Не получается ничего найти по согласованию антенны и волноводного тракта.
Есть волновод сечением 23х10мм, испольуемая частота f=10 Ггц.
Подключаю рупорную антенну с входным сопротивлением x. Необходимо расчитать размеры мембраны (а1 и b1), которую необходимо поставить в стыке волновод <-> антенна для обеспечения согласования.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Подскажите как правильно рассчитывать и какие данные для этого нужны.

C какого бодуна мембрана. И так хорошо согласуется с рупором.
Да и открытый волновод +/- согласованн для практических целей.

proxi, я пишу диплом, и с меня требуют всякие числа и рассчеты.
Вот составлена такая схема
http://electronix.ru/forum/index.php?act=a...st&id=67592
В ней очень важно чтобы мощность не отражалась от антенны. Нужно доказать какими-то рассчетами, цифрами, статистикой или цитатой из книги что работать будет.
Открытый конец волновода не подходит, т.к. требуют рассчитать несколько антенн с разной шириной луча (4 и 60 градусов).
Вы сказали и так хорошо согласуется, а какой процент мощности всетаки будет отражаться? Я полагаю в установке должно быть не больше 10%, иначе непонятно что там на выходе у неё будет... Отраженный от объекта контроля сигнал возможно будет по мощности соизмерим с отраженным от антенны сигналом...
В т.з. у меня по этому поводу написано что сигнал ослабляется на пути прохождения (антенна->объект->антенна) на 10 дБ (10 раз соответственно) и необходимо еще учесть потери на отражения от объекта (человек) при его повороте на 45 градусов от положения перпендикулярного вектору направления излучения. И еще надо учесть что антенна "поймает" не весь отраженный объектом сигнал. Т.е. там затухание может быть и 20 и 30 дБ.

Что-то Вам ТЗ некорректное выдали: 10 дБ ослабления - это на этой частоте около 5 см между открытыми концами волновода, что тоже можно считать антеннами с неплохим согласованием не менее -15 дБ Return Loss (1.5 SWR или 4% потерь). Какой между ними может быть ещё человек? Может оловянный солдатик?
Если всё таки рассматривать отражённый сигнал от человека, то расчитывайте на ослабление более 60 дБ, конечно если на нём не кольчуга...
При варианте на "просвет" человека, то даже толщина ладони между ОКВ даёт затухание более 70 дБ.

Если будет использоваться параболическая антенна, то добавится переотражение от зеркала.
А руппор сам по себе хорошо согласовывается.

А что макет никак нельзя собрать? и покзаать что будет работать? Если вы хотите чтобы мощность не отражалась от антенны, мы обычно ставили движущуюся заднюю стенку рупора, настроить можно до 1.05 ксв, но двигать нужно очень медленно, вообще зависит от того как вы антенну запитываете.
Мое понимание на сегодняшний день. На 10 ГГц шероховатость поверхности определяет многое, потому как глубина скин слоя исчисляется микрометрами. Это очень хорошо видно когда даешь 15 Вт из рупорной антенны, ставишь лист зашлифованный до зеркального блеска, ("прямо перед" антенной (аллюминий), это прблизительно на расстоянии габаритной длинны), вылет передатчика без вентиля наблюдается только если поднести лист еще ближе.
Пальцем ткнув и прикинув, можно сказать
1. отраженный луч в средней дальней зоне, 20-100 раз меньше прямого, даже при прямом препятствии с неплохими отражающими характеристиками.
2. Пытаться увидеть отраженный луч на 10 ггцах от бетонной стены, равнозначно попытке увидеть свое отражение в кирпиче. Физика процесса разная, результат один и тот же.
3. Антенну доводили до 1.35-1.5 ксв, диапазон 10-13 ГГц двигали только заднюю стенку рупора, особых трудностей не вызвало, возни механической много. Думаю что можно и лучше. Сузить полосу частот тоже можно, тогда вообще проблем с согласованием быть не должно.
Если я не прав, пусть поправят более знающие, я буду рад.

