Теория радиоволн: антенны / Хабр

Теория радиоволн: антенны / Хабр Вертолеты

Вч-разъемы для соединения антенн с кабелем

Для соединения антенн с кабелем используются специализированные высокочастотные (ВЧ) разъемы, которые можно приобрести в специализированных магазинах (например, «Чип и Дип»). Существует несколько вариантов таких разъемов, которые отличаются друг от друга и типом резьбы (дюймовая или метрическая), и типом кабеля (RG-58, RG-8 и пр.), и другими характеристиками.

Кроме того, ВЧ-разъемы различаются и по способам крепления кабеля — обжимные, напаиваемые, под гайку.Все разъемы классифицируются сериями. Так, существуют разъемы серий N, BNC, F, FME, SMA, SMB, TNC, UHF. К сожалению, единого стандарта маркировки разъемов не существует, а потому каждая компания-производитель использует свое собственное обозначение разъемов.

В большинстве случаев для создания направленных антенн рекомендуют использовать разъемы N-серии. Однако стоит учесть, что разъемы N-серии — самые большие и что их монтаж в некоторых случаях может быть неудобен. На собственном опыте можем сказать, что вовсе необязательно использовать разъемы именно N-серии.

Главное, чтобы разъем типа Male (папа) соответствовал разъему типа Female (мама): один из этих разъемов устанавливается на рефлекторе антенны, а второй монтируется на кабеле. Понятно, что разъем, монтируемый на антенне, должен иметь либо фланец, либо гайки, которые позволяют укреплять его на рефлекторе (такие разъемы называют приборными).На рис.

Рис. 7. Разъем N-серии типа Female с фланцем для крепления на рефлекторе антенны. Маркировка N-7317

Рис. 8. Разъем N-серии типа Male для монтажа на кабеле антенны. Маркировка GN-7301A

Рис. 9. Сочленение разъемов N-7317 и GN-7301A

Рис. 10. Разъем TNC-серии типа Male с крепежной гайкой. Маркировка TNC-7401A

Рис. 11. Разъем TNC-серии типа Female для монтажа на кабеле антенны. Маркировка TNC-7422

Рис. 12. Разъем SMA-серии типа Female для монтажа на кабеле антенны. Маркировка TNC-7422

Отметим также, что в большинстве случаев и на самих точках, и на антеннах к ним используются миниатюрные разъемы типа SMA, причем на антеннах применяются разъемы типа Female с накидной гайкой, а на точках доступа — типа Male. Проблема заключается в том, что весьма непросто найти такой SMA-разъем для монтажа на антенном кабеле, чтобы он соответствовал разъему на точке доступа.

Для решения данной проблемы есть три пути. Во-первых, заменить довольно редкий SMA-разъем на самой точке доступа, чтобы он согласовывался с разъемом, монтируемым на кабеле. Во-вторых, можно вообще избавиться от разъема на точке доступа и просто вывести антенный кабель напрямую — этот способ используется и в том случае, когда на точке доступа есть несъемная антенна и нет никаких разъемов. В-третьих, можно изготовить нужный SMA-разъем из самой миниатюрной антенны.

Диаграмма направленности антенны

Направленные свойства антенн определяются зависимостью напряженности излучаемого антенной поля от направления. Графическое изображение этой зависимости называется диаграммой направленности антенны. Трехмерная диаграмма направленности изображается в виде поверхности, описываемой исходящим из начала координат радиус-вектором, длина которого в каждом направлении пропорциональна энергии, излучаемой антенной в данном направлении.

Кроме трехмерных диаграмм, часто рассматривают и двумерные, которые строятся для горизонтальной и вертикальной плоскостей. В этом случае диаграмма направленности представляет собой замкнутую линию в полярной системе координат, построенную таким образом, чтобы расстояние от антенны (центр диаграммы) до любой точки диаграммы направленности было прямо пропорционально энергии, излучаемой антенной в данном направлении.

