Принципы проектирования широкополосных антенн

[AlexeyV]

Недавно измерял патч AX-2014P, удивляюсь как можно согласовать в такой широкой полосе:



Открыть и посмотреть нет возможности, скреплена заклепками и понятно, что не один элемент.

[Aleks07111971]

Недавно измерял патч AX-2014P, удивляюсь как можно согласовать в такой широкой полосе:

[ATTACH=CONFIG]30288[/ATTACH]

Открыть и посмотреть нет возможности, скреплена заклепками и понятно, что не один элемент.

Каким прибором было произведено измерение?

[AlexeyV]

Agilent PNA с предварительной электронной калибровкой.

Мое предположение - для широкой полосы нужен не четвертьволновый трансформатор, а линия с плавным изменением волнового, экспонента например, или лучше линия Клопфенштейна.

[Aleks07111971]

Agilent PNA с предварительной электронной калибровкой.

Мое предположение - для широкой полосы нужен не четвертьволновый трансформатор, а линия с плавным изменением волнового, экспонента например, или лучше линия Клопфенштейна.

Ну антенна Антэкс 2014, это упрощённая Petra BB(убрали второй этаж).
Внешний вид можите посмотреть в соответствующих темах.

[AlexeyV]

Спасибо, нашел. Предположения по широкополосности согласования подтверждаются.

На графике выше привел измерения по 2-му порту (мимо вариант), где линии длиннее. По 1-му, центральному, порту согласование немного хуже.

[yurik82]

Мое предположение - для широкой полосы нужен не четвертьволновый трансформатор, а линия с плавным изменением волнового, экспонента например, или лучше линия Клопфенштейна.

Нет. Такой подход здесь не используется. У Антэкс использование разных высокодобротных элементов с резонансами на разных частотах, у которых кривая реактанса идет в разные направления. В широкой полосе частот разный ход кривых jX взаимно компенсируется. На разных частотах реактивная энергия накапливается в совершенно разных участках изделия. На таких принципах из высокодобротных кварцев делают широкополосные фильтры. Берут кварцы на разные частоты и включают их по разному, чтобы острый ход jX взаимно компенсировался

Вот на примере Антекс Петра
Есть такие элементы с разными резонансами и разным направлением собственного хода jX:
1) сдвоенная система патч-паразитный патч (двухэтажные МПА в литературе). И одиночный и сдвоенный вибраторы имеют два резонанса - первый высокоомный и второй низкоомный. У сдвоенного добротность Q ниже, кривая jX более пологая, второй резонанс отстоит от первого на больше МГц. Сопротивление первого резонанса R ниже, второго выше, т.е. перепад ниже. И то и другое способствует широкополосности.

2) ФАР из 2х2 патчей попарно питаются симметричной двухпроводной линией с дифференциальным сопротивлением 200 Ом (2 проводника сечением 5x0.5 мм с зазором 3 мм на высоте 15 мм над земляным проводником). Когда импеданс патчей ниже 200 Ом, такая линия поднимает её сопротивление, а когда выше 200 Ом - понижает. Длина линии геометрическая фиксирована (около 42 мм, определяется разносом ФАР 84х84 мм), электрическая примерно от 0.24 до 0.38 лямбда. Степень трансформации зависит и от электрической длины (по разному влияет при 0.38 и 0.24 лямбда и от соотношения импеданса патчей к импедансу линии 200 Ом.

3) Симметричная линии сходится на тройник, и нагружена на вертикальные стойки, короткозамкнутые на рефлектор. Их геометрическая длина около 15 мм. Линия длиной L=const и короткозамкнутая на конце, в широкой полосе частот представляет собой некий переменный резистор комплексного сопротивления. При длине L=0.25 лямбда R=бесконечность. При других длинах есть некоторое комплексное число Z=R +jX. Это комплексное сопротивление включено параллельно тройнику (шунтирует его). При параллельном включении сопротивлений, результирующее сопротивление считается по законах Ома/Кирхгофа.

4) верхнее и нижнее плечо линии должны запитываться противофазно (т.к. патчи питаются с противоположных сторон, обернуты внутрь). Вращением фаз занимается токовый балун Гуанеллы 1:1 из полоскового трансформатора.


сопротивление между горячей и холодной обмотками влияет на коэффициент трансформации. Чтобы получить 1:1, Z между обмотками должно быть равно трансформируемому. Если Z не равно трансформируемому, то такой трансформатор ещё и изменяет соотношение напряжения/тока (работает как и просто любая несогласованная линия заданной длины). Подбирая этот зазор и длину трансформатора (Lгеометрическая=const) можно трансформировать сопротивление, причем в разной степени для разной длины волны

[yurik82]

На графике выше привел измерения по 2-му порту (мимо вариант), где линии длиннее.

в ранних версиях Антэкс второй порт был узкополосный (декларировался только для LTE-2600), а первый широкополосный.
Это потому что фазовращение на 180 градусов по второй линии производилось не токовым балуном 1:1 Гуанеллы (который широкополосный), а просто изменением длины плеч линии. Одна часть линии на L/2 длинее чем втором.

позже схема второго порта была переделана идентично основному порту, только в другой пространственной компоновке.

[Aleks07111971]

Что то мне с трудом верится, что второй порт в антенне 1814(2014) обладает такой полоской по ксв!:)

[Aleks07111971]

в ранних версиях Антэкс второй порт был узкополосный (декларировался только для LTE-2600), а первый широкополосный.
Это потому что фазовращение на 180 градусов по второй линии производилось не токовым балуном 1:1 Гуанеллы (который широкополосный), а просто изменением длины плеч линии. Одна часть линии на L/2 длинее чем втором.

позже схема второго порта была переделана идентично основному порту, только в другой пространственной компоновке.

Юрий привет!
АХ2014 по второму порту савсэм другой от ВВ.

[yurik82]

АХ2014 по второму порту савсэм другой от ВВ.

Скорее всего да. Я больше по теории, как добивается Антекс широкополосности, а не о конкретной антенне.
Такой принцип какой описывает AlexeyV - используется в телевизионной Цифра-9

[AlexeyV]

Нет. Такой подход здесь не используется. У Антэкс использование разных высокодобротных элементов с резонансами на разных частотах

По мне - одно и тоже. Ступенчатый трансформатор (англ. Stepped) - одна из разновидностей широкополосных трансформаторов, в пределе переходящий на линию с плавным изменением импеданса (Tappered).

Вращением фаз занимается токовый балун Гуанеллы 1:1 из полоскового трансформатора.

С балунами знаком не понаслышке и в более широких диапазонах, в том числе с компенсацией индуктивного влияния замкнутого на землю плеча от Гуанеллы 1:1. Но проблемы с широкополосным трансформированием 1:N точно такие же, как и в несимметричных линиях. На фотографиях Aleks07111971 по Petra BB отчетливо вижу линии с меняющейся шириной и линии с наклоном. Меня больше интересует широкополосность трансформации, чем схемы фазового суммирования/деления/инвертирования.

позже схема второго порта была переделана идентично основному порту, только в другой пространственной компоновке

Не знаете, у Антекс есть такая мимо антенна с упором на диапазон 1700-2200?

Что то мне с трудом верится, что второй порт в антенне 1814(2014) обладает такой полоской по ксв!:)

1814 позиционируется как более узкополосная, не уверен что она идентична 2014.

Для сравнения, 1-ый порт в AX-2014P (который в центре):

[Aleks07111971]

AlexeyV
Вот фото 2014(имею на руках), а 1814 близняшка(подгоняли ребята фотки).
Почему то мне никогда не приходила мысль, измерить КСВ в более широкой полосе, чем заявленно.

[yurik82]

отчетливо вижу линии с меняющейся шириной и линии с наклоном

в новых версиях закругление убрали, согласование только улучшилось

у Антекс есть такая мимо антенна с упором на диапазон 1700-2200?

у Антэкс нет, но Алекс начинал переделку на упрощенную версию для самоделкиных.
Я её дооптимизировал на 1700-2200
А на прошлой неделе сделал пробную партию на лазерном резаке
Вот прикидка идеи на 8 таких патчей

Никаких плавных переходов нет.

[Aleks07111971]

в новых версиях закругление убрали, согласование только улучшилось


у Антэкс нет, но Алекс начинал переделку на упрощенную версию для самоделкиных.
Я её дооптимизировал на 1700-2200
А на прошлой неделе сделал пробную партию на лазерном резаке
Вот прикидка идеи на 8 таких патчей

Никаких плавных переходов нет.

Юрий, моделируешь одно, а делаешь другое, ну нельзя так!

[yurik82]

Юрий, моделируешь одно, а делаешь другое, ну нельзя так!

То что сделано - тоже смоделировано специально (не буду же я загружать ссылками и моделями).
В железе появились некоторые отличия, потому что лазерщики выдали 1.0 мм (хотя просил 0.5) и не учел запас на пропил (всё получилось меньше на 0.2 мм) и вышло недоразумение, линия горизонтальная должна была быть 5 мм на расстоянии 12 (по центрах), а вышло 4 мм на расстоянии 14 (с учетом пропила вообще 3.86 мм). Толстые линии не удалось хорошо согнуть в районе порта питания. Ввёл в HFSS реально измеренные штангелем размеры - всё совпало с измерением N1201SA. На следующей неделе изготовлю исправленную версию с учетом косяков которые вылезли