Прошу прощения, не ту схему привел...
Вот правильная: Нажмите для просмотра прикрепленного файла


К сожалению в университете нет ничего из чего можно было бы собрать.

Как я понимаю, "Затухание сигнала на пути распространения" не включает потери на отражение, и потери при приеме (т.е. в антенну попадает не весь отраженный сигнал, т.к. площадь его фронта больше площади рупорна, и часть сигнала пройдет мимо).
Если брать 60 дб + ну к примеру 10 дБ потерь в волноводном тракте, у меня выходит что на детектор тогда попадет 1*10^-6 мВт... что-то маловато... вы уверены что сигнал так сильно ослабнет?


Полосы то никакой и нет, одна синусоида 9,375 ГГц...
Но ведь даже под одну частоту вроде как согласовывать надо?

Это выходит что отраженная от антенны мощность всего в 6,6 - 5 раз слабее (где-то на 3 дБ).
Если допустим взять ослабление принятого отраженного от контролируемого объекта сигнала в 20 дБ, (в 100 раз слабее) то установка работать не будет, т.к. отраженный сигнал от антенны будет гораздо больше (ослаблен на 3дБ против ослабленного на 20 дБ).
20 дБ соответствует КСВ = 1,02020202, что практически не достижимо, так?
Я правильно посчитал?
Наверно мне стоит не запариваться и под 10 дБ взять всё, включая потери отражение и потери при приеме...? Тогда КСВ соответствующий 10дБ равен 1,22, что вполне реализуемо... как вы считаете?


Если не затруднит, большая просьба, скиньте пожалуйста чертеж, или фотку или еще что-нибудь, лучше четеж, для представления этой стенки.

Приведу ТЗ, чтобы исключить недопонимание


Вкратце антенна в установке работает так:
1) Сигнал от генератора идет через циркулятор в антенну
2) Антенна излучает сигнал, который отражается от объекта и попадает обратно в антенну
3) Из антенны сигнал проходит через циркулятор в измерительное плече

Приведите пожалуйста свою оценку по работе этой схемы
Нужно ли рассчитывать согласующую мембрану между волноводом и антенной? Или там и так согласование будет нормальное?
И правильна ли моя логика вцелом?

Если я правильно понял это что то типа автоматических дверей или датчика движения ?
Тогда там все по проще .
И каких размеров "объекты" и с какими скоростями передвигаются ?

Да, я чуть выше привел полное ТЗ:


Это не оговорено, но по логике биологические объекты - это человек, собака, хомячек. Ну положим только человек... Нужно регистрировать наличие его перемещения в помещении (т.е. определять движется он или нет).
А частота перемещения - это либо частота сердцебиения, либо частота дыхания, либо частота ... вибрации динамика к примеру... и наверно в этом случае расстояние меньше, предположу до 1 метра.

Поясню причину вопроса . Одно дело перемещениее человека на расстоянии 10 м даже 0,5м/м .
Другое дело пуля ( - муха ) на расстоянии 2м ?
Для подобных целей используются автодины на ДГ . Там диафрагма может быть вредна !
все зависит от подключения . Есть готвые модули , МАсСом там все в "одном флаконе " и генератор и детекторный диод на котором сразу получаеться сигнал с частой доплера . Посто для диапазона 3,2см "размеры объекта " должны быть разумными .

Да, генератор на ДГ разрабатывает человек с ником kadet.89, вот его тема: http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=101516
Он занимается согласованием генератора.

Можете пояснить почему?
Вообще меня волнует вопрос согласования антенны с фидером... и в общем всё, что я тут написал: http://electronix.ru/forum/index.php?showt...p;#entry1054802
Можете как-нибудь прокомментировать вопросы, поставленные там и оценить всреднем что ли?

Все дело в том что "полезный" сигнал может быть снят и с самого ДГ . Перемещение перед рупором "объекта" будет изменять частоту генератора !!!
Диафрагма как раз "устранит" этот уход. Вам нужна скорость "объекта" или его размены ? ( доплеровская частота или уровень сигнала) ?