В случае идеальной изотропной антенны, излучающей энергию одинаково по всем направлениям, диаграмма направленности представляет собой сферу, центр которой совпадает с положением изотропного излучателя. При этом горизонтальная и вертикальная диаграммы направленности изотропного излучателя представляют собой окружности.

В случае направленных антенн на диаграмме направленности можно выделить так называемые лепестки, то есть направления преимущественного излучения. Направление максимального излучения антенн называется главным направлением, а соответствующий ему лепесток — главным.

Остальные лепестки являются боковыми, а лепесток излучения, ориентированный в сторону, обратную главному направлению, называется задним лепестком диаграммы направленности антенны. Направления, по которым антенна не принимает и не излучает, называются нулями диаграммы направленности.

Диаграмма направленности характеризуется и шириной. Под шириной диаграммы направленности понимают угол, внутри которого коэффициент усиления уменьшается по отношению к максимальному не более чем на 3 дБ. Практически всегда коэффициент усиления и ширина диаграммы связаны между собой: чем больше усиление, тем уже диаграмма, и наоборот.

Рис. 1. Схема элементарного диполя Герца

Диаграмма направленности диполя Герца, изображенная на рис. 2, напоминает тор, поперечный разрез которого представляет собой две соприкасающиеся окружности. Приблизительно такую же форму имеют диаграммы направленности антенн различных передатчиков. Следует обратить внимание на то, что максимальный поток электромагнитной энергии излучается в плоскости, перпендикулярной оси диполя.

Рис. 2. Пример трехмерной диаграммы направленности антенны типа диполя Герца

Рис. 3. Вертикальная диаграмма направленности антенны типа диполя Герца

Рис. 4. Горизонтальная диаграмма направленности антенны типа диполя Герца

Как выбрать антенну для wi-fi? -статьи -статьи, обзоры, тесты

Вопрос: Как из одного дома в другой дом пробросить Интернет по WiFi? Какое требуется оборудование и какие нужны антенны?

Теория радиоволн: антенны / Хабр

1 вариант.

В доме есть Интернет и стоит роутер с одной антенной.

НА СТОРОНЕ РАЗДАЧИ ИНТЕРНЕТА:

У роутера скручиваем штырьковую антенну и убираем ее. Покупаем панельную антенну на частоту, соответствующую частоте радиотракта роутера. Для частоты 2,4 ГГц должна быть антенна KP14-2400, для частоты 5 ГГц должна быть одна из антенн KP20-5300, KP20-5850 или KP20-6150. Покупаем кабель пигтейл N(папа)-RP-SMA(папа). Этим пигтейлом соединяем роутер и антенну. Каждый метр кабеля вносит потери до 1 дБ на метр длины. Длина пигтейла для работы на частоте 2,4 ГГц должна быть не больше 10 метров, для работы на частоте 5 ГГц – не больше 1 метра. Вешаем антенну снаружи на стене дома и направляем ее на дом абонента, используем для этого стандартные кронштейны от спутниковых тарелок. Должна быть прямая видимость абонента, без препятствий! Выбираем направление поляризации антенн, в условиях города с сильными помехами лучше выбрать горизонтальную поляризацию. Роутер настраиваем на раздачу.

НА СТОРОНЕ АБОНЕНТА:

а) Расстояние до 500 м. Ставим ноутбук у окна, включаем встроенный в него WiFiадаптер, настраиваем прием.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

б) Расстояние до 500 м. Покупаем точку доступа на ту же частоту, что и у имющегося роутера (например, Level One WAP-3100 или D-Link DWL-2100AP). Ставим ее у окна. У этой точки доступа есть антенна-штырек, у этой антенны-штырька и у антенны на стороне раздачи должны быть одинаковые поляризации (т.е. у обеих вертикальная, или у обеих горизонтальная). Настраиваем точку доступа в режим клиента. Точку доступа соединяем с компьютером или ноутбуком с помощью патч-корда.

