Спиральная антенна на 155 мгц параметры. Спиральная антенна на 155 МГц: параметры и особенности конструкции

Каковы основные характеристики спиральной антенны на 155 МГц. Какие параметры важны при ее конструировании. Как правильно рассчитать и изготовить спиральную антенну для диапазона 155 МГц. Какие преимущества дает использование спиральной конструкции на этой частоте.

Содержание

Принцип работы и особенности спиральных антенн

Спиральные антенны относятся к классу объемных антенн с круговой поляризацией. Их основным элементом является проводник, свернутый по спирали вокруг цилиндрической поверхности. Принцип действия спиральной антенны основан на сложении полей излучения отдельных витков спирали.

Основные преимущества спиральных антенн:

Широкополосность — могут работать в широком диапазоне частот
Круговая поляризация излучения
Компактные размеры по сравнению с другими типами антенн
Простота конструкции

Для диапазона 155 МГц спиральная антенна обеспечивает хорошие характеристики при относительно небольших габаритах, что делает ее привлекательным вариантом для портативных радиостанций и других мобильных применений.

Расчет основных параметров спиральной антенны на 155 МГц

При проектировании спиральной антенны на частоту 155 МГц необходимо рассчитать следующие ключевые параметры:

Диаметр спирали
Шаг намотки
Количество витков
Общая длина антенны

Расчет выполняется по следующим формулам:

Длина волны: λ = c / f = 3 * 10^8 / 155 * 10^6 = 1.94 м

Диаметр спирали: D ≈ λ / π = 1.94 / 3.14 ≈ 0.62 м

Шаг намотки: S = 0.2 * λ = 0.2 * 1.94 = 0.39 м

Количество витков: N = 3-5 (типовое значение для осевого режима)

Общая длина антенны: L = N * S = 4 * 0.39 = 1.56 м

Таким образом, для частоты 155 МГц получаем спиральную антенну диаметром около 62 см и длиной 1.5-2 м в зависимости от количества витков.

Конструктивные особенности спиральной антенны на 155 МГц

При изготовлении спиральной антенны на 155 МГц следует учитывать несколько важных моментов:

Проводник для намотки спирали должен иметь диаметр 2-4 мм
В качестве каркаса можно использовать диэлектрическую трубу подходящего диаметра
Для питания антенны применяется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом
Необходимо обеспечить согласование входного сопротивления антенны с кабелем
Для улучшения направленности за спиралью устанавливается металлический экран-рефлектор

Правильный выбор материалов и соблюдение геометрии при намотке спирали позволяют получить антенну с хорошими характеристиками в заданном диапазоне частот.

Характеристики и параметры спиральной антенны на 155 МГц

Основные характеристики спиральной антенны, рассчитанной на частоту 155 МГц:

Коэффициент усиления: 8-10 дБи
Ширина диаграммы направленности: 50-60 градусов
Входное сопротивление: 120-140 Ом
Коэффициент стоячей волны (КСВ): не более 1.5
Поляризация: круговая
Полоса рабочих частот: ±10% от центральной частоты

Данные параметры обеспечивают эффективную работу антенны в диапазоне 140-170 МГц. При необходимости характеристики можно оптимизировать под конкретные требования, изменяя геометрию спирали.

Применение спиральных антенн на частоте 155 МГц

Спиральные антенны, рассчитанные на частоту 155 МГц, находят широкое применение в различных областях:

Портативные и мобильные радиостанции

Системы радиосвязи специального назначения
Метеорологические радиозонды
Радиолюбительская связь
Телеметрические системы

Круговая поляризация и широкополосность делают спиральные антенны особенно эффективными при работе с подвижными объектами и в условиях многолучевого распространения радиоволн.

Преимущества и недостатки спиральных антенн на 155 МГц

Рассмотрим основные плюсы и минусы использования спиральных антенн в диапазоне 155 МГц:

Преимущества:

Широкополосность — работа в диапазоне 140-170 МГц
Круговая поляризация излучения
Хорошее усиление при компактных размерах
Простота конструкции и настройки

Недостатки:

Большие габариты по сравнению с четвертьволновым штырем
Направленное излучение — не подходит для кругового обзора
Сложность согласования с 50-омным кабелем

В целом, преимущества спиральных антенн перевешивают их недостатки для большинства применений в диапазоне 155 МГц.

Практические рекомендации по изготовлению спиральной антенны на 155 МГц

При самостоятельном изготовлении спиральной антенны на 155 МГц рекомендуется придерживаться следующего алгоритма:

Рассчитать основные параметры антенны по приведенным выше формулам
Подготовить диэлектрический каркас нужного диаметра и длины
Нанести разметку для намотки спирали с заданным шагом
Выполнить намотку медным проводом диаметром 2-4 мм
Закрепить концы спирали на каркасе
Установить металлический экран-рефлектор
Подключить питающий кабель через согласующее устройство
Проверить КСВ антенны и при необходимости выполнить подстройку

Тщательное соблюдение геометрии и качественное изготовление позволят получить антенну с характеристиками, близкими к расчетным.

