Программа для моделирования геометрии спиральных антенн

[Viacheslav]

Доброго времени суток! Хотел обратиться к вашему сообществу с одним вопросом. Мне для дипломного проекта необходимо смоделировать и построить спиральную антенну на 714 MGz. Ну собрать я её уже собрал, даже две )
Но встал вопрос моделирования. Своими силами мне удалось смоделировать вот такую аннтенку. В принципе очень даже ничего, как то я увидел скрин программы которая сама рассчитывает геометрию и даёт координаты для программы MANNA. В этом собственно и состоит вопрос, что это за чудо программка?

Скрин проги:

Скрин антенны построенной по данным этой программы:

[uve]

Вячеслав, похоже это какой то простейший калькулятор, который считает координаты геометрии. Не пользовался таким.
Интересно каков входной импеданс и усиление выдала ММАНА по Вашей первой модели?. Почему у Вас первый провод в ней не меняет координату Z или спираль начинает завивку после первого провода? Радиус спирали, я понял 69 мм, а шаг витка какой?

[Viacheslav]

Вот скрины Manna

Я не знал как правильно подключить спираль к экрану. Поэтому получилось как есть.

ДН:

[VBM]

Я не знал как правильно подключить спираль к экрану. Поэтому получилось как есть.

получилось как есть = дотошный преподаватель (даже не так, если препод. соображает в моделировании) за такую точку питания поставит нИИзачЁд , будет очень обидно потраченного вами времени. Посмотрите на сайте и форуме (ключевое слово Helix и т.д.) там есть темы про эти антенны и модели для MANNA.

[uve]

Вячеслав, получилось похоже на реальные характеристики( импеданс, усиление). Каков шаг спирали, Вы так и не написали. Я посмотрел эту геометрию в другой программе, при шаге спирали 75 мм входной импеданс получился 112-j57.6 Ома, усиление 13 дБi, при радиусе рефлектора 200 мм и диаметре провода 4 мм, 10 вит, f = 714 МГц.
Однако, обычно антенный расчёт считают законченным, когда входной импеданс приведён к значению сопротивления питающего кабеля. Поэтому нужно установить на рефлекторе согласующее устройство, которое странсформирует импеданс антенны в 50( или 75) Ом. На скрине расчёт модели вместе с согласующим устройством, VSWR нормировано к 50 Омам.

[Viacheslav]

получилось как есть = дотошный преподаватель (даже не так, если препод. соображает в моделировании) за такую точку питания поставит нИИзачЁд , будет очень обидно потраченного вами времени. Посмотрите на сайте и форуме (ключевое слово Helix и т.д.) там есть темы про эти антенны и модели для MANNA.

Безусловно, вы правы, но так как тема диплома охватывает довольно большую часть науки о побочных электромагнитных излучениях - никто даже не обратит внимание на то, что я криво воткнул фидер. Эта модель в Manna-gal нужна лишь для отвода глаз. Поэтому и встал вопрос о неизвестной мне програмке расчёта геометрии антенн для Manna, которая выдаёт замечательные данные для красивых, круглых (а не как у меня - восьмиугольных) антенн. Учитывая то, что эти антенны уже собраны и работают замечательно, думаю вопросов не возникнет. Просто надо показать что я не с потолка взял и собрал антенны (так оно кстати и было). В качестве согласователя я использовал четвертьволновый трансформатор.

Шаг витка составил 10 см.

И ещё один вопрос - что за чудо медный треугольничек-согласователь используется в helix антеннах для wifi диапазона? Как ни гуглил - теории его расчёта так и не нашёл. Только читал что его создали экспериментальным путём. Есть ли варианты рассчитать такой-же, но для 714 MGz?

[uve]

Если на защите диплома будет сведующий в антеннах человек, придётся Вам отвечать на много доп. вопросов. Например: как Вы умудрились согласовать четверть волновым трансформатором импеданс антенны с большой реактивной составляющей! И что на инженерном языке означает параметр - "работают замечательно".
По поводу треугольника, это эквивалент двухступенчатого( или 3-х ступенчатого - зависит от длины) L/4 трансформатора - экспоненциальный трансформатор. Применяется для расширения полосы рабочих частот. Имеет плавное изменение волнового сопротивления по длине. Можно и его посчитать в ЭМСимуляторе или на логарифмической линейке.