Смотрите про коптеры:  Stellaris 2.0 - известные изменения механики. | Пикабу

Теория радиоволн: антенны / Хабр

в) Расстояние до 500 м. Покупаем точку доступа на ту же частоту, что и у имющегося роутера (например, Level One WAP-3100 или D-Link DWL-2100AP). Ставим ее у окна. У этой точки доступа есть антенна-штырек, у этой антенны и у антенны на стороне раздачи должны быть одинаковые поляризации (т.е. у обеих вертикальная, или у обеих горизонтальная). Настраиваем точку доступа в режим репитера. Тогда точка доступа будет ловить сигнал из-за окна от роутера и переизлучать его в комнате, где эта точка доступа установлена. Ноутбук будет ловить WiFi сигнал в любой точке комнаты.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

г) Расстояние до 2 км. Покупаем точку доступа на ту же частоту, что и у имеющегося роутера (например, Level One WAP-3100 или D-Link DWL-2100AP). Покупаем панельную антенну, например KP14-2400. Покупаем пигтейл N(папа)-RP-SMA(папа). Вешаем антенну снаружи на стене дома и направляем ее на антенну раздающего роутера. Выбираем поляризацию, соответствующую поляризации раздающей антенны. Соединяем антенну с точкой доступа с помощью пигтейла. Точку доступа настраиваем на прием, в режим клиента. Точку доступа соединяем с компьютером или ноутбуком с помощью патч-корда.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Как выбрать точку доступа:

2 км между абонентами – точка доступа 2,4 ГГц – антенна 14 дБ KP14-2400.

5 км между абонентами – точка доступа 5 ГГц – антенна 20 дБ KP20-5300, KP20-5850 или KP20-6150 (смотрим инструкцию к точке доступа для выбора конкретной частоты антенны).

2 вариант.

Компьютер стоит далеко от места крепления антенны и пигтейл получится слишком длинный. Тогда покупаем 2 беспроводные точки доступа Ubiquiti Bullet5 и две антенны KP20-5850.

Вкручиваем точку доступа своим разъемом прямо в антенну, вешаем антенну на стену. От точки доступа до компьютера (маршрутизатора) тянем кабель витая пара. Максимальная длина кабеля – 70 метров. С обеих сторон обжимаем кабель компьютерными разъемами RJ-45 (можно купить готовый патч-корд нужной длины). Напряжение питания подается по витой паре при помощи инжектора питания (идет в комплекте с Ubiquiti Bullet5 или покупается отдельно).

То же самое делаем у второго абонента. Антенны направляем друг на друга, в одинаковой поляризации.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

3 вариант.

То же самое, что и в 1-ом варианте, только покупаем точки доступа стандарта MIMO 802.11n, с двумя антеннами. Далее действуем по аналогичному алгоритму, только используем двухполяризационные антенны KAA14-2400, KAA20-5300, KAA20-5850 или KAA20-6150 (смотрим инструкцию к точке доступа для выбора конкретной частоты антенны).

Точки доступа можно покупать в принципе любые, с двумя антеннами каждая. Точку доступа выбираем так:

2-4 км между абонентами – точка доступа 2,4 ГГц – антенна 14 дБ KAA14-2400.

5-7 км между абонентами – точка доступа 5 ГГц – антенна 20 дБ KAA20-5300, KAA20-5850 или KAA20-6150 (смотрим инструкцию к точке доступа для выбора конкретной частоты антенны).

Максимальная скорость передачи до 100 Мбит/с и выше.

Стабильность, надежность и скорость передачи у варианта с MIMO выше, чем в 1-ом и во 2-ом вариантах.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Теория радиоволн: антенны / Хабр

4 вариант.

Компьютер стоит далеко от места крепления антенны и пигтейл получится слишком длинный. Тогда покупаем 2 беспроводные точки доступа Ubiquiti Rocket M5 стандарта MIMO и две двухполяризационные антенны KAA20-5850.

Каждую точку доступа соединяем с антенной двумя короткими пигтейлами по 20 см (покупаются дополнительно), вешаем антенну на стену, точку доступа крепим рядом. От точки доступа до компьютера (маршрутизатора) тянем кабель витая пара. Максимальная длина кабеля – 70 метров. С обеих сторон обжимаем кабель компьютерными разъемами RJ-45 (можно купить готовый патч-корд нужной длины). Напряжение питания подается по витой паре при помощи инжектора питания (идет в комплекте с точками доступа или покупается отдельно).

То же самое делаем у второго абонента. Антенны направляем друг на друга.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

5 вариант.

То же самое, что и в 4-ом варианте, только вместо панельной антенны используем спутниковую тарелку с облучателем KIR-5800DP. Тарелки наводим друг на друга. Необходим определенный навык для точного наведения тарелок друг на друга. Помним про прямую видимость! При точном наведении можно пробить более 20 км при скорости 100 Мбит/с!

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Общие замечания:

Без антенн роутеры и точки доступа не включать (могут погореть радиомодули)!

Окно ослабляет сигнал на 2 дБ.

Дерево на пути сигнала ослабляет его на 3-5 дБ

Нужны только качественные пигтейлы!

В городе очень много помех и максимально возможное расстояние связи может уменьшиться в 2 и более раз.

Всегда нужна прямая видимость между антеннами, без препятствий.

При заказе пигтейла обязательно уточните, какой разъём стоит на вашем беспроводном устройстве и какой разъём у антенны!

О дальности действия вай фай антен

От родной роутерной антенны на 2 dBi сигнал 2.4 ГГц, стандарта 802.11n может распространиться на 400 метров в пределах прямой видимости. Сигналы 2.4 ГГц, старых стандартов 802.11b, 802.11g хуже распространяются, имея вдвое меньшую дальность по сравнению с 802.11n.

Считая WiFi антенну за изотропный излучатель — идеальный источник, распространяющий электромагнитную энергию равномерно во всех направлениях, можно руководствоваться логарифмической формулой перевода дБи в прирост мощности.

Децибел изотропный (дБи) — коэффициент усиления антенны, определяемый как умноженный на десять десятичный алгоритм отношения усиленного электромагнитного сигнала к исходному его значению.

AdBi = 10lg(A1/A0)

Перевод дБи антен в прирост мощностей.

A,дБи302018161514131210965321
A1/A01000100≈64≈40≈32≈25≈20≈1610≈8≈4≈3.2≈2≈1.6≈1.26

Судя по таблице, несложно сделать вывод, что направленный WiFi передатчик максимально допустимой мощности в 20 дБи может распространить сигнал в даль на 25 км при отсутствии преград.

Дальнейшее увеличение мощности антенны неразумно, распространение сигнала будет идти в слишком узкой зоне, имеющей форму диска.

Реализация для частоты 2.43 ггц (aka s-band, ism band, 13 cm amateur band)

l = (0.3/2.43) = 0.1234567 m  (12.34 cm)            (3)

Диаметр витка (D) = (l/pi) = 39.3 mm         (4)

Стандартная канализационная пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм является для нас превосходным решением и легкодоступна в магазинах “Сделай сам” или у любого сантехника 🙂 Спираль может быть намотана из стандартного медного провода, который применяется в домашнем хозяйстве для цепей 220 В переменного тока.

D = 42 mm, C = 42*pi = 132 mm (which is 1.07 l)    (5)

d = 0.25C = 0.25*132 = 33 mm                       (6)

Для дистанций от 100 м до 2.5 км в пределах прямой видимости, 12 витков (N = 12) достаточно. Следовательно, длина трубы будет около 40 см (3.24 l). Обмотайте провод вокруг трубы и приклейте его поливинилхлоридным или любым другим, содержащим тетрагидрофуран (THF), клеем. Это даст очень прочную намотку вокруг трубы, как показано на рисунке 1 ниже.

Теория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунок 1. Использованные материалы с размерами.

