иное
До питання узгодження спіральних антен. . .
715Дополнительная информация: raxp2.blogspot.com (по запрошенню)
Всі питання на пошту [email protected]
Для узгодження високого імпедансу (140...240 Ohm) спіральних антен з 50-ти омним фідером потрібна трансформуюча лінія. Такою лінією може бути:
1. Експоненційний трансформатор (див. нижче), за довжиною якого хвильовий опір змінюється за експоненційним законом, що досягається зміною відстані між провідниками або їх діаметра і відповідно зміною погонної індуктивності та ємності трансформатора по всій його довжині. Насправді полоскова лінія змінної ширини. Фізичний зміст узгодження експоненційним трансформатором полягає в тому, що в міру збільшення імпедансу амплітуда напруги зростає, а амплітуда струму зменшується плавно, так що режим хвиль, що біжать, практично зберігається.
2. Лінійний трансформатор як спрощення експоненціального, по суті трикутник опорів, зокрема прямокутний (зі сторонами катетів 586х141 мм на SATCOM).
3. Смужковий чверть-хвильовий шлейф (шириною 40 мм і довжиною 250 мм).
4. Трансформуюча лінія із самої спіралі шляхом поступового притискання частини першого витка спіралі із ізольованого дроту до рефлектора. У роботі Influence of Wire-Based Impedance-Matching on Helical Antenna Radiation and Limitations Equivalent Model авторами побудована модель такого узгодження та за допомогою HFSS проведено дослідження ДС антени при його використанні. Було показано, що узгоджуючий провід над площиною рефлектора практично не впливає на діаграму спрямованості і коефіцієнт відзеркалення та ДС спіральної антени можна оптимізувати (налаштувати) незалежно
5. Коаксіальна лінія завдовжки чверть лямбди з імпедансом = √(140x50) = 83 Ohm.
Жорстка коаксіальна лінія
Найбільш стабільний варiант через контрольовані параметри, що не залежать від навколишніх факторів як близькість рефлектора, спіралі, кліматичні умови. Таких готових коаксіалів немає, але його можна зробити самому з круглого профілю, квадратного профілю або навіть з іншої коаксіальної лінії. Достатньо підібрати такі співвідношення внутрішнього діаметра екрану та зовнішнього діаметра центрального провідника, щоб вийти на імпеданс 83 Ohm. Так само як раніше робив коаксіал з геркона та латунної трубки для антенного комутатора до 500 MHz. Як відомо, імпеданс для круглого профілю розраховується за формулою (1), а для квадратного за формулою (2).
Zround = 138*lg(D/d)/√ε; (1)
Zsquare = 138*lg (1.08*D/d)/√ε; (2)
Де: D – внутрішній діаметр/ширина зовнішньої трубки/стінки, мм; d – зовнішній діаметр центральної жили, мм; 1/√ε – фактор уповільнення хвилі в діелектриці (для повітря дорівнює 1.0001).
Звідси, задавшись необхідним імпедансом трансформатора Z = 83 Ohm і внутрішнім діаметром D наявної трубки або квадрата, можна вивести необхідний зовнішній діаметр d центральної жили нашого псевдокоаксіала (див. формули 3 і 4).
dround = D / 10 ^ (Z / 138); (3)
dsquare = 1.08 * D / 10 ^ (Z / 138); (4)
Готові розрахункові співвідношення діаметрів кондиціонерної трубки та дроту для виготовлення коаксіальної лінії довжиною λ/4/√ε імпедансом близьким до 83 Ohm, що трансформує імпеданс спіралі зі 140 на 50 Ohm зведені в таблицю (дивись нижче).
Зверніть увагу, що метал мідної трубки дуже м'який і для унеможливлення пошкодження коаксіальної лінії в процесі експлуатації монтувати її слід не перпендикулярно рефлектору за аналогією з SAT-MP-320 (її просто може зігнути під вагою фідера і замкнути внутрішній провідник на екран), а паралельно прямо на площині рефлектора двома скобами. Або просто припаяти трубку до рефлектора, якщо його матеріал дозволяє паяння. Втім, можна передбачити додатковий зовнішній пластиковий кейс, який виконуватиме роль ребра жорсткості.