Цифровая рация Motorola DP2400E

Описание

Поставляется в следующих модификациях:

MDH02JDC9VA1_N				Носимая р/с Motorola DP2400E PANR302C 136-174МГц 16 кан
MDH02JDC9VA1_NB				Носимая р/с Motorola DP2400E PANR302C 136-174МГц 16 кан (уп.)
MDH02KDC9VA1_N				Носимая р/с Motorola DP2400E PANR402C 300-360МГц 16 кан
MDH02KDC9VA1_NB				Носимая р/с Motorola DP2400E PANR402C 300-360МГц 16 кан (уп.)
MDH02RDC9VA1_N				Носимая р/с Motorola DP2400E PANR502C 403-527МГц 16 кан
MDH02RDC9VA1_NB				Носимая р/с Motorola DP2400E PANR502C 403-527МГц 16 кан (уп. )

Особенности:

Улучшенная чувствительность приемника
Конструкция повышенной прочности — надежно изолированный корпус для защиты от пыли и воды со степенью защиты согласно стандарту IP67.
Имеет сертификат TIA при использовании батареи PMNN4490A (IP68)
Клипса с вибрацией
Низковольтная батарея

Комплектация:

Антенна PMAE4079
Аккумулятор PMNN4415
Крепление на пояс PMLN7008
Одноместное зарядное устройство IMPRES WPLN4255

Краткая инструкция по эксплуатации

Оригинальные аксессуары для рации Motorola DP2400E

Антенны

PMAD4137 Антенна 300-337 МГц 9 см GPS
PMAD4135 Антенна 320-360 МГц 9 см GPS
PMAE4069 Антенна 405-450 МГц 9 см GPS DP2000/3441/4000
PMAD4116 Антенна 144-165 МГц 15 см GPS спиральная DP2000/3441/4000
PMAD4117 Антенна 136-155 МГц 15 см GPS спиральная DP2000/3441/4000
PMAD4118 Антенна 152-174 МГц 15 см GPS спиральная DP2000/3441/4000
PMAD4120 Антенна 146-160 МГц 9 см GPS DP2000/3441/4000
PMAD4119 Антенна 136-148 МГц 9 см GPS DP2000/3441/4000
PMAE4070 Антенна 440-490 МГц 9 см GPS DP2000/3441/4000
PMAE4079 Антенна 403-527 МГц 15 см GPS гибкая DP2000/3441/4000
PMAE4071 Антенна 470-527 МГц 9 см GPS DP2000/3441/4000
PMAD4138 Антенна 300-360 МГц 16,4 см GPS гибкая 4000
PMAD4121 Антенна 160-174 МГц 9 см GPS DP2000/3441/4000

Аккумуляторы

PMNN4525 Аккумулятор Li-Ion 1950 мАч IP68 (от −30°С до +60°С) DP4000
PMNN4409 Аккумулятор Li-Ion 2250мАч IP68 Impres DP4000
PMNN4412 Аккумулятор NIMH 1400 мАч IP67 DP4000

PMNN4490 Аккумулятор Li-Ion 2900мАч TIA4950 IP68 Impres DP2000
PMNN4488 Аккумулятор Li-Ion 3000мАч IP68 Impres (FOR VIB BELT CLIP) DP2000/4000
PMNN4491 Аккумулятор Li-Ion 2100мАч IP68 Impres DP2000/4000
PMNN4493 Аккумулятор Li-Ion 3000мАч IP68 Impres DP2000/4000
PMNN4406 Аккумулятор Li-Ion 1600 мАч IP68 DP4000

Зарядные устройства

WPLN4213 Многоместное зарядное устройство IMPRES DP2000/3000/4000
WPLN4220 Многоместное зарядное устройство IMPRES с дисплеем DP2000/3000/4000
NNTN8273 Зарядное устройство DP2000/3000/4000 (NNTN8117+PS000037A01)
WPLN4255 Зарядное устройство Impres состоит из WPLN4226 и PS000037A01 DP2000/3000/4000
NNTN8525 Автомобильное зарядное устройство DP2000/3000/4000

Гарнитуры

PMLN6760 Гарнитура для тяжелых условий DP2000/3441
PMLN7560 Наушник для микрофона-громкоговорителя с прозрачным звуководом, Jack 3,5 mm
PMLN7270 2-х проводная гарнитура скрытого ношения с акустической трубкой, микрофоном РТТ/VOX (бежевый)

PMLN7464 Гарнитура для тяжелых условий PTT DP2000/3441
PMLN6763 Гарнитура для тяжелых условий (TIA4950 approved) DP2000/3441
PMLN6755 3-х проводная гарнитура скрытого ношения с акустической трубкой, микрофоном РТТ (бежевый)
MDRLN4885 Наушник для микрофона-громкоговорителя, Jack 3,5mm
WADN4190 Наушник для микрофона-громкоговорителя с креплением за ухо, Jack 3,5 mm
PMMN4075 Микрофон-громкоговоритель (IP57) FM DP2000/3441
PMMN4076 Микрофон-громкоговоритель c разъемом для наушника (IP54) DP2000/3441
PMMN4108 Микрофон-громкоговоритель (IP67) IMPRES DP2000/3441
PMLN5727 Наушник с поворотным креплением за ухо и микрофоном и PTT/VOX DP2000/3441
PMMN4071 Микрофон-громкоговоритель c разъемом для наушника (IP54) IMPRES DP2000/3441
PMLN5733 Наушник с микрофоном РТТ/VOX DP2000/3441
PMLN6761 Гарнитура с оголовьем облегченная РТТ DP2000/3441
PMLN6635 Гарнитура с оголовьем облегченная с РТТ/VOX DP2000/3441
PMMN4073 Микрофон-громкоговоритель c разъемом для наушника (IP55) IMPRES DP2000/3441
PMLN6754 3-х проводная гарнитура скрытого ношения с акустической трубкой, микрофоном РТТ (черный)
PMLN5732 Наушник с креплением за ухо и микрофоном на штанге РТТ/VOX DP2000/3441
PMLN7269 2-х проводная гарнитура скрытого ношения с акустической трубкой, микрофоном РТТ/VOX (черный) DP2000/3441