Сопротивление антенны:

Z = 140 * (C/l) = 140*{(42*pi)/123.4} = 150 Ом      (7)

требует соответствия сети для использования стандартного 50 Ом UHF/SHF коаксиала и коннекторов.

Смотрите про коптеры:  Рассуждения о компасах… — ДроноДром

Обычно используется заглушка в 1/4 волны с сопротивлением (Zs)

Zs = sqrt(Z1*Z2) = sqrt(50*150) = 87 Ом               (8)

Из-за спиральной конструкции это соответствует 1/4 витка. Однако, с точки зрения механики, учитывая то, что необходимо позаботиться о водонепроницаемости, если антенна используется на открытом воздухе, есть более предпочтительные методы достижения сопротивления спиралью сопротивления в 50 Ом.

Первой мыслью было эмпирически увеличить d для первого и второго витка и добиться нужного значения методом проб и ошибок, измеряя результат при помощи направленного блока сопряжения и генератора сигнала. После недолгих поисков в интернете были надены спирали, которые согласовывались таким способом, но неожиданно был найдена страница Джейсона Хеккера (Jason Hecker).

Он действительно использовал элегантное решение согласования, используя медную лопатку в соответствии с ARRL Handbook. Так что вся хвала – ARRL и Джейсону, для антенны были использованы его размеры. Честно говоря, эта страница практически копирует его страницу, за исключением того, что спираль намотана в противоположном направлении :)).

Теория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунки 2a и 2b. Идея, размеры и монтаж согласователя. Гипотенуза треугольника должна быть продолжением провода.

Теперь необходимо припаять согласователь к спирали, приклеить их и приготовиться к соединению с колпачком, как показано на Рис. 3.

Теория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунок 3. Почти законченная спиральная антенна.

Готово! (Рис. 4)

Теория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунок 4. Законченная 12тивитковая 2.4 ГГц спиральная антенна, G = 17.5 dBi или 13.4 dBi (соответственно по Краусу или Эмерсону).

Характеристики антенны были измерены. Результаты – на Рис. 5a и 5b:

Теория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунок 5a. Потери на отражении (dB) от 2300 до 2500 МГцТеория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунок 5a. Потери на отражении (dB) от 2300 до 2500 МГцТеория радиоволн: антенны / Хабр

Рисунок 5b. Диаграмма Смита 2300-2500 МГцТеория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунок 6a Установка для измеренияТеория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунок 6a Установка для измеренияТеория радиоволн: антенны / Хабр

Рисунок 6b “Спиральная антенна за час” и анализатор Rohde & Schwarz

И наконец, спиральная антенна в действии…

Теория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунок 7a Излучает на мой LAP (Local Access Point 😉Теория радиоволн: антенны / Хабр
Рисунок 7a Излучает на мой LAP (Local Access Point 😉Теория радиоволн: антенны / Хабр

Рисунок 7b Вид снизу

Рефлектор

Основная задача железного экрана за излучателем — отражать электромагнитные волны. Правильно отраженные волны будут накладываться своими амплитудами на колебания только что выпущенные активным элементом. Возникающая усиливающая интерференция даст возможность максимально далеко распространитьэлектромагнитныеволны от антенны.

Чтобы добиться полезной интерференции надо расположить излучатель на расстоянии кратном четверти длины волны от отражателя.

Расстояние от излучателя до рефлектора для антенн биквадрат и двойной биквадрат находим как лямбда / 10 — определяемую особенностями данной конструкции / 4.

Лямбда — длина волны, равная скорости света в м/с деленной на частоту в Гц.

Длина волны при частоте 2.4 ГГц — 0.125 м.

Увеличив пятикратно рассчитанное значение, получим оптимальное расстояние — 15.625 мм.

Размер рефлектора сказывается на коэффициенте усиления антенны в дБи. Оптимальные размеры экрана для биквадрата — 123х123 мм или больше, только в этом случае можно добиться усиления в 12 dBi.

