Приветствую, друзья, на связи Тимур Гаранин.
Сегодня рассмотрим простую и эффективную однодиапазонную направленную антенну с усилением около 9 dBi. Тройной квадрат.
На основании такой антенны часто делают многоэлементные директорные петлевые антенны. Они теоретически могут выдать до 14 dBi, но какой ценой! Многоэлементная антенна становится очень узконаправленной, очень узкополосной и чувствительной к погрешностям при изготовлении.
В то время как трёхэлементная антенна допускает погрешности +- 5% и спокойно работает с усилением около 9 dBi.
Перейдём непосредственно к структуре антенны.
Антенна представляет собой полный аналог волнового канала, только вместо полуволновых элементов, квадратные петли длиной в целую волну.
Сигнал активного вибратора складывается в противофазе, иначе говоря вычитается, с сигналом рефлектора, поэтому излучение в направлении назад уменьшается. Но с сигналом директора сигнал вибратора складывается в фазе, что увеличивает излучение в направлении вперед.
Автор этой антенны, Владимир Павлович Шейко даёт следующие соотношения для размеров директора, вибратора и рефлектора, и расстояния между ними. Без учёта коэффициента укорочения.
При этом он утверждает, что достигается усиление в 14-15 дБ, нужно понимать изотропных. Эти показания сильно приукрашены. Реальное усиление тройного квадрата немного больше 9 dBi.
Входное сопротивление антенны достаточно велико, и чтобы согласовать её с кабелем нужно либо использовать четвертьволновый трансформатор, либо гамма-согласование.
Сейчас давайте для примера рассчитаем такую антенну с гамма-согласованием для сигнала цифрового ТВ с горизонтальной поляризацией. При этом в качестве полотна возьмём трубку диаметром 7-8 мм.
Рассчитаем например для частоты 600 МГц:
Длина волны λ: 499.7 мм
Сторона директора D: 116.5 мм
Сторона вибратора V: 131.8 мм
Сторона рефлектора R: 144.5 мм
Расстояние вибратор-директор v-d: 121.7 мм
Расстояние вибратор-рефлектор v-r: 101.7 мм
Длина шлейфа H: 119.9 мм
Ширина шлейфа W: 15.5 мм
Суммарная длина провода Lw: 2099 мм
Расчетное усиление антенны Ga: 9.3 dBi
Полоса пропускания по уровню КСВ 2: 44.4 МГц
Как видим, антенна обладает весьма узкой полосой, поэтому подойдёт только для одного канала. И это недостаток всех директорных антенн, всех волновых каналов – все они узкополосны.
Если мы применяем гамма согласование, то на шлейфе нужно найти такую точку, в которой согласование с кабелем будет наилучшим.
Сам Шейко предлагает не гамма-согласование, а следующее согласующее устройство:
Это четвертьволновый отрезок, который сверху соединяется с одним плечом антенны и с центральной жилой кабеля, а с другой стороны с оплёткой кабеля.
Входное сопротивление антенны с таким согласующим устройством составляет 70 Ом.
Но если нам нужно получить входное сопротивление 50 Ом, то лучше применять согласующий трансформатор 1:4.
Для этого можно использовать либо U-колено, о котором был отдельный ролик, либо классическую схему трансформатора 1:4 из двух четвертьволновых отрезков.
Однако многим будет легче использовать именно гамма согласование. Гамма-согласование требует поиска точки с нужным входным сопротивлением.
Если у Вас нет анализатора, тогда по теории подключать кабель нужно в начало шлейфа, в ту точку, где он соединяется с антенной. В этой точке находится максимум тока и минимум потенциала, соответственно минимальное сопротивление.
Фидер нужно отводить перпендикулярно поляризации, т.е. вдоль шлейфа.
Давайте для примера рассчитаем ещё одну антенну на частоту 2432 МГц – пятый канал WiFi диапазона 2.4 GHz.
Длина волны λ: 123.3 мм
Сторона директора D: 29.9 мм
Сторона вибратора V: 32.7 мм
Сторона рефлектора R: 34.9 мм
Расстояние вибратор-директор v-d: 25.8 мм
Расстояние вибратор-рефлектор v-r: 23.1 мм
Длина шлейфа H: 29.6 мм
Ширина шлейфа W: 3.8 мм
Диаметр провода dw: 1.78 мм
Суммарная длина провода Lw: 520 мм
Расчетное усиление антенны Ga: 9.6 dBi
Полоса пропускания по уровню КСВ=2: 112.4 МГц
Мы получаем достаточно широкую полосу, которая покрывает весь диапазон 2.4 ГГц и прекрасное усиление для такой простой антенны.
Поляризация WiFi по стандарту вертикальная, поэтому точка подключения и согласующий шлейф будут находиться сбоку.
Теперь хочу сказать пару слов по поводу материала траверсы. Есть много схем таких антенн, где предлагается траверсу делать из того же куска провода, что и антенну. Мол, траверса находится в точке нулевого потенциала, поэтому её можно делать проводящей.
Но это работает только в том случае, когда сигнал у нас имеет чистую линейную поляризацию. Например, горизонтальную поляризацию как у ТВ сигнала.
Но WiFi, хоть по стандарту обладает вертикальной поляризацией, на практике имеет поляризацию абсолютно любую. Хоть диагональную, хоть круговую. А это означает, что траверса теперь не попадает в точку нулевого потенциала, следовательно начинает замыкать излучающие элементы между собой, влияя и на диаграмму направленности, и на согласование.
Поэтому, если Вы работаете с нестабильной поляризацией, как WiFi, тогда я настоятельно рекомендую траверсу делать из диэлектрика.
Можно ли в этой антенне вместо квадратных петель использовать круглые? Разумеется, и даже нужно.
Про преимущества круглых петель перед квадратными я уже говорил в предыдущих роликах. В нашем случае это добавит полдицебела, и мы получим усиление уже около 10 dBi. Что просто великолепно для такой простой и лёгкой конструкции.
Друзья, если ролик был для Вас полезен, прошу поддержать канал комментариями, репостами, и любой другой активностью. Предлагайте новые темы в комментариях.
Подписывайтесь, смотрите другие ролики на канале, изучайте материалы в описании.
Спасибо, друзья! Удачи!