собственно диарагма представляет собой L или C элемент при прочих равных может образоваться ППФ или ППЗ. А оно вам нужно и так хорошо согласуется ПСМ.

Да, я рассматривал инфрадинный метод, но по наставлению руководителя и по причине отсутствия какой либо нормальной информации по рассчету выбрал такую схему.
Впринципе я даже не могу найти информацию по банальному согласованию антенны и волновода, не говоря уже о рассчете такого генератора...
Люди тут вообще вроде как сказали что установка работать впринципе не может...

Это как это. Инфрадин это когда ПЧ выше чем рабочая полоса частот.

Блин , точно, это называется автоди...
главное ведь подумал что фигню пишу...

Что тут скажешь ?
Фраза обнаружение ? обьектов !!!!
И регистрация перемещений - уж очень многозначна .
Одно дело измерять скорость другое дело размеры и растояние !!!
В особенности если измерять расстояние то ....
Я где то видал статейку по такой тематике но там чтастота 37гГц и для расчетов был проц TMS .
И тем тянула на диссертацию !!!
Уж очень 0,1мм величина пугает .

Вы говорите хорошо, а вот на сколько хорошо?
rfserg сказал что сигнал, отраженный от объекта контроля ослабнет на >60 дБ
Hitokiri сказал что сигнал, отраженный от объекта контроля ослабнет на 20 дБ
В т.з. у меня написано число 10 дБ, которое я могу трактовать как хочу.
В итоге имеем диапазон ослабления отраженного от объекта контроля сигнала 10-60дБ или 10-1000000 раз.

Теперь по схеме у меня на детектор попадает 2 сигнала - один отраженный от объекта контроля и один от антенны из-за неидеального согласования.

Выше по теме привели цифры согласования:
Hitokiri - до 1.35-1.5 ксв на моей частоте (двигая только какую-то заднюю стенку рупора... к сожалению я даже не могу представить как эта стенка в рупоре расположена, не то чтобы её рассчитать)
Остальные говорят просто что согласовоно хорошо и так, делать ничего не надо. Но боюсь такая трактовка ситуации в дипломе руководителя не устроит...

1.35-1.5 ксв соответствует ослаблению сигнала приблизительно в 5-6 раз. (где то на 3 дБ). Но, как я понял, это на каком-то диапазоне частот, а у меня всего одна частота - 9,375 ГГц, и тут не понятно.

Получается сигнал, отраженный от антенны гораздо мощнее сигнала, отраженного от объекта контроля.

И получается мне не понятно на сколько хорошо согласовано при прямом соединении антенны и фидера и будет ли это работать.
В дипломе нужно привести какие-то цифры...




Это значит что установка должна обнаруживать факт движения

Это соответствует точности измерения 1,125 градусов. Руководитель мне сказал что всреднем установки на фазовом методе работают с точностью 0,5 градусов.
У меня нет опыта, наверно это не реализуемо, но тут ничего не поделаешь...

КСВн 1,5 соответствует отраженная мощность порядка 4%
КСВн 1,2 - порядка 1%
Дело в том, что в формуле для КСВн участвует коэффициент отражения по напряжению, соответственно для мощности будет его квадрат.

Говоря о "стенке" Hitokiri вероятнее всего имел ввиду, что мощность в волновод заводилась с коаксиала "штырем" и для согласования двигали короткозамкнутую заднюю стенку волновода.
У Вас мощность идет напрямую по волноводу, так, что для согласования можно ввернуть несколько винтов через лямбда на четыре (глубина вворачивания по минимуму КСВн)

В Вашей схеме есть еще подводные камни: нужна очень высокая направленность выходного ответвителя. Она должна быть по крайней мере на порядок больше, чем отношение прямого сигнала к отраженному с учетом всех потерь на излучение, отражение и прием. (и отражение от рупора тоже будет смешиваться с полезным сигналом)

А можете сказать конкретнее сколько штук, какого диаметра, на каком расстоянии от антенны и из какого материала?
И может у вас есть какая-та статистика, графики какие-нибудь?