Размеров CD иDVD дисков явно недостаточно для полного отражения, поэтому антенны биквадраты, построенные на них, имеют коэффициент усиления лишь в 8 dBi.

Ниже приведен пример использования крышки с чайной банки в качестве рефлектора. Размера такого экрана тоже недостаточно, коэффициент усиления антенны меньше, чем ожидалось.

Форма рефлектора должна быть только плоской. Старайтесь также найти пластинки максимально гладкие. Изгибы, царапины на экране приводят к рассеиванию высокочастотных волн, по причине нарушения отражения в заданном направлении.

В выше рассмотренном примере бортики на крышке явно лишние — они снижают угол раскрытия сигнала, создают рассеиваемые помехи.

Как только пластинка рефлектора будет готова, у вас есть два способа собрать на нем излучатель.

  1. Установить медную трубку с помощью пайки.

Чтобы зафиксировать двойной биквадрат понадобилось дополнительно сделать две стоечки из шариковой ручки.

  1. Закрепить все на пластмассовой трубке используя термоклей.

Берем пластмассовую коробочку для дисков на 25 штук.

Отрезаем центральный штырь, оставив по высоте на 18 мм.

Прорезаем надфилем или напильником четыре шлица в пластмассовом штыре.

Подравниваем шлицы одинаково по глубине

Устанавливаем самодельную рамочку на шпиндель, проверяем, дабы её края оказались на одинаковой высоте от дна коробочки — около 16 мм.

Припаиваем выводы кабеля к рамке излучателя.

Взяв клеевой пистолет, закрепляем CD диск на дне пластмассой коробочки.

Продолжаем работать клеевым пистолетом, фиксируем на шпинделе рамку излучателя.

С обратной стороны коробочки фиксируем термоклеем кабель.

Симметричный полуволновой вибратор с рефлектором

Следующий вариант антенны, которую нетрудно изготовить в домашних условиях, — симметричный полуволновой вибратор с рефлектором, или полуволновая дипольная антенна.
Данная антенна состоит из двух симметричных разнонаправленных плеч, одно из которых заземлено (соединяется с рефлектором), а другое соединяется с центральной жилой антенного кабеля. Каждое из двух плеч такой антенны выполняется в Г-образной форме. Часть каждого плеча, параллельного плоскости рефлектора, составляет 1/4Теория радиоволн: антенны / ХабрТеория радиоволн: антенны / ХабрТеория радиоволн: антенны / Хабр
Прежде чем приступать к конструированию такой антенны, смоделируем ее с помощью утилиты EZNEC Demo v.4.0.15 с тем, чтобы определить оптимальное расстояние антенны от плоскости рефлектора.
На рис. 22 дана диаграмма направленности симметричного полуволнового вибратора с рефлектором при расстоянии между плоскостью рефлектора и плечами антенны равном 0,1Теория радиоволн: антенны / Хабр

Рис. 22. Диаграмма направленности симметричного полуволнового вибратора с рефлектором

При изготовлении данной антенны нам, как всегда, понадобятся разъем N-серии с фланцем для крепления на рефлекторе антенны и разъем N-серии для монтажа на кабеле антенны. Кроме того, потребуется медная проволока диаметром 2 мм, а для изготовления рефлектора можно воспользоваться медным или алюминиевым листом в форме круга либо квадрата (это может быть даже сковорода).

Рис. 23. Схема дипольной антенны с отражателем

Штыревая антенна с параллельным рефлектором

Еще один способ модифицирования штыревой антенны заключается в том, чтобы использовать не перпендикулярный, а параллельный рефлектор. Прежде чем приступать к изготовлению такой антенны, смоделируем ее с помощью утилиты EZNEC Demo v.4.0.15. Разместим антенну параллельно плоскости XY вдоль оси X. В качестве точки подведения сигнала выберем точку E1 (точка начала антенны) с координатами (0, 0, z). Координаты точки E2 (точка конца антенны) соответственно будут (x, 0, z), где координата x определяется длиной антенны, а координата z — расстоянием от антенны до плоского рефлектора). В качестве «земли» выберем идеальную проводящую поверхность (Perfect). Варьируя длину антенны и расстояние до рефлектора, можно подобрать желаемую диаграмму направленности и коэффициент усиления.
На рис. 20 представлены диаграммы направленности, ширина главного лепестка и коэффициент усиления для антенны длиной 1/2Теория радиоволн: антенны / Хабр

