Волновой канал 2400 МГц

[Mishka]

Здравствуйте!

 

Пытаюсь смоделировать простую антенну Яги-Уда для частоты 2400-2500 МГц, которую можно было бы изготовить из обычной медной проволоки 2.5 квадрата (диаметр 1.7 мм). При этом антенна должна иметь высокий КНД и не требовать согласования, то есть ее импеданс должен быть равен 50 Ом.

 

Направленность антенны легко можно улучшить если, например, увеличить количество директоров. Однако у меня несколько другие цели: я пытаюсь добиться оптимальной конструкции для некоторого фиксированного числа элементов. В данном случае их всего семь, включая рефлектор и вибратор. Меняя геометрию антенны (то есть только расположение и размеры элементов) и анализируя результаты можно попробовать добиться и хорошего КСВ, и высокого КНД.

При моделировании я обнаружил, что диаграмма направленности имеет достаточно сложную зависимость от взаимного размера между рефлкетором, вибратором, и директорами (и не только от этого). Например, буквально совсем небольшое увеличение размера директоров (которые все равно остаются меньше вибратора) может привести к тому, что они начинают работать как отражатели и антенна меняет свою направленность. Эти тонкости делают оптимизацию непростым и интересным делом.

 

Для оптимизации я использую cocoaNEC (ядро NEC 2) и некоторое подобие градиентного спуска, где градиент вычисляется по размерам элементов, а функция потерь зависит от КСВ и КНД. Похоже, что алгоритм все время попадает в какие-то локальные минимумы и не может из них выйти. Перезапустив его несколько раз я нашел, что более-менее работают следующие начальные размеры элементов:

• вибратор - lambda / 2
• рефлектор = вибратору
• директоры - 70% от длины вибратора

Вернее даже сказать, что работают-то любые параметры, но эти значения дают более-менее неплохую направленность антенны. И вот тут и возникает вопрос:

 

Какое значение коэффициента направленного действия или коэффециента усиленя считается хорошим для Яги-Уда на 2400-2500 МГц из 7 элементов?

 

В Интернет мне не удалось найти какой-то теории на этот счет, но разные источники ссылаются на плюс-минус одинаковые результаты.  Так, многие калькуляторы, включая https://www.changpuak.ch/electronics/yagi_uda_antenna_DL6WU.php, дают КНД порядка 9.5 - 10 дБ. В некоторых статьях описаны параметры аналогичных антенн из 7 элементов и они указывают сходный КУ около 9.5 - 10 дБ, например, здесь: https://www.researchgate.net/publication/334825243. Википедия говорит, что шестиэлементный канал имеет КУ около 9 дБ, а десятиэлементный - около 11 дБ.

 

В то же время, после градиентного спуска симуляция в NEC 2 семиэлементной антенны показывает КУ порядка 11 дБ. То есть разница где-то на 1-1.5 дБ. В принципе, это уже неплохо и я подумываю, чтобы собрать подобную антенну и проверить. Но мне кажется, что из волнового канала из 7 элементов можно извлечь больше. Как думаете, какие зачения можно было бы ожидать в лучшем случае?

 

 

 

 

 

[Mishka]

К сожалению, у меня так и не получилось вставить изображение на этот форум. Все мои попытки заканчиваются сообщнием об ошибке: "Недопустимое расширение файла".  Поэтому привожу здесь листинг карточек NEC, чтобы вы могли самостоятельно посмотреть на модель этой антенны:

 

CM SGD-Yagi7 2021-12-28 02:01
CE ----------
GW   1  25 -3.55E-04  -0.03106  0.000000 -3.55E-04  0.031058  0.000000  0.0017
GW   2  25  0.030580  -0.02831  0.000000  0.030580  0.028315  0.000000  0.0017
GW   3  25  0.047864  -0.02383  0.000000  0.047864  0.023827  0.000000  0.0017
GW   4  25  0.075981  -0.02269  0.000000  0.075981  0.022690  0.000000  0.0017
GW   5  25  0.099726  -0.02136  0.000000  0.099726  0.021364  0.000000  0.0017
GW   6  25  0.125136  -0.02287  0.000000  0.125136  0.022870  0.000000  0.0017
GW   7  25  0.150190  -0.02122  0.000000  0.150190  0.021222  0.000000  0.0017
GE  0
FR  0    1    0    0  2400.000  0.000000
EX  0    2    13   1  1.000000  0.000000                                        
XQ
RP  0    1  360 1000  90.00000     0.000     0.000     1.000 5.000E+03
RP  0  360    1 1000   -90.000     0.000     1.000     0.000 5.000E+03
XQ
FR  0    1    0    0  2420.000  0.000000
EX  0    2    13   1  1.000000  0.000000                                        
XQ
RP  0    1  360 1000  90.00000     0.000     0.000     1.000 5.000E+03
RP  0  360    1 1000   -90.000     0.000     1.000     0.000 5.000E+03
XQ
FR  0    1    0    0  2440.000  0.000000
EX  0    2    13   1  1.000000  0.000000                                        
XQ
RP  0    1  360 1000  90.00000     0.000     0.000     1.000 5.000E+03
RP  0  360    1 1000   -90.000     0.000     1.000     0.000 5.000E+03
XQ
FR  0    1    0    0  2460.000  0.000000
EX  0    2    13   1  1.000000  0.000000                                        
XQ
RP  0    1  360 1000  90.00000     0.000     0.000     1.000 5.000E+03
RP  0  360    1 1000   -90.000     0.000     1.000     0.000 5.000E+03
XQ
FR  0    1    0    0  2480.000  0.000000
EX  0    2    13   1  1.000000  0.000000                                        
XQ
RP  0    1  360 1000  90.00000     0.000     0.000     1.000 5.000E+03
RP  0  360    1 1000   -90.000     0.000     1.000     0.000 5.000E+03
XQ
FR  0    1    0    0  2500.000  0.000000
EX  0    2    13   1  1.000000  0.000000                                        
XQ
RP  0    1  360 1000  90.00000     0.000     0.000     1.000 5.000E+03
RP  0  360    1 1000   -90.000     0.000     1.000     0.000 5.000E+03
XQ
EN

[Mishka]

Все-таки решил победить форум и выложить изображения (на этот раз через вложения):

 

[Mishka]

Какое вообще оптимальное расстояние между директорами? Мои эксперименты подсказывают, что они зависят от длины волны и, возможно, некоторых других свойств на определенной частоте.

 

Антенна, которая показана выше, имеет общую длину (от рефлектора до пятого директора) около 150 мм. Если общую длину увеличить до 220 мм, то коэффициенты направленности и усиления выростают выше 12 дБ:

 

 

Однако если продолжать увеличивать общую длину, то скоро КУ и КНД резко начинают обваливаться. Директоры выходят за пределы near field?