Спиральная антенна на 2.2-2.4 ГГц. Согласование флагом. Усиление. Поляризация. [Helix Antenna. Flag Match. Gain. Polarisation]

 

Продолжение материала про спиральную антенну на частоту 2200-2400 МГц. https://lavrinenkov.blogspot.com/2023/03/22-24-helix-22-24-ghz-antenna-for.html К  спиральной антенне с параметрами D=52, d=2, N=3, Шаг=30 (в мм) добавляем согласующий медный флаг 71х17 см. Поляризация левая (LHCP) вращение спирали вправо для нарастания, если смотреть на экран со стороны спирали. Доработанная антенна:

Обзорная полоса 100 МГц - 10 ГГц по КСВ (на R&S ZNB-20):

Области с КСВ менее 2: 1.38...1.72, 4.24...5.45, 7.98...8.97 ГГц

Целевая полоса 100 МГц - 3 ГГц по КСВ:

Хорошо заметно широкополосное начало рабочей зоны антенны, маркер М1 = 1.217 ГГц. Интересуемая точка М3 = 2280 МГц имеет КСВ более 3. 

Немного уменьшаю диаметр спирали, и ее шаг: D=48, d=2, N=3, Шаг=15 (в мм)

Точка М1 в районе 1.7 ГГц, КСВ=2. Интересуемая точка М3 = 2280 МГц имеет КСВ более 3. 

Уменьшаю диаметр спирали, изменяю шаг, появляется еще 1 виток: D=40, d=2, N=4, Шаг=20 (в мм)

КСВ стало хуже, весь график лежит выше линии с КСВ=2

Возвращаю спираль к условному исходному состоянию D=52, d=2, N=3, Шаг=25 (в мм):

Точно, конечно, не вернешь, сильное влияние оказывает ближний виток к экрану, его наклон. Здесь вышло так, что М1 около 1.3 ГГц, М3 задралось до КСВ=6. 

Таким образом, мой действия не привели антенну в рабочее состояние на нужной частоте. Вероятно, все таки нужно делать точку подачи питания не в центре экрана, а на линии окружности спирали, также уточнять размер флага. 

Для оценки поляризации использую поглощающие антенные насадки с встроенными спиральными облучателями (для левой LHCP и правой RHCP) поляризаций.

Хорошо видно, что наличие диэлектрика позволяет уменьшить размер спирали. Левая насадка здесь с правой поляризацией, а правая насадка и спиральная антенна с левой поляризацией.

Расстояние от переднего края спирали до раскрыва насадки около 6 см.

Для оценки прохождения волны располагаем образы на расстоянии около 10 см.

Антенна (LHCP) и насадка (RHCP), 10 см:

Антенна (LHCP) и насадка (LHCP), 10 см:

Итак, на частоте 2280 МГц, при одинаковой поляризации имеем S21 = -26 дБ, при отличной поляризации имеем S21 = -27.5 дБ. Таким образом сигнал слабее всего на 1.5 дБ. (в теории до 30 дБ развязка). Значит до теории нам ещё далеко. =)

Для опыта проверю и сами насадки.

Насадка (LHCP) + насадка (RHCP):

Насадка (LHCP) + насадка (LHCP):

На частоте 2280 МГц, при одинаковой поляризации имеем S21 = -38.7 дБ, при отличной поляризации имеем S21 = -39.2 дБ. Таким образом сигнал слабее всего на 0.5 дБ. Тоже никаких 30 дБ разницы не наблюдаю. Вероятно, внутренний диаметр кожуха, около 8 см, меньше длины волны оказывает влияние на формирование волны, мешая закручиванию поля. Оценим здесь же, коэффициент усиления одной насадки.

Для частоты: 2300 МГц

Дальность: 0,22 м

Измерение: -38 дБ

Потери эфира: 26,5 дБ

Ку_2х_насадок: -11,5 дБ

Ку_насадки -5,75 дБ

А теперь оценим коэффициент усиления моей спиральной антенны:

Для частоты: 2300 МГц

Дальность: 0,16 м

Измерение: -26 дБ

Потери эфира: 23,75 дБ

Ку_насадки+антенны: -2,25 дБ

Ку_насадки: -5,75 дБ

Ку_антенны: +3,5 дБ

+3,5 дБ, тоже как-то не дотягивает, до ожидаемых 11 дБи, но хотя бы величина положительная, и это обнадеживает. =)

И диаграмма Смита, после легких игр руками с геометрией антенны:

Отметил всего две точки М1 на 1.4 ГГц, с R близким к 50 Ом, и целевая М2 с 2280 МГц, R=38+j56 Ом, не идеально, но как-то работать будет.

В копилку эрудита: Для уменьшения размеров спирали, можно использовать в качестве основы водопроводные трубы 40-50 мм. Процитирую DL2KQ: "Пластиковые части конструкции (траверса, распорки) сдвинут вниз частотную характеристику антенны. Если спираль мотается прямо на пластике, то необходимо учитывать что антенна станет электрически длиннее в корень из эпсилон раз."

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

для связи позывной + @ + mail.ru