто привык знать, что с уменьшением сопротивления потерь и в конденсаторе и в самой катушке, добротность увеличивается, т.е. обратная зависимость от сопротивления, а в случае антенн получается наоборот =)

[uve]

Просто привык знать, что с уменьшением сопротивления потерь и в конденсаторе и в самой катушке, добротность увеличивается, т.е. обратная зависимость от сопротивления, а в случае антенн получается наоборот =)

Нет, у антенн та же зависимость. Вы путаете индуктивное сопротивление и сопротивление потерь. А сопротивление потерь в конденсаторе( ток утечки и потери на переполяризацию диэлектрика) эквивалентны потерям в изоляторах антенны.

[АлексейNS]

Немного подумав, и проведя математическое обоснование длин сторон шлейфа, и спроектировав в MMANA получил ещё более лучшие характеристики по усилению, и получил входное сопротивление AMOS 5 порядка 208 ом на средней частоте диапазона 2450 МГц и ещё -31 Ом комплексного. Вопрос в следующем, почему в AMOS шлейфы называют четвертьволновыми, если на самом деле там нет не одной стороны, которая была бы равна четверти длины волны. Там есть другое условие, общая длина ребер шлейфа должна быть равна половине длины волны.

[uve]

Потому, что первые варианты таких антенн разработанные в середине 20 века имели обычные узкие шлейфы ( например антенна Татаринова). В процессе усовершенствования встали перед дилеммой - расширение шлейфа приводит к разносу вибраторов, что увеличивает усиление. Но увеличение длинны замыкателя шлейфа образует противофазный участок излучения( и появляются кроссполяризационные составляющие ЭМПоля излучения). Остановились на каком то промежуточном варианте, при общей длинне свёртки(шлейфа) 0.5L.
Т.о. если стоит задача получить максимум усиления, нужно разносить вибраторы подальше. Если требуется минимизировать кроссполяризационные излучения и многолепестковость ДН, нужно переходить на узкие шлейфы.

[lipton]

Если требуется минимизировать кроссполяризационные излучения и многолепестковость ДН, нужно переходить на узкие шлейфы.

Немного добавлю от себя...
Многолепестковость ещё уменьшается, если длину вибраторов уменьшить до длины 0,5 Л. И получится исходная антенна Татаринова - Франклина.

[АлексейNS]

Спасибо! А ведь читал про это, забыл всё... Но а уменьшая длины вибраторов до 0.5 Л, все характеристики антенны просто ломаются. При рассмотрении и расчёте антенных решёток, для упрощения методов определения параметров, представляют её в виде бесконечно большой по площади, т.е. без излучателей подверженным концевым эффектом. А всётаки, есть методики расчёта излучателей которые находятся на краях решётки, или их определяют только опытным путём..

[uve]

А всётаки, есть методики расчёта излучателей которые находятся на краях решётки, или их определяют только опытным путём..

Конечно есть, этим и занимаются программы - симуляторы антенн. Используя различные математические методы , рассчитывают ЭМП и токи антенных систем по их геометрии. Если Вы можете с помощью калькулятора посчитать функцию Грина ( определение поля при возбуждении структуры источником СВЧ тока), то не опытным путём определите коэффициент укорочения вибратора.