Рис. 20. Диаграммы направленности для штыревой антенны длиной 1/2l (60 мм) при различном расстоянии до параллельного рефлектора

Для изготовления данной антенны, как и в предыдущем случае, нам потребуется медный штырь (медная жила провода), диаметром 2 мм и длиной 65 мм, два металлических рефлектора (один тоже в форме квадрата со стороной около 100 мм, а второй — в форме прямоугольника с размерами примерно 100×170 мм).

Смотрите про коптеры:  FPV. О мощности и дальности. Минимум полезного на борту. — Паркфлаер

Кроме того, опять потребуются разъем N-серии типа Female с фланцем для крепления на рефлекторе антенны и разъем N-серии типа Male для монтажа на кабеле антенны.Легче всего собрать такую антенну путем небольшой модификации предыдущей схемы.Отражающий экран будет состоять из двух взаимно перпендикулярных частей — горизонтальной и вертикальной.

Разъем N-серии с медным стержнем крепится к горизонтальной части рефлектора, а вертикальный рефлектор устанавливается на расстоянии 12 мм (0,1l) перпендикулярно к горизонтальному рефлектору и, следовательно, параллельно самой антенне. Схема данной антенны показана на рис. 21.

Рис. 21. Изготовление штыревой антенны с параллельным рефлектором

Штыревые антенны для "чайников"

     Как и многТеория радиоволн: антенны / Хабрие любители радиоуправляемой авиации у меня нет ни образования радиофизика ни радиоэлектронщика. Это местами очень подводит. Где-то помогают советы более опытных товарищей, где-то собственное изучение вопроса. Теория в интернетах, как правило, написана так, что отбивает всякое желание её читать. Рассчёт авторов строго на подготовленного читателя: 4 из 5 курсов радиофизики должны быть уже за плечами.
Сравнительно недавно я понял, что деда мороза нет не всё так просто со штыревыми антеннами. Ну казалось бы, что там за секреты Полишинеля уж такие? Однако, секреты есть, и я постараюсь поделисться своими новыми открытиями.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Давайте начнём издалека. Как вообще можно увеличить дальность радиоуправления или видеотрансляции?

   1. Изменить окуржающие условия. Не всё в наших силах, но всё же. Полёт в центре города очень отличается в плане помех от полёта в 10 км от города. Стоять лучше на пригорке крупной поляны, чем возле здания или леса. И т. д.

   2. Выбрать погоду. Влажность и т. п. Например, для аппаратуры 5,8 ГГц облака – это очень белокрылые непрозрачные лошадки. Они с таким же успехом могли быть листами металла. Короче: если у вас 5,8 ГГц – летайте в безоблачную погоду или ниже облаков.

   3. Увеличить мощность передатчика. Железно помогает, но есть свои проблемы:

4. И наконец самый сложный способ: подбор более выгодной антенны. Тут несколько направлений:

   Собственно, рассказать я бы хотел именно о выборе коэффициента усиления для всенаправленных штыревых антенн. Они чаще всего оказываются в руках граждан поскольку идут в комплектах с аппаратурой. Кроме того, они самые приемлимые по цене.

   Перед дальнейшим объяснением мне нужно понимание трёх вопросов. Постараюсь объясить так, чтобы любой понял.

   1. Антенны существуют для радиосвязи. Таких понятий как, антенна для приёма или для передачи  – нет. Антенна с одинаковым успехом будет приёмной и передающей. На практике, для конкретных условий, выгодней на передачу поставить такую-то антенну, а на приём другую, но это совсем другая история. Ниже расскажу.

   2. Диаграмма направленности антенны – это область в пространстве, в которую уходит сигнал от антенны. Дальше этой области сигнал слишком слаб, чтобы его можно было использовать. Если антенна установлена на на приёмнике – значит область из которой антенна может принимать сигнал. Дальше этой области не примет. Форма этой области бывает очень разной: шары, лепестки, торы, конусы и т. п. Суть в том, что если в пространстве пересеклись диаграммы направлености приёмной и передающей антенны – связь будет. А если не пересеклись – связи не будет.

   3. Коэффициент усиления антенны. Очень примитивно – это во сколько раз сильнее антенна излучает/принимает сигнал при прочих равных.

   Я, как и многие, считал, что жизнь устроена просто. При прочих равных однотипная антенна на 5dbi лучше чем на 2 dbi. А на 8 dbi ещё лучше! Это ужасно, но это не так. Так получилось, что про этот аспект мне некому было рассказать, и я стал страдать гигантоманией. У меня было 12 dbi на передатчике и 5 dbi на приёмнике. Антенны по длине почти как на мегагерцовой аппаратуре! Но я человек простой: мощности двигателя самолёта хватит чтобы тащить такие вещи? Значит – не проблема.
В теории антенна с 0 dbi даёт диаграмму направленности по типу шара. Размер шара (при отсутствии внешних раздражителей, а ещё лучше в открытом космосе) будет зависить только от мощности передатчика или чувствительности приёмника (смотря, на приём или на передачу работает антенна).

Теория радиоволн: антенны / Хабр

   Антенна с коэффициентом усиления в 1 dbi даст при прочих равных шар покрупнее, но он будет немного уже не идеальный шар, а такой… приплюснутый сверху и снизу.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

   Чем большй коэффициент усиления антенны вы будете использовать, тем больше будет радиус шара, но тем более он будет сплюснут по вертикали. В итоге вы получите этакий блин огромного радиуса, но малой толщины.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Вот диаграмма направлености вертикально установленой на земле антенны с 12dbi. Вид сбоку.

Теория радиоволн: антенны / Хабр

   Т. е. антенна, говоря по честному, уже перестанет быть всенаправленной. Например к антенне c 8dbi производетель пишет:

   Угол направления по горизонтали = 360 градусов.
   Угол направления по вертикали = 15 градусов.

   Если вы держите штырь отвесно возле земли (1 м над поверхностью), то из 15 градусов 7,5 уходят под землю. Остальные 7,5 – в вашем полном распоряжении. Вы даже можете целиться боком антенны в самолёт.

Для сравнения маленькая таблица штыревых антенн на 2,4 ГГц по данным нескольких производителей.

  КУ                           вертикальный угол
5 dbi                             32-40 градусов
8 dbi                             13-30 градусов
12 dbi                             6-12 градусов

   Напрашиваются выводы:
   1. На самом самолёте все приёмные/передающие антенны, если они штыревые, должны быть с минимально разумным коэффициентом усиления. Полагаю, что разумно – это 1-2,5 dbi. Это связано с невозможностью сохранения постоянными крена и тангажа самолёта.
   2. На земле антенны с высоким коэффициентом усиления будут очень мешать высоким полётам и проходом над собой. Однако, далеко и невысоко – хорошо. Например, описаный выше угол в 7,5 градусов на расстоянии в 1,5 км предполагает нахождение самолёта не выше 100 м.
   3. Тыканье концом антенны в самолёт тем хуже даст эффект, чем выше коэффициент усиления этой антенны.
4. При выборе штыря есть смысл учитывать ещё одну характеристику: вертикальный угол направленности. Для равных по КУ антенн он может различаться.

Ещё мои статьи:

1. Как я завёл своё FPV. С блекджеком и фатшарком (версия 1).

2. FPV. Чудеса на виражах. Разбор FPV-аварии.

3. Расследование FPV катастрофы

4. Полётный ящик с перспективой

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий

Adblock
detector