CurtainQuad на PCB

[GrayCat]

Наткнулся как-то в Сети на описание антенн типа "CurtainQuad":
http://home.comcast.net/~ross_anderson/CurtainQuad.htm .

Понравилась обещаная автором "высокая апертурная эффективность", а также "планарный" дизайн. С другой стороны, "проволочная" конструкция смотрится какой-то хлипкой, очень трудно будет выдержать точные размеры. Кроме того, моделирование автором антенны выполнялось в программе типа 4nec2, которая, по моему мнению, не может дать хорошей точности на СВЧ.

Поэтому я решил попытаться сделать "гибрид" CurtainQuad и панельной антенны: необходимой формы "решетку" сформировать на фольгированном стеклотекстолите. Такой подход обещает следующие преимущества:

1. Рисунок проводников можно выполнить с высокой точностью и долговременной стабильностью, в отличие от проволочной решетки, элементы которой "съедут" от любого неаккуратного обращения;
2. "CurtainQuad" является в большей степени "магнитной" антенной, в отличие от традиционно входящих в состав панелей патчей, являющихся "электрическими" элементами. На характеристики патчей большое влияние оказывает диэлектрическая проницаемость окружающих материалов, которая очень разнообразна и часто непредсказуема. На "магнитные" же антенны влияние оказывает в основном магнитная проницаемость материалов, которая для большинства диэлектриков близка к 1. Так что, по идее, параметры CurtainQuad будут меньше зависеть от характеристик конструкционных материалов.
3. У большинства панельных антенн весьма сложный рисунок проводников на плате, что требует применения различных нетривиальных технологий нанесения его ("Оракал" на плоттере, "лазерный утюг" и т.п.), с последующим травлением. У "печатного CurtainQuad" обещается весьма простой рисунок, который я предполагаю выполнять путем прорезания фольги резаком или скальпелем под линейку, с ручным отдиранием "лишней" фольги. Не потребуется никаких специфических материлов, инструментов и химии.

Вот так. Начать я решил, согласно оригинальной статье, с простейшего "3-элементного" варианта. (Автор Ross Anderson предлагает именовать подобные антенны по количеству реально излучающих элементов.) Что получилось:

На простейшем прямоугольном куске стеклотекстолита размерами примерно 280х51мм с парой прямоугольных вырезов, резко сразу получается аж 14дБи усиления с неплохим согласованием!!! :shok : :yahoo:

Далее выложу описание того, что уже намоделировал.

[Al_]

Как я понимаю - это развитие темы начатой ddmmiittrryy - Интересный вариантик ?
Ну что ж, весьма интересно что ещё можно сделать кроме Panel 18db

"CurtainQuad" является в большей степени "магнитной" антенной... На "магнитные" же антенны влияние оказывает в основном магнитная проницаемость материалов, которая для большинства диэлектриков близка к 1. Так что, по идее, параметры CurtainQuad будут меньше зависеть от характеристик конструкционных материалов.

вот это интересно, так как панели на текстолите делать зарёкся.

[GrayCat]

Как я понимаю - это развитие темы начатой ddmmiittrryy?

Ну, не то чтобы развитие... Совершенно другой конструктив на тех же "электрических" принципах.

вот это интересно, так как панели на текстолите делать зарёкся.

Сейчас, собственно, моделирую зависимость характеристик антенны от параметров стеклотекстолита. Пока получается, что вариация толщины подложки от 0.5мм до 2мм дает изменение резонансной частоты в пределах 100 МГц. Это весьма обнадеживает :yahoo: . Я пока что буду ориентироваться на наиболее стандартный 1.5-мм стеклотекстолит.

[GrayCat]

Итак. Простейшая антенна такого типа:

На фольгированном стеклотекстолите толщиной 1.5мм с размерами 294.6 х 53.2мм из фольги вырезаны 2 прямоугольных "окна" размерами 111.3 х 45.2мм. Таким образом, получаются 3 "вибратора" шириной по 24мм и боковые "соединители" шириной по 4мм. В центральном вибраторе вырезана "щель" шириной 5мм - к ее краям подходит фидер.

Эта панель установлена медью к рефлектору на расстоянии 10мм. Рефлектор имеет размеры 355 х 113мм.

Вот, собственно, и все! :yahoo::dirol: Вопросами симметрирования питания и крепления панели к рефлектору я пока не занимался, мне сейчас важно отработать основу.

[GrayCat]

Что из этого получается:

• Коэффициент усиления антенны 14дБи на частоте 2.44МГц;
• КСВ не более 2 в полосе 2.4--2.5МГц;
• Ширина главного лепестка по уровню -3дБ около 16° по вертикали и почти точно 60° по горизонтали, поляризация горизонтальная.

Таким образом, с помощью простейших средств получается практически секторная (60°) антенна с горизонтальной поляризацией и усилением уже 14дБи! :yahoo:

[GrayCat]

Важно было убедиться, наскольно мои предположения о малости влияния материала панели соответствуют действительности. Для этого я проварьировал диэлектрическую постоянную стеклотекстолита в пределах от 4.2 до 4.6, а также "тангенс диэлектрических потерь" от 0.01 до 0.04. Вот результаты по КСВ и диаграмме направленности:

[GrayCat]

Как видно, изменение ε приводит к смещению резонансной частоты на десятки МГц, а увеличение потерь в материале лишь на доли дБ ухудшает коэффициент усиления.

Так что, думаю, надо будет не полениться и сделать такой вариант. А пока, буду обсчитвывать более сложные системы, добавлю еще прямоугольничков ;) .

"Вырезка" фольги в следующем файле.

Обсудим? :drinks:

[J.Forfun]

Конструкция очень интересная и перспективная в силу технологичности изготовленния.
Какое расчетное волновое сопротивление с рефлектором? Размер рефлектора критичен?
Из разных источников - для магнитных антенн симметрирование менее критично чем для электрических.

[GrayCat]

Конструкция очень интересная и прспективная в силу технологичности изготовленния.

Вот и я надеюсь! :drinks:

Какое расчетное волновое сопротивление с рефлектором?

Дык, 50 Ом родимые!

Размер рефлектора критичен?

Думаю, нет. Но проверю :)

Вот расстояние до рефлектора чуть-чуть рассогласовывает и резонансную частоту немного сдвигает. Думаю, некритично ;)

Из разных источников - для магнитных антенн симметрирование менее критично чем для электрических.

Эт'хорошо!... Как бы это самое симметрирование проверить в модели? Никак не соображу, что надо навертеть в HFSS, чтобы симметрию проверить...

[ddmmiittrryy]

вот наконец-то тема о секторных антеннах. рассмотрите плиз.... вот эту http://www.lan23.ru/forum/showthread.php?t=2644 там 18 дБ

[GrayCat]

вот наконец-то тема о секторных антеннах. рассмотрите плиз.... вот эту http://www.lan23.ru/forum/showthread.php?t=2644 там 18 дБ

Вообще-то, тема не о конкретно секторных. Просто вот этот минимальный вариант CurtainQuad получился секторным из-за его геометрии: большой высоты и малой ширины. По мере добавления элементов ДН будет сужаться.

[J.Forfun]

Как бы это самое симметрирование проверить в модели? Никак не соображу, что надо навертеть в HFSS, чтобы симметрию проверить...

Я не работал с HFSS, но навскидку, нужно соединить коаксиал с рефлектором и смотреть распределение токов (в вариантах с симметрированием и без) на обратной стороне рефлектора.
Ну или пердставить коаксиал частью антенны и смотреть излучение коаксиала.

[GrayCat]

Тэкк-с, пока что предварительно "7-элементный PCB CurtainQuad" (с еще парой прямоугольников по бокам) дает около 16 дБи усиления... Уже вкусно :)

[GrayCat]

А вот начал моделировать и "13-элементный" вариант, аналог http://www.lan23.ru/forum/showthread.php?t=2659 . Усиление 18дБи уже получается, осталось только импеданс к 50 Омам довести.

При своих размерах 366х328мм получается реальный конкурент FA-20 ;) .

[GrayCat]

Вот "четвертинка" 13-элементной антенны, и ее ДН: