Согласование цепи и проволочка как антенна. Опции

[pq_bd]

Доброго время суток. Помогите пожалуйста решить или понять согласование цепи 2.45GHz. Имеем PA+LNA(cc2590) антенный порт имеет импеданс 61,723-j8.383 после фильтра имеем 44,351+j40.906. Необходимо подключить антенну в виде проволочки диаметром 0,5мм и длинной 30мм, посчитанный программой MMANA-GAL импеданс, 2,670-j1889.663. В просчетах получается полная бяка, так ли это будет в живую? Может неправильно посчитан импеданс антенны или необходимо добавить какие-то элементы для согласования? Конструктивно должно выглядеть типа припаянной проволочки к ПП. Не могу понять куда двигаться дальше, что делать. Прошу вашей помощи.

[SmarTrunk]

А исходя из чего длина проволочки-антенны взята именно 30 см? Имеется в виду, что это будет стационарная вертикальная антенна?

[pq_bd]

А исходя из чего длина проволочки-антенны взята именно 30 см? Имеется в виду, что это будет стационарная вертикальная антенна?

Из расчета 1/4 длинны волны, 2,45GHz=122.364mm/4=30.591 миллиметров. Антенна(кусочек провода) припаивается на печатную плату в близи фильтра. Направление антенны не имеет значения.

[Aner]

Если антенна, 1/4 длинны волны, то что будет противовесом или землей? От этого много чего зависит. MMANA-GAL не предназначена для этих частот, лучше пользоваться другими программами для этого. Направление антенны имеет значения, от этого также зависят ее характеристики.

[pq_bd]

Для простоты понимания прикрепляю картинку. По поводу противовеса это вопрос. У китайских приемниках для моделистов как-то согласовано, висит, торчит, телепается и работает на 500-900м, а у менгя 10dBm максимум 100метров прямой видимости.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Aner]

Тогда делайте как у китайцев, и не морочте себе голову. Хотите разобраться в антенной технике, почитайте книжки по современным антеннам. Там все есть для этого вашего простого случая. Хотите посчитать сами, пользуйтесть программами MWO, Feko, Antenna magus. В вашем случае будет работать на 100 метров и без фильтра, просто воткните вашу проволку на выход и все. Ну будет нехороший КСВ (2...4) потеряете ~50%, и ничего, зато как у китайцев.

[pq_bd]

В том-то и дело, что случай не простой, а морочить голову это по профессии призвание. Устройство серийное, ответственное, компактное, бюджет ооочень маленький, вот и морочу себе голову. Китайский я привел в пример по которому ориентироваться как набор минимальных требований. Программы известны, но пользуюсь только бесплатными. Тыкать можно что угодно и куда угодно, нужна обоснованность. Нуждаюсь в совете или решении, того и попросил помощи знающих.
Тем более что это

Там все есть для этого вашего простого случая.

[Aner]

подойдет F-антенна или Smart-антенна?

[pq_bd]

подойдет F-антенна или Smart-антенна?

Нет. Эти антенны мне известны. Нужна именно проволочка.

[Proffessor]

... Нужна именно проволочка.

Вы шли в правильном направлении но неверным курсом. Чтобы результаты расчета импеданса были близки к реальности, надо в ммане задавать реальную землю с малой проводимостью и малой проницаемостью. Либо смоделировать как геометрически несимметричный вибратор в свободном пространстве, у которого верхнее плечо проволочка, нижнее - в виде пустой горизонтальной рамки по размерам платы трансивера. Кроме того для мманы есть примочка: NEC для MMANA, сделана специально для правильного расчета импеданса, очень желательно пользоваться в таких случаях, распространяется свободно, найдете в инете. Далее для реального импеданса проволочки рассчитываете согласующую цепь.
Кстати для нижнего плеча в виде горизонтальной рамки размерами 50х100мм (проволочка на 30мм торчит с угла вверх) у меня получилось 59,73-j95.1 ом, что больше похоже на правду. Хотел прислать файл, но мне запрещено загружать такой тип файлов.

Сообщение отредактировал Proffessor - Feb 7 2012, 14:06

[Georgy]

Не проще ли припаять проволочку 40 см, и постепенно её откусывая найти самую большую дальность действия или наибольшую напряжённость сигнала в дальней зоне?

[Aner]

Не проще ли припаять проволочку 40 см, и постепенно её откусывая найти самую большую дальность действия или наибольшую напряжённость сигнала в дальней зоне?

так делать не надо.

[Georgy]

Это пуркуа?

