Решил выделить это в отдельную тему, т.к. вразумительных данных по этому поводу нигде не видел.
Экспериментировал я все со спиральной антенной (в MMANA) по поводу того как ее лучше согласовать с линией. Решил попробовать поменять шаг первого витка. Кто не в курсах почему это влияет - на пальцах: первый виток идет близко от экрана, поэтому сильно с ним взаимодействует и образует, вообще говоря, полосковую линию, т.е. линию передачи, но не коаксиальную, а... так называемую полосковую, т.е. проводник небольшого сечения над экраном (который в теории бесконечен, а на практике - во много раз больше проводника и расстояния между ним и экраном). Т.е. имеем отрезок линии неизвестного сопротивления между кабелем и собственно антенной. В обычной спиральной антенне провод слишком быстро "отрывается" от экрана, поэтому и сопротивление линии меняется скачкообразно - от этого стоячая волна и рассогласование и потеря мощности. Если же первый виток "поднимать" плавно, то и сопротивление линии будет меняться плавно, в результате отражения почти нет и согласование будет почти идеальным.
Попробовал я сначала сделать просто около 1/4 витка с очень малым шагом, а потом как обычно. Значит, подъем сделал от 0,5 мм в начале (это означает касание экрана при диаметре провода 1мм, но я пока просто экспериментировал - при бОльшем расстоянии было все хуже) до 1,5 мм в конце этого отрезка. Оказалось не очень - сопротивление хоть и упало, но не сильно - с 167Ом до порядка 80-90 (уже точно не помню, т.к. шагов по исправлению было много и на каком конкретно какие были показатели запомнить невозможно), в общем, неудовлетворительно. Потом решил, что нужно сделать плавный подъем с увеличивающимся шагом. Сделал, заодно длина переходного отрезка стала больше и почти сравнялась с 1/2 окружности (и длины волны, соответственно). Вот тут и получилось то чего я добивался. При разных размерах (+-чуть-чуть) сопротивление от 49 до 65Ом, однако реактивная составляющая порядка -57. Последняя величина практически не меняется и не зависит от конструктива переходного участка и я считаю что она возникла исключительно из недостатков модели, конкретно из-за грубости сетки отражателя, т.к. шаг у него - целый сантиметр, а расстояние до провода - миллиметры, к тому же реактивность очень сильно гуляет от параметра сегментации проводов экрана, так что на нее просто можно не обращать внимания. Ротхаммель пишет, что спиральная антенна реактивного сопротивления не дает - я склонен ему верить ;).
И тут я вспомнил, что что-то такое уже где-то видел... Конкретно в теории рупора, но там это относилось к акустическому излучению и, вообще говоря, рупор и есть трансформатор сопротивлений. Решил порыться в литературе по этому поводу, но уже применительно к полосковым линиям. Открываем Сазонова "антенны и устройства СВЧ", находим на 144-145 страницах - "плавные переходы для широкополосного согласования активных нагрузок" Там говорится, что америку я не открыл и все это прекрасно работает. Однако среди заумных интегралов ни одной полезной формулы, а она довольно простая.
H=H0*e^(b*x)
H- текущая высота линии
Н0 - начальная высота (там, где кабель подсоединяется)
е - число непера ~2,7
x - текущая координата по длине линии
b - самая интересная константа - она называется показателем расширения и от нее зависит во первых, как быстро будет задираться вверх кривая, а во вторых (что самое главное), на какой частоте наш экспоненциалный трансформатор перестанет работать - имеется в виду нижняя граничная частота - верхней нет.
По поводу того как соотнести последний параметр с нашими частотами не могу сказать ничего конкретного. НО! От него КОНСТРУКТИВНО зависит только длина линии согласования, т.е. можно попробовать сделать пару вариантов, допустим, на 1/2 длины окружности и на целую - если длинный вариант будет лучше, значит так и делать. Опираясь на результаты моделирования, думаю, что длина более 1/4 лямбда - вполне достаточна.
Для наглядность в экселе расчитал три кривые с разным показателем расширения и наложил на них развертку самой спирали (наклонные прямые). По точкам пересечения с экспоненциальными прямыми можно найти длину трансформатора - если не устраивает - пересчитать. Дальше печатай на принтере, клей к антенне и прокладывай провод по нарисованному - все дела.
Еще отдельно промоделировал полосковую линию - сделал сетку экрана максимально плотной, но вся конструкция меньше, поэтому просчитать проще. Вышло, что при диаметре провода 1мм и высоте над экраном тоже 1мм (зазор 0,5мм) сопротивление линии - почти точно 50 Ом (в воздухе), так что начальную высоту для расчета кривых брал 1мм.
На рисунке видно, что показатель расширения больше 0,05 брать не стОит - касательная к спирали (точка перехода трансформатора в антенну) при этом находится на расстоянии около 37мм, что чуть больше 1/4 лямбда. Можно попробовать взять b=0,4, но не меньше - сильно вытянутая кривая выходит.
Еще по этому поводу возникла мысль сделать всю антенну с экспоненциалным шагом. Такие, кстати, существуют, описано у Юрцева "спиральные антенны", но там ничо нипнаятна - одни интегралы на пол страницы - х.з. как из этого что-то понимать. В общем - вот инфа к размышлению, пользуйтесь.
Экспериментировал я все со спиральной антенной (в MMANA) по поводу того как ее лучше согласовать с линией. Решил попробовать поменять шаг первого витка. Кто не в курсах почему это влияет - на пальцах: первый виток идет близко от экрана, поэтому сильно с ним взаимодействует и образует, вообще говоря, полосковую линию, т.е. линию передачи, но не коаксиальную, а... так называемую полосковую, т.е. проводник небольшого сечения над экраном (который в теории бесконечен, а на практике - во много раз больше проводника и расстояния между ним и экраном). Т.е. имеем отрезок линии неизвестного сопротивления между кабелем и собственно антенной. В обычной спиральной антенне провод слишком быстро "отрывается" от экрана, поэтому и сопротивление линии меняется скачкообразно - от этого стоячая волна и рассогласование и потеря мощности. Если же первый виток "поднимать" плавно, то и сопротивление линии будет меняться плавно, в результате отражения почти нет и согласование будет почти идеальным.
Попробовал я сначала сделать просто около 1/4 витка с очень малым шагом, а потом как обычно. Значит, подъем сделал от 0,5 мм в начале (это означает касание экрана при диаметре провода 1мм, но я пока просто экспериментировал - при бОльшем расстоянии было все хуже) до 1,5 мм в конце этого отрезка. Оказалось не очень - сопротивление хоть и упало, но не сильно - с 167Ом до порядка 80-90 (уже точно не помню, т.к. шагов по исправлению было много и на каком конкретно какие были показатели запомнить невозможно), в общем, неудовлетворительно. Потом решил, что нужно сделать плавный подъем с увеличивающимся шагом. Сделал, заодно длина переходного отрезка стала больше и почти сравнялась с 1/2 окружности (и длины волны, соответственно). Вот тут и получилось то чего я добивался. При разных размерах (+-чуть-чуть) сопротивление от 49 до 65Ом, однако реактивная составляющая порядка -57. Последняя величина практически не меняется и не зависит от конструктива переходного участка и я считаю что она возникла исключительно из недостатков модели, конкретно из-за грубости сетки отражателя, т.к. шаг у него - целый сантиметр, а расстояние до провода - миллиметры, к тому же реактивность очень сильно гуляет от параметра сегментации проводов экрана, так что на нее просто можно не обращать внимания. Ротхаммель пишет, что спиральная антенна реактивного сопротивления не дает - я склонен ему верить ;).
И тут я вспомнил, что что-то такое уже где-то видел... Конкретно в теории рупора, но там это относилось к акустическому излучению и, вообще говоря, рупор и есть трансформатор сопротивлений. Решил порыться в литературе по этому поводу, но уже применительно к полосковым линиям. Открываем Сазонова "антенны и устройства СВЧ", находим на 144-145 страницах - "плавные переходы для широкополосного согласования активных нагрузок" Там говорится, что америку я не открыл и все это прекрасно работает. Однако среди заумных интегралов ни одной полезной формулы, а она довольно простая.
H=H0*e^(b*x)
H- текущая высота линии
Н0 - начальная высота (там, где кабель подсоединяется)
е - число непера ~2,7
x - текущая координата по длине линии
b - самая интересная константа - она называется показателем расширения и от нее зависит во первых, как быстро будет задираться вверх кривая, а во вторых (что самое главное), на какой частоте наш экспоненциалный трансформатор перестанет работать - имеется в виду нижняя граничная частота - верхней нет.
По поводу того как соотнести последний параметр с нашими частотами не могу сказать ничего конкретного. НО! От него КОНСТРУКТИВНО зависит только длина линии согласования, т.е. можно попробовать сделать пару вариантов, допустим, на 1/2 длины окружности и на целую - если длинный вариант будет лучше, значит так и делать. Опираясь на результаты моделирования, думаю, что длина более 1/4 лямбда - вполне достаточна.
Для наглядность в экселе расчитал три кривые с разным показателем расширения и наложил на них развертку самой спирали (наклонные прямые). По точкам пересечения с экспоненциальными прямыми можно найти длину трансформатора - если не устраивает - пересчитать. Дальше печатай на принтере, клей к антенне и прокладывай провод по нарисованному - все дела.
Еще отдельно промоделировал полосковую линию - сделал сетку экрана максимально плотной, но вся конструкция меньше, поэтому просчитать проще. Вышло, что при диаметре провода 1мм и высоте над экраном тоже 1мм (зазор 0,5мм) сопротивление линии - почти точно 50 Ом (в воздухе), так что начальную высоту для расчета кривых брал 1мм.
На рисунке видно, что показатель расширения больше 0,05 брать не стОит - касательная к спирали (точка перехода трансформатора в антенну) при этом находится на расстоянии около 37мм, что чуть больше 1/4 лямбда. Можно попробовать взять b=0,4, но не меньше - сильно вытянутая кривая выходит.
Еще по этому поводу возникла мысль сделать всю антенну с экспоненциалным шагом. Такие, кстати, существуют, описано у Юрцева "спиральные антенны", но там ничо нипнаятна - одни интегралы на пол страницы - х.з. как из этого что-то понимать. В общем - вот инфа к размышлению, пользуйтесь.
Вложения
Комментарий