Гнучка коаксіальна лінія
Для підвищення технологічності, зниження габаритів та матеріаломісткості такий трансформатор можна реалізувати з готового коаксіального кабелю. Для підвищення імпедансу несиметричної лінії необхідно підняти співвідношення діаметрів D/d (див. формулу Zround = 138*lg(D/d)/√ε). Зробити це можна замінивши центральну жилу на більш тонку або збільшити діаметр ізолятора, наприклад термоусадив ПЕТ трубку на ізолятор 75-омного кабелю з попередньо знятим екраном. Даному коаксіальному трансформатору та методики вимірювання його імпедансу на векторному антенному аналізаторі NanoVNA присвячено наступне відео:
1. Експоненційний трансформатор (див. нижче), за довжиною якого хвильовий опір змінюється за експоненційним законом, що досягається зміною відстані між провідниками або їх діаметра і відповідно зміною погонної індуктивності та ємності трансформатора по всій його довжині. Насправді полоскова лінія змінної ширини. Фізичний зміст узгодження експоненційним трансформатором полягає в тому, що в міру збільшення імпедансу амплітуда напруги зростає, а амплітуда струму зменшується плавно, так що режим хвиль, що біжать, практично зберігається.
2. Лінійний трансформатор як спрощення експоненціального, по суті трикутник опорів, зокрема прямокутний (зі сторонами катетів 586х141 мм на SATCOM).
3. Смужковий чверть-хвильовий шлейф (шириною 40 мм і довжиною 250 мм).
4. Трансформуюча лінія із самої спіралі шляхом поступового притискання частини першого витка спіралі із ізольованого дроту до рефлектора. У роботі Influence of Wire-Based Impedance-Matching on Helical Antenna Radiation and Limitations Equivalent Model авторами побудована модель такого узгодження та за допомогою HFSS проведено дослідження ДС антени при його використанні. Було показано, що узгоджуючий провід над площиною рефлектора практично не впливає на діаграму спрямованості і коефіцієнт відзеркалення та ДС спіральної антени можна оптимізувати (налаштувати) незалежно
5. Коаксіальна лінія завдовжки чверть лямбди з імпедансом = √(140x50) = 83 Ohm.
Жорстка коаксіальна лінія
Найбільш стабільний варiант через контрольовані параметри, що не залежать від навколишніх факторів як близькість рефлектора, спіралі, кліматичні умови. Таких готових коаксіалів немає, але його можна зробити самому з круглого профілю, квадратного профілю або навіть з іншої коаксіальної лінії. Достатньо підібрати такі співвідношення внутрішнього діаметра екрану та зовнішнього діаметра центрального провідника, щоб вийти на імпеданс 83 Ohm. Так само як раніше робив коаксіал з геркона та латунної трубки для антенного комутатора до 500 MHz. Як відомо, імпеданс для круглого профілю розраховується за формулою (1), а для квадратного за формулою (2).
Zround = 138*lg(D/d)/√ε; (1)
Zsquare = 138*lg (1.08*D/d)/√ε; (2)
Де: D – внутрішній діаметр/ширина зовнішньої трубки/стінки, мм; d – зовнішній діаметр центральної жили, мм; 1/√ε – фактор уповільнення хвилі в діелектриці (для повітря дорівнює 1.0001).
Звідси, задавшись необхідним імпедансом трансформатора Z = 83 Ohm і внутрішнім діаметром D наявної трубки або квадрата, можна вивести необхідний зовнішній діаметр d центральної жили нашого псевдокоаксіала (див. формули 3 і 4).
dround = D / 10 ^ (Z / 138); (3)
dsquare = 1.08 * D / 10 ^ (Z / 138); (4)
Готові розрахункові співвідношення діаметрів кондиціонерної трубки та дроту для виготовлення коаксіальної лінії довжиною λ/4/√ε імпедансом близьким до 83 Ohm, що трансформує імпеданс спіралі зі 140 на 50 Ohm зведені в таблицю (дивись нижче).
Зверніть увагу, що метал мідної трубки дуже м'який і для унеможливлення пошкодження коаксіальної лінії в процесі експлуатації монтувати її слід не перпендикулярно рефлектору за аналогією з SAT-MP-320 (її просто може зігнути під вагою фідера і замкнути внутрішній провідник на екран), а паралельно прямо на площині рефлектора двома скобами. Або просто припаяти трубку до рефлектора, якщо його матеріал дозволяє паяння. Втім, можна передбачити додатковий зовнішній пластиковий кейс, який виконуватиме роль ребра жорсткості.
Гнучка коаксіальна лінія
Для підвищення технологічності, зниження габаритів та матеріаломісткості такий трансформатор можна реалізувати з готового коаксіального кабелю. Для підвищення імпедансу несиметричної лінії необхідно підняти співвідношення діаметрів D/d (див. формулу Zround = 138*lg(D/d)/√ε). Зробити це можна замінивши центральну жилу на більш тонку або збільшити діаметр ізолятора, наприклад термоусадив ПЕТ трубку на ізолятор 75-омного кабелю з попередньо знятим екраном. Даному коаксіальному трансформатору та методики вимірювання його імпедансу на векторному антенному аналізаторі NanoVNA присвячено наступне відео:
