Теория и практика спиральной антенны.

[Василий!]

Я начал с теории.
Уперся я в спиральную антенну по той причине что не критична в точности + большое усиление но в реальности усиление меньше чем выдают готовые калькуляторы вот собрал набросок калькулятора в екселе формулы и таблицы с рефератов и других источников.
Отталкивает одно антенна не замкнутая + 2,5мм провод для спирали отсутствует, сопротивление сильно зависит от толщины провода спирали, странно но на это вообще мало кто обращает внимание. И почему то не встречал чертежей на 2,4 Гц сдвоиных антенн.

PS калькулятор заменил была ощибка в вычислении толщины провода в %-х длинны волны

[uve]

Василий, как Вы измеряете усиление спиральной антенны? Почему Вы решили, что нужен провод только диаметром 2.5 мм ?

P.S. Сравнил я Ваш калькулятор, с нормальным. Похоже калькулятор составлен неверно. Посчитал спираль с n=5 по указанной геометрии : усиление получилось 9.29 дБi ( 7.14 дБ ), входной импеданс
96 - j77 OHm. А Ваш калькулятор обещал : 12.6 дБ и 240 Ом.

После оптимизации я получил от пяти витковой спирали около 13 дБi, но размеры геометрии совсем другие получились.

[Василий!]

Дело в том что антенна на столько широкополосная что шаг спирали может изменятся от 0,22-0,25 длинны волны а длинна развертки витка от 0,75-1,3 длинны волны, в итоге жесткой формулы нет. Выходное сопротивление на порядок больше зависит от толщины провода чем от угла намотки.
2,5мм это (2 % длинны волны) нужен чтобы получить выходное сопротивление 140 Ом.
Данные усиления не рассчитываются а берутся из таблицы (по тому ограничение от 5 витков до 25), взяты из сайта http://dl2kq.de/ant/kniga/1345.htm

Нашел калькулятор вычисления волнового сопротивления полосковой линии. http://www.radioscanner.ru/files/construction/file1397/
Все таки мечтаю сделать двойную спиральную антенну.

[uve]

Моё мнение такое: автор сайта общее описание спиральных антенн переписал из учебников правильно. Но расчёты проводил некорректно, поскольку пользовался программой MMANA-GAL в хелпе которой записано, что точность вычислений с проводами диаметром больше 1% от лямбда приводят к неточностям в вычислениях, а при более 3% вообще недопустимы.
Собственно Вы и сами видите, что усиление, указанное на сайте, получается больше реального. Я проверил геометрию указанную на сайте Гончаренко в программе электромагнитного моделирования, у меня нет сомнений, что он ошибся в расчётах.

Диаметр провода можно взять почти любой ( для 2.4 ГГц). Я проверил расчётом для диаметров 0.6 мм, 1.2 мм, 1.8 мм. Для пяти витковой антенны импеданс на частоте максимального усиления( около 13 дБi ) получился соответственно: 158-j67, 119-j59, 90-j50. У моих расчётов спираль от рефлектора не удалялась.
Т.е. я оптимизировал геометрию по усилению, а схему согласования можно легко для таких импедансов реализовать.

И оптимальный ( для усиления) шаг спирали, у меня получился 0.27L - 33 мм.

P.S. На фото один из вариантов расчёта 5-виткового хеликса на пластиковой трубе 40 мм с эпсилон 3.5 .

[Василий!]

Может и ошибся но встречал не на одном сайте что усиление антенны больше 11 витков правильно вычислить сложно (и реально оно меньше чем выдают калькуляторы), возможно автор привел график реальных замеров реальных антенн.
Каким калькулятором пользуешься учитывается ли при расчетах влияние пластиковой трубы.

[uve]

Я взял размеры 5-виткового хеликса из предложенного Вами калькулятора. Я так понял, что Вы его взяли на сайте Гончаренко. Диаметр хеликса 47.8 мм( 0.38L ), шаг витка 27.082 мм, расст. до рефлектора 16 мм и рефлектор диаметром 76.322 мм. Проверил в двух калькуляторах HFSS и FEKO - ни один более 11.2 дБi усиления не насчитал на 2.45 ГГц, а это 9 дБ.
Потом изменил геометрию по своему усмотрению и смоделировал с пластиковой сантехнической трубой d=40 mm, толщина стенки 2 мм. Я поставил эпсилон 3.5 ( надо бы уточнить), влияние на характеристики очень сильное, частота максимального усиления смещается вниз примерно на 24%. Поэтому пришлось опять всю геометрию менять.
С 15 витковым хеликсом в такой трубе усиление получилось примерно 15.5 дБi и входной импеданс 74-j34 Ом( диаметр провода 1.8 мм).

[Василий!]

Изучать программы моделирования антенн ради того чтобы сделать пару антенн нет желания.
У меня есть два варианта провода 1,8мм медь и 3,5мм алюминий но наверное сделаю из алюминия без каркаса на распорках чтобы не заморачиватся с коэффициентом укорочения.
В другом сайте автор предлагает антенну закоротить чверть волновой линией для сужения полосы пропускания это было бы очень полезно для защиты от молнии на основе той же линии можно сделать и согласование сопротивлений, тока не знаю как узнать коэффициент укорочения линии как будет (коэффициент укорочения по английски) может калькулятор полосковых линий (выше указана ссылка) и показывает этот коэффициент но я не знаю где его смотреть.

[Василий!]

Пробовал мотать спираль и опять вопрос как правильно мерять диаметр спирали по внутри или по центру проводника при диаметре провода 3,5мм разница довольно большая.

[uve]

Обычно диаметр спирали указывают по осевой линии провода. Иногда специально оговаривают диаметр оправки для намотки, в Вашем калькуляторе по оси провода.

[Василий!]

Спасибо, найду основу для намотки меньшего диаметра. Интересно сильно влияет угол намотки спирали на усиление, градус выбирают в среднем 12<a>15.
В бескаркасном варианте можно будет поэкспериментировать с шагом.
Переделал калькулятор чтоб отображал градус подъема спирали и другие размеры в отношении к длиннее волны.

[uve]

Электромагнитный симулятор, для 5-витковой спирали давал такие значения усиления на 2.45 ГГц:
шаг витков 32 мм - 12.56 дБi
шаг 33 мм - 12.64 дБi
шаг 34 мм - 12.55 дБi

[Василий!]

Разница не значительная, не знаю, стока витковую антенну буду делать цель добиться максимальной скорости не менее 50 мегабит прямая видимость 1,5км.

[uve]

Учтите, что если ответная антенна с линейной поляризацией, то из усиления спиральной вычитается 3 дБ.
Чтобы не гадать, посчитайте какое усиление нужно. Для этого нужно знать излучаемую мощность ТД, чувствительность приёмников, усиление ответной антенны, затухание кабелей снижения и рельеф местности( для оценки видимости в 1 зоне Френеля и интерференционных влияний отражённого сигнала во 2 и 3 зонах Френеля).

[Василий!]

Обе антенны будут спиральные, так что проблем с этим не будет.

[Василий!]

Даже не знаю стоило ли делать ее без корпусной (тяжело делать) единственное преимущество по всей длине и во всех участках шаг спирали одинаковый. Направляющие шириной10 мм выпилил из остатка пластикового подоконника. Рефлектор из куска алюминиевого отлива материалы выбирал тока по причине наличия и того что алюминий не ржавеет теперь осталось согласовать.
Согласователь будет на основе коротко замкнутой чверть волновой линии, не хотелось бы делать в рефлекторе много дырок для поиска нужной длинны.