[Viacheslav]

Воу воу палехше )
Забыл упомянуть что препод который читал нам приёмо-передающие устройства - мужчина 82 лет с очень сильным желанием спать во время лекции. Он же и единственный кто обладает такими знаниями, и опять же он любит спать) Поэтому вероятность того что мою модель раскусят - КРАЙНЕ МАЛА (с).

антенны сейчас в универе, фотки под рукой нет. Согласование выглядит аналогично :

Работают замечательно: на расчётной частоте КСВ меньше 2,5. На неё же приходиться и пик мощности излучения (генератор линейный вплоть до +-20 мкв/m в диапазоне 30-999 MGZ). Во избежание дальнейших вопросов: в качестве приёмника был комплекс АКОР-2ПК(с AR5000 на борту), антенны расставлялись на расстоянии 60 метров на высоте 1,5 м над землёй.


А по поводу треугольника, везде где я читал данный треугольник в первую очередь описывали как согласующие устройство. И каким именно методом его можно рассчитать?

И неужели никто не знает что это за программа из-за которой я и обратился сюда ? :)

[uve]

Думаю, это не программа, а калькулятор на базе формул из маткада, для конкретной антенны - спиральной. Помогает строить кусочно-ломаную апроксимацию витков спирали для дальнейшего ввода геометрии в ММАНу.
Ксв 2.5 говорит о плохом изготовлении антенны. Трансформатор L/4 согласовывает только импедансы без реактивной составляющей. Поэтому согласующее устройство выполнено неверно. Шаг 10 см не оптимален для 714 МГц( потеря возможного усиления).

По "треугольнику". Для его расчёта нужно знать величину входного импеданса спирали. И не того, что Вы рассчитали в ММАНе, т.к." трегольник" подключен к спирали, поднятой над рефлектором до верхней точки "треугольника".
Проще всего такую конструкцию спирали с согласованием " треугольником" делать моделированием в ЭМСимуляторе, путём создания модели антенны в полном составе: рефлектор, спираль, "треугольник", коаксиальный разъём и диэлектрическая труба, вокруг которой располагается спираль.

[Viacheslav]

Бесспорно - моих знаний недостаточно для изготовления добротной спиральной антенны. Я руководствовался только найденной литературой и книгами Айзенберга и ко. Можете ли вы что-нибудь посоветовать для согласования такой 150 омной антенны ? А по поводу потери усиления - это не критично в принципе, так как у меня главными данными будут сравнение характеристик полученных при разных положениях антенн, а так же различного рода экранов между ними, а не точные измерения.

Надо было сразу обратиться за помощью на ваш форум, который мне рекомендовал мой радиотехнический одногрупник. У меня не у кого было спросить совета, учитывая что ничего внятного кроме как *Возьми книги Айзенберга, юный падаван* от нашего "антенного" препода.

[uve]

Для определения необходимой схемы согласования можно пойти двумя путями:

1 Изменением геометрии спирали добиться нулевой реактивности входного импеданса на частоте 714 Мгц. И тогда станет возможным использование L/4 трансформатора. Например, моя модель( см пост выше) имеет резонанс на частоте 900 МГц - 94+j0. При этом придётся смириться с не оптимальностью других характеристик антенны.

2 В проге ММАНА в сервисах есть калькулятор согласования импедансов на одной линии. Можно воспользоваться им для определения параметров согласующей линии, которая будет отлична от длины L/4. Возможно удастся ей провести согласование с компенсацией реактивности.

Я в своей модели антенны использовал такую линию, правда получить одновременно согласование по Re и Im не удалось и я установил компенсирующий остаточную реактивность конденсатор. Замечу, что в калькуляторе ММАНы согласование получилось, но он не учитывает электромагнитную связь открытой согласующей линии с антенной. Поэтому пришлось в модели добавить компенсирующий конденсатор.

[Viacheslav]

А что за программу вы использовали для построения своей модели на 714 МГц ?

[uve]

На скрине же написано - HFSS