[Proffessor]

Это пуркуа?

Потому что даже методом подбора длины проволочки нельзя будет добиться ее входного сопротивления 50ом, обязательно будет какая-то реактивная составляющая. Это только в идеальном случае, когда вертикальный четвертьволновый вибратор находится над безконечной идеально проводящей поверхностью, его входное сопротивление активно, но тем не менее равно даже не 50, а всего лишь 36ом. Поэтому согласование все равно нужно, а для того, чтобы правильно согласовать, надо расчетом прикинуть хотя бы приблизительно импеданс проволочки.
Если входное сопротивление штырька действительно Zi=60-J*95ом, как посчитала моя ммана, то здесь для хорошего согласования достаточно лишь скомпенсировать реактивную составляющую антенны и плюс еще реактивную составляющую антенного порта трансивера -J*8ом, включив последовательно со штырьком индуктивность 6,8nH.
После этого можно смело экспериментировать с откусыванием и прочим, добиваясь максимальной дальности связи.

Сообщение отредактировал Proffessor - Feb 7 2012, 14:05

[Georgy]

Хорошо, но гладко сделать рассчёт вряд ли удастся, и добавленный или отрезанный кусочек проводка снивелирует погрешность рассчёта 6,8 наногенри. Нанотехнология ... Буде короче или длиннее 1/4 длины на немного, и ничего страшного.
Ну а цель действа в получении максимального поля а не воображаемого какого-то сопротивления. другое дело если конструктивную ёмкость добавить, типа другого проводка, и ею, болезной, проводить настройку на максимум отдачи. Или скрутить спиралью начало проволочки-антенны, изобразив т.о. "L" составляющую.
Глобально увеличить дальность, до 500 вместо 100 метров только антенной из проволочки вряд ли возможно.

[Aner]

Все нормально считается и допуски и разбросы ( как по длине проволочки, так и по реактивностям ) четвертьволновый вибратор...~36ом теория только.
На практике больше 20 Ом уже хорошо, из-за хорошей ровной земли. А если это край платы, еще хуже если это угол платы, то об антенне GP можно не вспоминать, там другие расчеты. Поскольку длина волны короткая, выигрывают по компактности и по геометрии, смарт антенны. Их примеяют чаще. Посмотрите на антенны у мобильников с 3G (где используется 2100 Mhz, близкая к частоте 2400Mhz) возможно это лучшее решение на сегодня.

[Aner]

.

[pq_bd]

Спасибо всем за помощь. С проволочкой похоже пролет. Не получиться с ней стабильных результатов. Наверное всетаки придётся смотреть в сторону F-антенны. А проволочку оставим китайцам.

[EVS]

С проволочкой похоже пролет. Не получиться с ней стабильных результатов.

Можно узнать, откуда столь категоричный вывод? При том, что вы не дали практически ни одной характеристики, позволяющей вообще давать какие-либо советы.
Например, проволочный монополь 30мм, установленный в середине платы 20x20 (см. рис.) дает практически идеальный 50-омный излучатель для ISM2400 с огромным запасом по полосе.

[yak40]

проволочный монополь 30мм, установленный в середине платы 20x20 (см. рис.) дает практически идеальный 50-омный излучатель для ISM2400 с огромным запасом по полосе.

Дорогой EVS
Полскажите пожалуйста можно ли произвести симуляцию VSWR для normal mode spring antenna на частоте 174MHz (пружинка из медной провлоки 2мм) установленной на металлической плате 60*20 при помощи HFSS.?

[felix2]

yak40
В вашем девайсе что, кроме (60*20) земли в ближнем поле никаких проводов и прочих железяк нет? Странно как-то.

[VladimirVM]

Хорошо, но гладко сделать рассчёт вряд ли удастся, и добавленный или отрезанный кусочек проводка снивелирует погрешность рассчёта 6,8 наногенри. Нанотехнология ... Буде короче или длиннее 1/4 длины на немного, и ничего страшного.
Ну а цель действа в получении максимального поля а не воображаемого какого-то сопротивления. другое дело если конструктивную ёмкость добавить, типа другого проводка, и ею, болезной, проводить настройку на максимум отдачи. Или скрутить спиралью начало проволочки-антенны, изобразив т.о. "L" составляющую.
Глобально увеличить дальность, до 500 вместо 100 метров только антенной из проволочки вряд ли возможно.

Не морочьте человеку голову ...
Сопротивление штырьевой антенны можно вычислить по след.формуле -
Za=60*ln 1.15*(l/d)
где: l - длина антенны в см., d - диаметр антенного штыря в см., Za - в Омах.
Найдете сопротивление антенны, далее известными методами расчитаете цепь согласования ...
Как дополнение (для общего понимания) - четверть волновую антенну можно представить, как последовательный колебательный контур, находящийся в резонансе с потерями.

[EVS]

Дорогой EVS
Полскажите пожалуйста можно ли...

Не менее дорогой yak40 .
Да можно, конечно. Но, как совершенно справедливо удивился ув. felix2, уж больно хилый для такой частоты у вас противовес.

[uve]

Не морочьте человеку голову ...
Сопротивление штырьевой антенны можно вычислить по след.формуле -
Za=60*ln 1.15*(l/d)
где: l - длина антенны в см., d - диаметр антенного штыря в см., Za - в Омах.
Найдете сопротивление антенны, далее известными методами расчитаете цепь согласования ...

Не объясните, заодно, как эта формула учитывает электромагнитную связь штыревой антенны с противовесной частью, которая может иметь различную геометрию и расположение ?

[yak40]

Всем Спасибо за отклик!

Попробую обьяснить подробнее:

"В вашем девайсе что, кроме (60*20) земли в ближнем поле никаких проводов и прочих железяк нет?"

- Конечно же землянная площадка (60*20мм) является верхней частью прибора над которой находится спиральная антенна,
Металлический корпус имеет следующие размеры 1000*60*20мм .


"Сопротивление штырьевой антенны можно вычислить по след.формуле -
Za=60*ln 1.15*(l/d)
где: l - длина антенны в см., d - диаметр антенного штыря в см., Za - в Омах.
Найдете сопротивление антенны, далее известными методами расчитаете цепь согласования ..."

- К сожалению длинна антенны L/4 не приемлема для данного девайса

- Земляной полигон хилый - согласен на 100%

Хотелось бы теоретически подтвердить то что получили практически .

Медная спираль из провлоки 1.5мм , n=21.5 , виток к витку (см. файл) над таким полигоном , дала максимальное приближение по уровню принимаемого сигнала на расстоянии 15 км между тестируемым девайсом со спиральной антенной и L/4 штырем при одинаковой мощности передатчиков. Спиральная антенна дала -3дБ меньше уровень чем L/4 штырь.
Отстройку спиральной антенны вел по мах возможному уровню принимаемого сигнала при потребляемом токе передатчика близким по возможности к току измеренному на 50Ом проводящей нагрузке,

Можно ли уменьшить высоту спиральной антенны (изменить диаметр провлоки ,диаметр катушки) получая приблизительно такой же уровень принимаемого сигнала?
Всем Спасибо за отклик!

Прикрепленные файлы

 174_1.5mm.doc ( 427 килобайт ) Кол-во скачиваний: 42

 

[felix2]

Медная спираль из провлоки 1.5мм , n=21.5 , виток к витку (см. файл) над таким полигоном , дала максимальное приближение по уровню принимаемого сигнала на расстоянии 15 км между тестируемым девайсом со спиральной антенной и L/4 штырем при одинаковой мощности передатчиков. Спиральная антенна дала -3дБ меньше уровень чем L/4 штырь.
Отстройку спиральной антенны вел по мах возможному уровню принимаемого сигнала при потребляемом токе передатчика близким по возможности к току измеренному на 50Ом проводящей нагрузке,

Можно ли уменьшить высоту спиральной антенны (изменить диаметр провлоки ,диаметр катушки) получая приблизительно такой же уровень принимаемого сигнала?
Всем Спасибо за отклик!

Судя по всему, вы не смогли в достаточной степени согласовать свою спираль. Согласуете, тогда получите что-то близкое к четвертьволновому штырю в том же корпусе. Ну может, на 1 дБ поменьше (зависит от длины спирали, и как следствие- от потерь в ней самой и в СУ). Честно говоря, я геометрию вашу из фото не понял. Кстати, какая у вас длина спирали получилась и диаметр ее витка?

[yak40]

"получите что-то близкое к четвертьволновому штырю в том же корпусе.
Ну может, на 1 дБ поменьше (зависит от длины спирали, и как следствие- от потерь в ней самой и в СУ).
Честно говоря, я геометрию вашу из фото не понял. Кстати, какая у вас длина спирали получилась и диаметр ее витка?"


Получилось -3 ДБ от штырьевой.
Внутренний диаметр спирали - 9.1мм, количество витков 21.5 , провлока -медь 1.5мм те длинна раскрученной спирали
L=(21,5*3,14*9,1)=614мм + прямой участок 30мм = 914mm.

Добавил в файл вид на площадку с верху.

Косвенным индикатором согласования являлся ток передатчика I tx (ant)~= I tx (50ohm) при максимальном принимаемом сигнале.
Проверка на нетворк анализаторе ( кабель +корпус+антенна) дала SWR=1.2

Прикрепленные файлы

 174_1.5mm.doc ( 1.98 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 31

 

[felix2]

yak40
При таких малых линейных размерах излучателя и с таким диаметром провода, похоже, 3 дБ - это нормальная величина потерь в самой антенне и в СУ. Могу только посоветовать увеличить, насколько позволяют размеры -раза в полтора, диаметр провода (за счет вертикального отрезка). Думаю, децибела 1.5 -2 отобъете.
Это результаты анализа (по-быстрому) в ФЕКО, над идеальной землей.

[yak40]

"Это результаты анализа (по-быстрому) в ФЕКО, над идеальной землей."

Значит ФЕКО дает возможность проводить симуляцию для спиральной антенны над землянным полигоном?
К сожалению у меня отсутствует такой симулятор.
По поводу увеличения диаметра провлоки это верно - при увеличении d c 1mm до 1.5mm я получил значительный выигрыш в уровне принимаемого сигнала.
Можно ли получить подобные симуляции в Momentum ?
Мне нужно добиться минимально возможной высоты спирали при сохранении уровня принимаемого сигнала?

[felix2]

yak40

Можно ли получить подобные симуляции в Momentum ?

Я не в теме. Может быть, кто другой подскажет.

Мне нужно добиться минимально возможной высоты спирали при сохранении уровня принимаемого сигнала?

Это вопрос или утверждение?

[yak40]

"Мне нужно добиться минимально возможной высоты спирали при сохранении уровня принимаемого сигнала?"
Это вопрос или утверждение?"

Это задача которую нужно решить .
Уменьшение размеров девайса требует уменьшение размеров антенны .
Мне нужно понять в каком направлении нужно идти : увеличить диаметр спирали при уменьшении ее высоты, варьировать диаметром медной провлоки, применить серебрянное покрытие провлоки , ввести фериттовый сердечник итд. но все эти измененя не должны значительно повлиять на efficiency антенны.
Без симуляции такой 3D структуры ни как не обойтись , если работать напильником и молотком то это сожрет уйму времени.

[felix2]

"Мне нужно добиться минимально возможной высоты спирали при сохранении уровня принимаемого сигнала?"
Это вопрос или утверждение?"

Это задача которую нужно решить .
Уменьшение размеров девайса требует уменьшение размеров антенны .
Мне нужно понять в каком направлении нужно идти : увеличить диаметр спирали при уменьшении ее высоты, варьировать диаметром медной провлоки, применить серебрянное покрытие провлоки , ввести фериттовый сердечник итд. но все эти измененя не должны значительно повлиять на efficiency антенны.
Без симуляции такой 3D структуры ни как не обойтись , если работать напильником и молотком то это сожрет уйму времени.

Для подобных коротких антенн, как и в некоторых других жизненных ситуациях, действует общее правило : чем длиньше и толще тем лучше. И наоборот. Поэтому желательно сохранить максимально возможную длину антенны. Если есть возможность, создайте Г-образную или Т-образную геометрию. Провод, как вы убедились, нужно брать потолще. Серебрение не лишне, но революции не сделает, можно просто покрыть лаком. В феррите получите только дополнительные потери.
Критерием того, что пора заканчивать, является примерное равенство полей от вашей антенны и от четвертьволнового вибратора. Не лишним будет проверить направление максимума ДН. Покрутите ваш девайс по разным осям вместе с большой коробкой и посмотрите, как поле меняется. Учитывая отсутствие нормального противовеса возможен развал ДН. Расчет тоже нужно будет производить с учетом всех возможных ответвлений излучающих токов по экрану.

[yak40]

Если есть возможность, создайте Г-образную или Т-образную геометрию

Г спираль образная не дала результата по уровню принимаемого сигнала, повидимому часть излучаемой энергии рассеивается на землянном полигоне + ярко выраженная направленность, уровень принимаемого сигнала упал на 10дб в мах.направлении.

Увеличение диаметра спирали (для уменьшения ее высоты) то же сильно уменьшило на уровень принимаемого сигнала (в различных положениях девайса)

По всей видимости то что у меня есть это самое оптимальное соотношение заданных габаритов девайса и размеров антенны,

Спасибо за дискуссию!!!