Аксессуары для переноски

PMLN5869 Нейлоновый чехол для DP2000 с дисплеем 3″ Fixed Belt Loop
PMLN5868 Чехол из жесткой кожи для DP2000 без дисплея, 2. 5″ Swivel Belt Loop
HLN6602 Ранец из нейлона нагрудный DP1000/2000/3000/4000
HLN9985 Чехол из пластика водонепроницаемый DP1000/2000/4000
RLN4570 Сумка из нейлона для ношения радиостанции на груди DP1000/2000/3000/4000
4200865599 Поясной ремень 1.75″ для радиостанций Motorola

NTN5243 Ремень наплечный для переноски радиостанций
PMLN7296 Клипса вибрирующая 2.5″ DP2000/4000
PMLN5611 Крепление на ремень из жесткой кожи, 3″
PMLN7008 Клипса 2.5″ DP2000/3000/4000
PMLN4651 Клипса 2″ DP2000/3000/4000
PMLN5870 Нейлоновый чехол для DP2000 без дисплея 3″ Fixed Belt Loop
PMLN5610 Крепление на ремень из жесткой кожи, 2.5″ DP2000/4000/4000Ex
PMLN5863 Чехол из жесткой кожи для DP2000 с дисплеем, 3″ Fixed Belt Loop
PMLN5866 Чехол из жесткой кожи для DP2000 без дисплея, 3″ Swivel Belt Loop
PMLN5864 Чехол из жесткой кожи для DP2000 без дисплея, 3″ Fixed Belt Loop

Аксессуары для программирования

PMKN4117B Кабель программирования, разъем USB и DB25, для MOTOTRBO для DP2000, DP3441
PMKN4115B Кабель USB для программирования радиостанций DP2000, DP3441

Программное обеспечение

HKVN4059A Программный ключ активации Enhanced Privacy Feature для DP2000/DM2000
HKVN4060A Программный ключ активации Transmit Interrupt Encode (прерывания передачи) для DP2000/DM2000

HKVN4061A Программный ключ активации Capacity Plus для DP2000/DM2000
HKVN4065A Программный ключ активации MOTOTRBO Radio Management
HKVN4100A Программный ключ активации активации функционирования радиостанции в системе LCP
HKVN4203A Программный ключ активации для активации функции Digital Telephone Patch
HKVN4371 Программный ключ активации активации функции повышенного шумоподавления
HKVN4037A Лицензионный ключ IMPRES FLEET MANAGEMENT GP DP2000/3000/4000
GMVN5141AV Программное обеспечение MOTOTRBO CPS/tuner CD

Характеристики

Диапазон частот, МГЦ	136-174/300-360/403-527
Количество каналов	16
Выходная мощность передатчика, Вт	1-4
Тип	цифро-аналоговая
Диапазон рабочих температур, °С	от -30 до +60
Шаг сетки частот, кГц	12,5 (6,25), 25
Стандарт защиты	IP67

Оставьте отзыв об этом товаре первым!

Простые антенны для раций, ISM-диапазонов и др.

Введение

Поводом для написания этой статьи стали предыдущие статьи автора, посвящённые постройки Meshtatic-радиочата на LoRa-модемах:

Часть 5 планировалась как тема по антеннам в приложении к построению Meshtastic-сети, но объём рассматриваемых вопросов и написанного материала оказался гораздо больше, чем хватило бы на одну статью, потому автор решил вынести антенны в отдельное направление.

Кроме того, общаясь в профессиональных и около/радиолюбительских кругах, автор заметил, что антенная тематика неоднократно всплывает в ходе решения большого количества вопросов, касающихся как обычной нелицензируемой радиосвязи посредствам дешёвых раций, так и создания простых радиомодемных устройств ISM-диапазона 433МГц/868МГц. И, как оказывается, большинство людей или не обладает какими-либо знаниями в антенном направлении или они очень сильно поверхностны.

Как следствие:

Во-первых – отсутствием элементарной теоретической базы в антенной области, пользуются Китайцы, продавая огромное количество контрафакта антенной тематики;
Во-вторых, сильно падает качество и дальность связи, независимо от того связываетесь ли вы голосом или пытаетесь подружить между собой два или более радиомодемов.

По интернету гуляет огромное количество довольно сложного материала, касающихся теории антенн. Сейчас доступно большое количество учебников и методических материалов. В свободном доступе присутствуют программные решения для моделирования антенн. Но, как показывают наблюдение и практика – учебники непрофессионалам освоить практически нереально, с формулами особенно, моделирование антенн доступно только лишь профессионалам. Публика вынуждена тратить деньги, перебирая антенны с Aliexpress или делясь между собой конструкциями антенн из прошлого века, которые или работают плохо или совсем не работают, или работают там, где люди используют их не по назначению. Простое изложение сложной антенной теории, так сказать, «для гуманитариев» и остальной непрофессиональной публики и подавно отсутствует.

Автор решил взять на себя смелость и попытался максимально просто описать базовые понятия по антенной теории и составил универсальные рекомендациями при выборе антенны для большинства простых задач. Благодаря этим знаниям вам больше не навешают лапши на уши ушлые продавцы с Aliexpress и упрощается хождение по просторам Aliexpress в надежде найти правильную антенну.

Ещё одним фактором, послужившим стимулом к написанию статьи стало появление большого количества приборного инструментария для замеров характеристик антенн и не только. Если, буквально 10 лет назад, непрофессионалы могли только философствовать на тему антенн. Строить догадки, о том рассказали им правду о дальности связи или в очередной раз баек нарассказывали, то сегодня, имея небольшой багаж базовых знаний по антенной теории и обзаведясь недорогим прибором для измерения антенных характеристик, вы легко сможете проверить антенну. Ну а дальность связи сможете оценить сами, когда все элементы цепочки сделаны и гарантированно работают правильно.