Смысл в том, что в волновод вводится неоднородность, которая имеет свой модуль и фазу коэффициента отражения. Соответственно сделав эту дополнительную отраженную волну по модулю одинаковой с той которая уже есть, (но в противофазе) можно существенно снизить отражение, тем более, что сделать это надо "в точке" по частоте.

штырь в вольноводе - и есть неоднородность. Меняем высоту -меняется величина отражения, меняем положение - меняется фаза
Так как фаза исходного отражения неизвестна, соответственно и нужно несколько штырей. Простейшая конструкция - несколько винтов через равные интервалы (хотя и не обязательно равные)
Чтобы в любом случае попасть делаем 4-6 винтов через лямбда на четыре (лямбда в волноводе).
Для волновода 10х23 наверное пойдут винты М3-М5 (слишком большие будут грубо работать). Материал на такой мощности наверное любой, но чтобы было меньше потерь пойдет латунь (совсем хорошо если покрытая).
Процесс настройки простой: подключаете панораму, и, крутя поочередно винты, добиваетесь минимума КСВн в интересующем Вас частотном диапазоне. После этого их хорошо бы застопорить контрагайками и (или) стопорной краской.

andreysar, спасибо

А может вы еще можете на вскидку сказать какого КСВ можно добиться используя эти винты?

А кто вам мешает применить одну антенну на передачу вторую на прием?
Детектировать движение можно не только по сдвигу фаз, но и по изменению амплитуды отраженного сигнала.
Причем отражение сигнала происходит не только от обнаруживаемого объекта. Отражение от фоновых объектов будет преобладать.

attache, ничего страшного, мне по сути ничего не надо измерять...
К моему предыдущему вопросу, andreysar, а может вы еще можете на вскидку сказать какого КСВ можно добиться используя эти винты? И какое может быть затухание от 3-х винтов?

zgraff, КСВ винтами можно "выкрутить" практически до 1.01 на одной частоте, точнее до предела вашей панорамы.
От латунных и тем более покрытых (Ag) винтов потерь особо не добавиться (< 0.1 дБ).
У Вас на схеме эти винты уже заложены - это и есть СУ.
Вся Ваша установка тот же автодин, только разнесены генератор и детектор и к доплеру не имеет отношения, тут его упомянули.
Для расчётов в прямом (опорном) от генератора канале можно брать ослабление НО1 (допустим, что "ответвление" -10 дБ) -1 дБ, вентиль В1 - 1 дБ, НО2 (допустим, что он на - 6 дБ) -1.5 дБ, СУ (винты в волноводе перед рупором) - 0.1 дБ.
Всё вместе не должно быть более минус 3,6 дБ (+-0.5). Но эти потери не важны. Важна развязка между опорным сигналом и полезным, это будет определять порог чувствительности в целом.
Так как отражение опорного сигнала от антенны вы "выкрутите" СУ допустим в -40 дБ (КСВ 1.02), то просачивание через НО2 опорного сигнала выкручивать нечем и он у Вас задан самим НО2 конструктивно. Чем лучший по параметру направленности Вы найдёте НО2, тем лучше. Просачивание полезного сигнала в канал опорного сигнала будет определять В1 (-25 дБ) и НО1. На одной частоте подавление вентиля В1 (типовое -25 дБ) можно настроить до -45-50 дБ, пошаманив магнитиками на нём, плюс ослабление НО1 (<-30), тут есть запас.
Так как все паразитные просачивания будут стационарными (не считая температурный уплыв и вибрацию), то быстро меняющимся будет только отражённый сигнал, его изменения в мВ на фоне вольт "паразитной засветки" хорошо выделит простой интегратор с большой постоянной времени. Но от микрофонного эффекта никуда не деться, будете иметь как "бонус" хороший вибродатчик.
Думаю, что в ТЗ с минимумом перемещения в 0.1 мм да на 10 м, да ещё от человека (от мет. зеркала не просто) Ваши отцы-руководители погорячились - не вытяните. Пусть Вам снизят планку до 1 мм/1 м и 10мм/10 м для биологии (человека).

Спасибо
Я подумал, наверно вместо второго ответвителя будет лучше циркулятор использовать

Не факт. Циркулятор имеет типовую развязку около 25 дБ и не все поддаются шаманству с магнитами, а НО может сразу иметь направленность до 40 дБ и более, а развязка в этом месте для Вас пожалуй главный параметр.

Имхо nice, но у циркулятора изоляция такова, каково согласование на портах. Так шта.

Я правильно понимаю, у меня точность в основном снижают 3 вещи:
1) Согласование антенны с фидером
2) НО2 (или циркулятор), плохая развязка
3) Наличие фоновых объектов, от которых также отражается сигнал
?
А можете еще посоветовать готовый НО2?
Я вот нашел циркулятор http://www.rusgates.ru/company/microwave_devices/waveguides/ ФЦВ 2-44, с развязкой 20 дБ. Лучше найти пока не удалось

В даной схеме основной ограничивающий чувствительность в целом фактор - развязка прямого (опоры) и отражённого сигнала в НО2. Хороший направленник будет иметь не менее -40 дБ. Это и будет в основном определять возможности схемы.
Прикинте в числах.
Допустим Г1 обеспечил на входе НО2 10 дБм, Вы идеально согласовали фидер и антенну с Ку 20 дБ и всё улетело на объект. Возмём расстояние L до объекта 10 м. Получим ослабление около - 70 Дб, минус потери на отражении от биологии (если не мет. зеркало), возмём - 40 дБ и обратно путь в -70 дБ. Итого в антенне имеем отражённый сигнал с уровнем: +10+20-70-40-70+20=-130 дБм. Для сравнения, сигнал просачивания опоры в канал отражённого через НО2 = +10-40=-30 дБм.
Получили примерное отношение сигнал/помеха на детекторе = 100 дБ. И координальных путей улучшения особо нет.
Вот почему такую локацию и похоронили, а перешли на эхо локацию - можно и опору до киловатт-мегават поднять и МШУ на входе приёмника поставить, есть временнОе разделение.
Как вариант улучшения чуцствительности - разнесённые антенны TX/RX, можете выиграть ещё 60-80 дБ, помучаясь с развязкой между антеннами. Но тут вылезут боковые лепестки самих антенн и с ними повозитесь.
Отредактировал формулу - про Ку антенн упустил...

Тогда я опять не совсем понимаю
Вы написали что все помехи, в том числе просачивания в НО2

Т.е. я так понял, после детектора они выльются в постоянную составляющу. А полезный сигнал (отраженный от объекта контроля) на выходе сложится с этой постоянной составляющей и его выделить не будет никакой проблемы.
А чтобы эти паразитные просачивания (отражение от аннтенны из-за неидеального согласование антенны с фидером, плохая развязка в НО2 (или циркулятор) и наличие фоновых объектов, от которых также отражается сигнал) мешали - они должны тоже изменяться. Т.е. должна меняться степень согласования с антенной, развязка в НО2 и должны перемещаться или менять состав фоновые объекты.
Вот это мне не совсем понятно

Вот я нашел график коэффициента отражения от кожи человека для волны 10см
При перпендикулярном расположении отражается почти 100%
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
не увязывается с

Где я ошибаюсь?

В выше приведенной прикидке не учтены ещё много факторов, которые также ухудшат С/Ш:
собственный шум ОГ, не полное поглощение сигналов вентилями В2 и В3, шум детекторов, неидеальность моста WE, акустика всей конструкции и т.д. В результате будет стоять задача как вытянуть полезный сигнал, схожий по спектру с помехой из под шумов, что само по себе не просто.
Такие штуки работают и не плохо, как датчики движения и не стоит от них хотеть большего...
Хотя бумага у студента и не такое видела - стерпит... )

Убедили )
А переходное ослабление в НО2 каким лучше взять?

Ответвление в прямом направлении -6 дБ, в обратном (развязка, изоляция, направленность, как Вам угодно) -40 дБ.