И последнее, автор статьи предполагает, что заинтересованный в антенной теории человек, для понимания нижеописанного, обладает базовыми математическими знаниями и базовыми понятиями в области радиотехники, такими как децибел (дБ), длина волны, частота, и подобными…

Основные определения и аспекты

В антенной, как и в любой другой тематике существует несколько базовых определений, характеризующих работу любых антенн:

По наблюдениям автора, в данных вопросах столько легенд, домыслов и спекуляций, что стоит обратить на это пристальное внимание.

Автор умышленно для непрофессионалов опускает довольно сложную и пространную теорию работы антенн с тысячами сложных формул. Для начинающих или не профильных по профессии коллег она будет излишня, а если есть интерес, то по интернету вы найдёте огромное количество учебно-методических материалов на тему теории антенн. Коснёмся только самых важных моментов, которые важно знать и понимать при дальнейшем рассмотрении, описании и выборе любых антенн.

Важное примечание: следует отметить, что антенна – устройство реверсивное и имеет одинаковые характеристики как при приёме, так и при передаче. Т.е. если говорится об усилении на приём, то это же определение верно и для передачи.

Коэффициент усиления антенны — параметр, показывающий во сколько раз направленная антенна излучает в главном направлении сильнее, чем ненаправленная антенна, которая излучает во все стороны одинаково.
Важное примечание: термин «усиление» по отношению к параметру антенны не отражает сути параметра, он на самом деле означает «фокусировку». Антенна — это пассивный прибор и усиливать ничего не может по определению.
Коэффициент усиления антенны, выражаемый в dBi – это усиление, выраженное в децибелах относительно антенны в виде этакого «сферического коня в вакууме», т. е. изотропного бесконечно малого излучателя в вакууме, т.н. точечный источник излучения. Для нас это просто абстрактная цифра, как бы полный 0 в точке начала отсчёта усиления.
Сферический конь в вакууме
Ближайший приблизительный аналог в нашем материальном мире, от которого принято отсчитывать усиление – это ¼ волновой излучатель над идеально проводящей поверхностью. Т.к. ¼ волновой излучатель имеет конечную длину, бОльшую, чем от бесконечно малого источника, то значит, он тоже имеет своё небольшое усиление – примерно 1.8дБ. Такой моделью практически никто не пользуется, но это, чисто для представления.

Коэффициент усиления антенны, выражаемый в dBd – это усиление, относительно простейшей дипольной антенны. В свою очередь, соотношение усиления между идеальной изотропной антенной и идеальным полуволновым диполем составляет 2,15дБ. Т.е. усиление антенны 0dBd =2.15dBi, соответственно антенна с усилением 3dBd = 5.15dBi Усиление в dBd применяется обычно для описания направленных свойств антенн и некоторых других типов антенн, описание которых пока пропустим для простоты.
Усиление диполя
В вопросе усиления, как мы часто можем видеть в разнообразных рекламных проспектах по антеннам, особенно китайского происхождения, широкое поле для манипуляций и обмана несведущего пользователя. Продавцы в погоне за прибылью и выставлении своих антенн в более выгодном свете, чем у конкурентов, часто умышленно забывают дописать буковку «i», бывает не пишут вообще слова dB или просто нагло рисуют какие-то заоблачные цифры, не соответствующие даже приблизительно реальным характеристикам их изделия.
На практике, в 98% случаев, понятие «усиление антенны» носит условный и весьма приблизительный характер. Этот параметр в последнее время, чаще всего, берётся из математической модели, по которым строится антенна. Математическое моделирование продвинулось так далеко, что уже стало возможным построить электромагнитную модель поля в объёме и просчитать распространение поля на заданное расстояние в любой среде.
Измерениями реального усиления антенн занимаются специализированные лаборатории для военных и других ведомственных служб.

КПД антенны
Про КПД есть смысл говорить тогда, когда антенна гораздо меньше ¼ длинны волны. Так же, верно, для маленьких антенн будет и определение усиления, правда, уже с отрицательным знаком. Допустим, есть у вас маленькая спиральная антенна размером 3…5см на подобии широко известной Diamond SRH805s. В описании к ней, Китайцы обычно пишут про мифическое усиление 3…5дБ (опять же, забывая указать «i» ), когда на самом деле, её КПД будет не более процентов 20…30 или -9…-20dBi. Т.е. она будет работать раза в 3…10 хуже, чем полноразмерный ¼ штырь (конечно, при условии, что спиралька настроена).
Диаграмма направленности (ДН)
Когда мы говорили про изотропный бесконечно малый излучатель в виде маленькой лампочки, то обратили внимание, что в любой точке пространства от этой лампочки есть свет, уровень света везде вокруг постоянен, но сила света слаба. Если с одной из сторон от лампочки поставить отражающую поверхность, то сила света в какой-то области в стороне отражателя упадёт, а в противоположной, наоборот увеличится. Так мы создали диаграмму направленности источника излучения. Т.е. энергия, которая раньше равномерно уходила в любую точку пространства теперь меняет направление в отражателе и идёт вся в одну сторону.
В антенной технике ДН образуется за счёт фазового сложения/вычитания волн в каждой точке пространства. Для простой вертикальной ¼ волновой или дипольной антенны, энергия вокруг антенны распространяется по кругу, потому в вертикальной плоскости ДН получается круговой. Если рассматривать распространение радиоволн в горизонтальной плоскости, то получается восьмёрка. В объёмном представлении – это ТОР.
Диаграмма направленности — ТОР
Для многоэлементных антенн происходит сложное многофазное переотражение от разного количества элементов – в результате которого ДН излучения/или приёма приобретают форму сложной узкой кардиоиды.
Диаграмма направленности — узкая кардиоида
Хорошее описание ДН представлено в статье «Теория радиоволн: антенны» в 2012 году.

Полный импеданс и резонанс
Антенна является по сути своей пассивным узкополосным радиотехническим элементом. Та частота, на которой антенна излучает или принимает энергию максимально эффективно, условно называют резонансной частотой. На одном геометрическом конструктиве таких частот может быть несколько. Т.е. эффективно антенна может излучать и принимать не на одной какой-то частоте, а на нескольких. На практике обычно используют понятие основной резонанс – он же, обычно, первый резонанс. Параметры антенн характеризуются импедансом с активной составляющей (эквивалентно обычному омическому сопротивлению, как если бы за место антенны подключили обычный резистор) и реактивной составляющей со знаком «+» — индуктивная составляющая или знак «-» — емкостная составляющая (как если бы параллельно или последовательно с резистором подключили обычный конденсатор или индуктивность). Ключевым моментом, характеризующим настройку антенны в резонанс является та частота, на которой реактивная составляющая ровна 0. При этом, активная составляющая может быть абсолютно любой, от долей Ом до нескольких тысяч Ом. Весь диапазон активных сопротивлений от 0 до бесконечности на практике использовать не удобно, потому, мировое радиотехническое сообщество условилось использовать в большинстве случаев всего несколько фиксированных значений: в основном это 50 Ом и 75 Ом. Очень редко используются какие-то иные значения импедансов, применяемые для сильно специфичных устройств.
Полный импеданс описывается на одной частоте точкой или кривой в полосе частот. Для понятного представления о характеристике полного импеданса используется «Диаграмма Смита».
Диаграмма Смита
Для удобства представления, диаграмма нормируется (относительно чего она строится) к точке резонанса, где антенна (или иное устройство) имеет активное сопротивление 50 Ом – это центр диаграммы. Короткое замыкание на ней представляется в виде точки слева – 0 Ом, а обрыв в цепи – в точке справа – бесконечный импеданс.
Если вы внимательно следите за мыслью, то можете догадаться, что резонанс всегда находится на горизонтальной линии. Значение реактивного импеданса в зависимости от характера отображается выше или ниже горизонтальной линии.

КСВ (он же КСВН, он же SWR) и согласование антенны
Теперь, когда мы узнали, чем характеризуются основные параметры антенны сразу становится понятно откуда берутся иные, вероятно часто слышимые раньше определения.
КСВ антенны – Коэффициент Стоячей Волны (по Напряжению) (англ. standing wave ratio) – это параметр, характеризующий состояние согласования антенны с приёмно-передающим устройством, к которому антенна подключена. Если входной/выходной импеданс устройства настроен условно на 50 Ом, и настроенная в резонанс антенна имеет 50 Ом эквивалентного активного сопротивления, то рассогласование отсутствует, и вся энергия перетекает из передатчика в антенну, а затем в пространство или из пространства в антенну, а затем в приёмник без потерь. В таком случае говорят, что КСВ=1. Если импеданс антенны отличается от 50 Ом в ту или иную сторону и/или имеет реактивную составляющую в своём импедансе, то наступает рассогласование. Энергия частично отражается от антенны (при передаче) или от приёмника (при приёме) и суммарное количество энергии, излучённое в пространство или принятое приёмником, уменьшается. Степень рассогласования характеризуется повышением уровня КСВ.
Для простоты понимания, автор умышленно не приводит в статье даже не сильно сложные формулы. Если вы хотите более подробно понять как считается КСВ, то отправляемся к учебникам.
На практике, всё что вам достаточно знать – это приемлемым уровнем рассогласования антенны при приёме является КСВ<3…4, при передаче желательно что бы КСВ антенны не поднималось выше 2.
Пример измерения КСВ автомобильной антенны
Помните – это, всё условные цифры! Идеальное значение согласования антенны с устройством, когда КСВ=1 — практически никогда на практике не встречается. Хорошее значение согласования, когда КСВ<1.2, приемлемое значение, когда КСВ<1.5…1.7. Рассогласование, когда КСВ>2 является уже критическим для передатчика, но ещё в большинстве случаем не критическим для приёма. Рассогласованная антенна принимать самые сильные сигналы вероятно ещё будет, правда с уменьшенным уровнем (говорят ещё «принимаем на гвоздь»), а вот излучение энергии в пространство рассогласованной антенной резко снижается. Энергия, отраженная от антенны, никуда не девается – она возвращается обратно в передатчик и может вывести его из строя. Отсюда, часто можно слышать, что не рекомендуется работать на передачу без антенн. Это критично для передатчиков, мощностью где-то от 1Вт и больше. Для маломощных передатчиков ISM-диапазонов (включая LoRa-передатчики) с выходным уровнем до +20дБм (100мВт) скорее всего не пострадают при работе без антенн, но по возможности, лучше не рисковать и следить за тем, что антенна к радиомодему была подключена.
Когда в цепи «передатчик – антенна» появляется дополнительный элемент – переносчик энергии – коаксиальный кабель, то он тоже должен быть максимально согласован по импедансу, как с антенной, так и с приёмно-передающим устройством. Точно так же, если на места стыка «устройство-кабель» или «кабель-антенна» присутствует разность импедансов, то наступает рассогласование в общей цепи и происходят потери энергии. По этой причине делают коаксиальные кабели стандартных импедансов 50 и 75 Ом. Кроме того, в коаксиальном кабеле присутствуют потери при переносе энергии в материале. Чем кабель толще и короче, тем потерь в нём меньше.
Обратные потери (коэффициент отражения – reflection coefficient)
Этот параметр не очень часто можно услышать в около/радиолюбительской среде, но он часто применяется профессионалами связистами. Этот коэффициент показывает какое количество энергии отразилось от антенны обратно в кабель. Выражается в Децибелах с обратным знаком. Таким образом видно, при неидеальном согласовании, чем больше энергии ушло в антенну на излучение, тем меньше её отразилось обратно. Применительно к антенне этот параметр практически никогда не описывается, но при наличии прибора для измерения антенных характеристик конкретно по этому параметру хорошо видно качество работы антенны. Даже не по параметру КСВ, а именно по обратным потерям. Смотрим скрин прибора:
Типовой график КСВ и Обратных потерь
Фиолетовым цветом у нас показан параметр обратных потерь, а синим цветом – КСВ антенны. Если смотреть по графику КСВ, то в полосе частот 430-450МГц антенна вроде бы работает хорошо, но по графику обратных потерь видно, что лучше всего антенна работает в довольно небольшой полосе от центральной частоты 440МГц. Ещё более показательным становится график, когда антенна сверхширокополосная, когда она имеет более-менее низкий но не постоянный уровень КСВ в очень широкой полосе, но точки идеального согласования у неё неизвестны.
Пример графика КСВ и Обратных потерь в широкой полосе
Полезные ссылки по теме и источники откуда была взята графика:
Сайт настоящего профессионала в области разработок антенн, RA6FOO — «Применение диаграммы Смита при согласовании устройств»
Сайт настоящего Мастера дела и слова, автора серии книг по антеннам и их моделированию — Игорь Викторович Гончаренко DL2KQ
Сайт магазина K-radio (график КСВ)
Сайт 433175.ru, хорошая статья «Об «усилении» антенн, диаграммах направленности и видах связи».
Хорошая статья по возвратным потерям описана на сайте 3G-Aerial — «Возвратные потери, КСВ и S11. В чем разница? Физический смысл S-параметров антенны».
Статьи коллеги Юрия Пилипенко на Habr
Собственные наработки автора.

Теперь, когда у вас есть основные базовые понятия по антеннам, вы можете критично выбирать любые антенны для любых приложений: будь то антенны для ТВ, для портативной радиостанции или для Meshtastic-модема.

В следующей статье, будут рассмотрены примеры замеров разных антенн для диапазона 433МГц и 868МГц и предложены универсальные рекомендации по выбору антенн.

P.S. Автор не претендует на истину в последней инстанции; Если вы профессионал и/или глубокий теоретик в области антенной техники и обнаружили в статье какие-либо неточности, сообщите об этом автору в личку.

Часть 1 >>>>>>>>>>>> Часть 2. Обзор существующих решений.

EXh250SM: 145–155 МГц, спиральная 1/4 волны для УКВ антенны Tuf Duck с – Arcadian

25,88 долларов США
Цена за единицу за

EXh250SM

0 в наличии. В зависимости от времени выполнения заказа на заводе

Превышение цены объема
Количество:	Цена за единицу:
100	24,66 $
250	22,41 $
500	20,56 $

Время выполнения: Доставка через 6-8 недель

Стоимость доставки рассчитывается при оформлении заказа.

Подробная информацияХарактеристикиОтзывы

EXh250SM представляет собой 1/4-волновую спиральную антенну для УКВ-переносной двусторонней радиоантенны, работающую на частоте 145–155 МГц с разъемом типа SMA-папа Technologies) в 1980 году линейка портативных радиоантенн «Tuf Duck» стала отраслевым стандартом для приложений двусторонней радиосвязи. Эти антенны заслужили репутацию прочной и надежной в опасных ситуациях и суровых условиях. Являясь лидером отрасли в области двусторонних радиоантенн для OEM и послепродажного обслуживания, Laird Technologies производит эти антенны в различных стилях, включая: четвертьволновые, 1/4-волновые штыревые, 1/4-волновые спиральные, 1/4-волновые короткие. , 1/2 волны, прямоугольная спираль и прямоугольный хлыст.

Различные модели Tuf Duck включают антенны Low-Mid Band, UHF, VHF, Trunking и Cellular и одобрены для использования с радиостанциями Bendix King, EF Johnson, Itron, MaCom, Kenwood, Maxon, Vertex/Standard, Motorola, Midland. и Тайт. Вступайте в ряды ведущих полицейских управлений и компаний беспроводной связи, которые полагаются на антенные технологии Tuf Duck и инженерные инновации.

Особенности этой антенны EXh250SM:

Стиль: EXH . ¼ Wave Helical для VHF
Литье под давлением, с базовой нагрузкой, с высоким коэффициентом усиления.
Диапазон частот: 145–155 МГц
Усиление: Высокий коэффициент усиления
Средняя длина: 10,5 дюймов (макс.)
Тип разъема: SMA-папа
Поляризация: вертикальная
Полное сопротивление: 50 Ом
КСВ: 1,5:1 при резонансе
РЧ-мощность: 50 Вт
Диапазон температур: от -40 до +85°C
Испытание на падение: 1 метр

Технические характеристики

Артикул	ЭХ250СМ
Номер детали производителя	ЭХ250СМ
Производитель	Лэрд
Категория антенны	УКВ (132–220 МГц)
Рабочая частота	145–155 МГц
Усиление	Высокий коэффициент усиления
Полярность	Вертикальный
Ленты	Одноместный
SISO или MIMO	СИСО
Направленный или всенаправленный	Всенаправленный
Полное сопротивление	50 Ом
Максимальная входная мощность (Вт)	50 Вт
КСВ:	1,5 : 1
Ширина луча по горизонтали/азимуту	360
Высота/длина (дюймы)	10,5 дюйма
Высота/Длина (мм)	266,7
Рабочая температура (по Цельсию)	(-40) до 85°C
Тип разъема	Соединитель — нижний
Соединитель 1	SMA-папа
Подходит для использования вне помещений	№
Транспортное средство	№
Требуется плоскость заземления	№
Состояние продукта	Новый

Удалить

Итого {{totalPrice}}

Микроволны101 | Спиральные антенны

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную конструкции антенн

Нажмите здесь, чтобы узнать об устройствах для уничтожения дронов, использующих спиральные антенны

Новинка января 2018 года! Эта страница была написана и предоставлена Хадриеном из Франции, поэтому постарайтесь прочитать ее с французским акцентом. А еще лучше, включите видео Дебюсси ниже в качестве фоновой музыки, написанное примерно в 1890 году, когда ему еще не было 30 лет, и подумайте о своих многочисленных достижениях (или недостатках) в юности… Узнайте, как правильно произносить его имя здесь. .

Клод Дебюсси, «Арабески»

Общие положения

Спиральные антенны не следует путать со спиральными антеннами. Плоские спиральные антенны излучают в обоих направлениях. Это нецелесообразно для ЭМ-войны: мы хотим послать ЭМ-волны врагу, а не себе! Трехмерные спиральные антенны могут излучать в одном направлении и являются широкополосными, но их усиление невелико, так как для данной частоты активна лишь небольшая часть антенны.

Спиральная антенна представляет собой антенну, состоящую из проволоки, намотанной в виде спирали поверх конечной пластины заземления. Основные параметры спиральных антенн:

r: радиус спирали
С: окружность
альфа: угол
N: количество туров
S: расстояние между поворотами
ч: общая высота
r_reflector: радиус отражателя
Левша или правша

Некоторые параметры не являются независимыми и связаны отношениями:

C= 2∙π∙r, S=C ∙tan⁡α, h=N∙S.

Спиральные антенны имеют два основных режима: нормальный режим, когда размеры малы по сравнению с длиной волны, и аксиальный режим, когда размеры аналогичны длине волны. Помимо этих двух желательных режимов могут возникать паразитные режимы.

Моделирование

Лучший способ понять спиральные антенны — взять существующую спиральную антенну и смоделировать ее в очень широкой полосе пропускания. Эта антенна предназначена для ISM-диапазона 2,4 ГГц, но посмотрим, что будет на других частотах.

Геометрические параметры: r = 20 мм, h = 600 мм, N = 21 виток и wire_radius = 1,5 мм. Моделирование выполнено с использованием TLM-решателя CST Microwave Studio, fmax 6 ГГц, 10 ячеек/длина волны, граничные условия PML (идеально согласованный слой) на расстоянии 10 мм, снижение энергии на 40 дБ.

Решатель TLM (матрица линий передачи) был выбран потому, что он не только хорошо работает с проводами, но также позволит нам моделировать отклонения от теоретической структуры, например диэлектрические опоры, в будущих версиях этой страницы.

Спираль в нормальном режиме


@10 МГц	@200 МГц

Нормальный режим имеет место, когда размеры спирали малы по сравнению с длиной волны: h << лямбда и C << лямбда. Такие антенны ведут себя как прямые диполи, но имеют большую эффективную длину, поэтому их легче согласовать. Они обычно используются для изготовления антенн для более низких частот.

На изображении ниже показаны диаграммы направленности в этом диапазоне. От 10 МГц до 100 МГц направленность почти идентична короткому диполю, а направленность увеличивается с частотой. Обратите внимание, что этот график не включает потери на излучение и рассогласование, которые, как известно, высоки для коротких диполей. График пришлось перенормировать, потому что эффективность излучения была настолько низкой, что это приводило к числовым ошибкам!

На частоте 200 МГц (фиолетовый, самая большая кривая) диаграмма начинает отклоняться от диаграммы чисто дипольного излучения. Это признак начала переходных режимов.

Диаграммы нормального режима

Резиновые антенны-уточки работают в нормальном режиме. Нет, мы не придумали это имя! Рации часто используют спиральные антенны в обычном режиме.

Искаженные моды

При переходе от чистой нормальной моды к чисто аксиальным модам могут происходить интересные вещи. На частоте 300 МГц антенна имеет форму диаболо с нулем на радиальной оси. На частоте 1300 МГц форма направленная, с осевым пиком, но боковые лепестки слишком сильны для практического использования.


Шаблон 300 МГц	Шаблон 1300 МГц

На следующем рисунке показаны диаграммы направленности в этом диапазоне частот. Волнистая линия указывает направление, в котором указывает спираль (это не какой-то сумасшедший узор!)

Искаженные моды

Инверсные моды

От 1500 МГц до 1700 МГц антенна излучает в обоих направлениях!

Шаблоны обратного режима

В этом случае этот эффект показывает зависимость от размера отражателя, как показано на следующих рисунках. Которые мы опубликуем в ближайшее время!

@ 1500 МГц
r_reflector = 50 мм
@ 1500 МГц
r_reflector = 70 мм
@ 1500 МГц
r_reflector = 100 мм

@ 1600 MГц = 0 мм 7 r_reflector 509379 1600 МГц
r_reflector = 70 мм
@ 1600 МГц
r_reflector = 100 мм

@ 1700 МГц
r_reflector = 50 мм
@ 1700 МГц
r_reflector = 70 мм
@ 1700 МГц
r_reflector = 100 мм

Приближенный взгляд на корпус 1600 МГц / 50 мм:

меньшее усиление в основном лепестке, но вы также получаете больше шума от заднего лепестка. В приложениях SATCOM, если ваш задний лепесток направлен к земле, а шумовая температура намного выше, чем у неба, вы получаете много шума. При передаче приложений вы теряете мощность. В приложениях для ведения ЭМ-войны вы не только теряете мощность, но и атакуете свои собственные системы. Подумайте об этом: как это было бы практично, если бы это была пушка вместо антенны?

Этот эффект следует считать очень опасным! Никогда не используйте спиральную антенну за пределами ее диапазона без перепроверки фактической диаграммы направленности.

Спиральная осевая мода

В этом режиме антенна излучает вдоль своей главной оси. Поляризация круговая.


1800 МГц	1900 МГц

Ниже приводится сводка осевой моды по частотам. Чистые радиационные диаграммы, больше нечего сказать! Это то, что вам нужно для приложений направленной энергии, таких как UAV Scrambler.

Диаграммы осевых мод

График зависимости направленности от частоты показывает, что направленность сначала увеличивается с частотой, а затем резко уменьшается, прежде чем антенна резко перестанет работать. Снижение направленности на более высоких частотах является явным признаком того, что происходит что-то плохое.

Направленность в зависимости от частоты в осевом режиме

Обратите внимание, что соотношение между минимальным и максимальным значением примерно равно 1,7. Это не случайность. Это почти основной закон.

Режимы более высокого порядка

От ~3100 МГц до 6000 МГц шаблоны меняются от уродливых к более уродливым. У нас есть полный набор графиков каждые 100 МГц, спросите нас, если они вам нужны. На частоте 3100 МГц боковая нагрузка уже выше основного лепестка.

3100 МГц. Боковой лепесток выше основного лепестка

5000 МГц. Нуль на оси.

В режимах более высокого порядка антенна излучает, но не совсем туда, куда вам нужно! Обратите внимание, что входное сопротивление не очень далеко от значения, ожидаемого для таких антенн, поэтому этот эффект может быть неожиданным, если антенна проверяется только на анализаторе цепей.

Зависимость импеданса от частоты

Уравнения расчета для аксиальной моды

Антенна работает хорошо, когда:

Это приводит к соотношению fmax/fmin, равному 1,8, что довольно близко к эксперименту. В этом режиме входное сопротивление приблизительно соответствует реальному значению:

В сочетании с предыдущим уравнением:

Что, опять же, очень близко к тому, что видно в моделировании.

Поскольку импеданс имеет некоторую дисперсию в рабочем диапазоне и не является чисто реальным, импеданс может быть просто приблизительно равен 140 Ом на первом этапе проектирования. У вас есть гораздо более серьезные проблемы, такие как механическая конструкция.

Согласование импеданса спиральной антенны

Первый и самый важный шаг при решении проблемы — задать простой вопрос: «Что произойдет, если я абсолютно ничего не сделаю?» Рассчитаем потери на рассогласование (ML) в системе 50 Ом:

Потери из-за несоответствия в 50 Ом

Обратите внимание, что потери из-за несоответствия могут не отражать полную картину. В режиме передачи, если усилитель мощности видит плохое согласование, эффекты load-pull могут заставить вас желать, чтобы имел только потерю несоответствия. .. но вы можете обойти эту проблему с помощью ферритового изолятора.

В технической терминологии ничегонеделание — отстой, но в некоторых случаях его можно стерпеть. Второй вопрос: «Какое самое простое решение для решения моей проблемы?» Не могли бы мы просто сопоставить 140 Ом?

Потери на рассогласование в 140 Ом

При согласовании на 140 Ом потери на рассогласование ниже 0,4 дБ на всей полосе частот. Это вполне приемлемо, поэтому мы будем придерживаться этого. Итак, давайте запишем это эмпирическое правило:

Microwaves101 Эмпирическое правило!

Для большинства практических целей спиральная антенна с осевой модой имеет входное сопротивление 140 Ом. Если вам нужна более высокая точность, не забывайте о воображаемой части и слушайте свой ЭМ-симулятор.

Подберем спиральную антенну. Во-первых, вспомним непревзойденный S11:9.0007

Первая попытка простого четвертьволнового согласования с импедансом 140 Ом на центральной частоте (2,4 ГГц, 90°, Zl=84):

Не так уж плохо, но можно немного улучшить. После оптимизации:

Параметры линии согласования: f0 = 2,4 ГГц, l = 0,2 λ, Zl = 89 Ом. Линия немного короче и с более высоким импедансом, что характерно для емкостных нагрузок.
И с двумя линиями:

Почти идеально. Идти дальше было бы доить мышь. Параметры: l1 = 0,27, Zl1 = 78 Ом, l2 = 0,14, Zl2 = 151 Ом. Здесь мы видим потенциальную проблему: 151 Ом — это большой импеданс, у нас могут возникнуть проблемы.

Следующий шаг — реализовать это в реальной цепи, а не в идеальных линиях передачи. Один из способов сделать это — перевести предыдущие электрические значения в физические значения, но мы ленивы. Мы просто запускаем оптимизатор. Единственной предосторожностью было установить начальную длину линий примерно на 90°, чтобы оптимизатор быстро сходился. Результаты показаны здесь:

Обратите внимание на сходство между двумя кривыми. Это не совпадение.

Мы выбрали схему согласования на FR4. «Вы с ума сошли ?» Нет! Во-первых, FR4 не так плох, как мы обычно думаем, особенно на низких частотах.