Стек на спутники и почему это не годится

Стек на спутники и почему это не годится

Сообщение Prof » Ср апр 06, 2016 4:59 pm

"Усиление" антенны не берется ниоткуда. Это всегда только пространственное распределение генерируемой мощности. Если мы хотим излучить куда-то больше, то можем сделать это только за счет того, что излучим в остальные стороны меньше. По этому ширина основного лепестка и "усиления" взаимосвязаны, но на "усиление" влияет не только ширина основного лепестка, но и площадь побочных - побочные лепестки означают потерю той энергии, которую мы хотели собрать и излучить вперед, а значит возможна неудачная конструкция антенны с узким основным лепестком диаграммы, но с недостаточным "усилением", если при этом слишком значимы побочные лепестки. Для сужения основного лепестка и концентрации мощности в нужном направлении есть разные конструктивные решения. Например, на УКВ наиболее часто используют антенны Уда-Яги. Чем длиннее антенна, тем выше "усиление". Когда построить еще более длинную антенну становится конструктивно невозможно, строят несколько антенн и объединяют их в стек.

Стек, вообще-то, жаргонное название фазированной антенной решетки. В общем, назначение ФАР состоит в моделировании диаграммы направленности, в том числе динамически (например в радарах) - не только для сжатия этой самой диаграммы, а вообще для чего угодно. В радиоаматорской же практике, это только частный случай увеличение "усиления" за счет нескольких антенн, включенных паралельно, но и здесь можно моделировать неравномерное сжатие основного лепестка в желаемой плоскости. В стек можно объединять любые антенны, даже разные, но в радиоаматорской практике обычно объединяют одинаковые антенны - так проще с расчетами. В зависимости от количества этажей и рядов изменяется и результирующая диаграмма антенной решетки. Например, две антенны друг над другом будут иметь такую же диаграмму в горизонтальной плоскости, как и одиночная, а диаграмма в вертикальной плоскости будет сжата сильнее, за счет чего и достигается большее усиление. По такому же принципу строятся коллинеарные антенны - несколько вертикальных излучателей, запитанных синфазно, сохраняют круговую диаграмму в горизонтальной плоскости, но сжимают диаграмму в вертикальной. Расстояние между рядами и этажами сфазированных излучателей влияет на результирующую диаграмму и рассчитывается исходя из параметров отдельных антенн (т.е. неодинаково в длинах волны для разных случаев). Обычно, находят компромисс между ростом усиления вперед и сильно растущими боковыми лепестками.

Рассмотрим пример спутниковой антенны - кросполяризованная антенна Уда-Яги на 3 (2х3) элемента. Почему спутниковую? По тому, что наш друг и коллега интересуется спутниковой связью, а значит этот материал может иметь для него практическую, а не только сугубо познавательную ценность. Одна такая антенна, фиксировано направленная в зенит, удовлетворительно перекрывает всю верхнюю полусферу, разве что кроме совсем малых углов над горизонтом, что позволяет использовать ее как простейшую, но полноценно годную антенну для всех тех витков, которые будут возвышаться достаточно высоко над горизонтом.

Можно видеть широкий основной лепесток (в направлении X) и приличное подавление излучения назад.

А так это выглядит в 3D.

Теперь попробуем редко используемый, но возможный вариант - восемь таких антенн в ряд. Рассмотрим как вертикальный, так и горизонтальный ряд - они одинаковы, но сжатие заметно либо по оси Y, либо по оси Z. Сильное сжатие по вертикали и широкая диаграмма по горизонтали может быть удобна для наземной связи, когда перекрывается большой сектор горизонта, но "усиление" очень высоко за счет минимизации излучения выше и ниже горизонта. Для спутниковой же связи такая конфигурация хороша только в том случае, когда возможно поворачивать антенну так, чтобы виток спутника попадал в узкую "полоску" диаграммы и все время проходил в районе максимума направленности. Для фиксированной антенны это, конечно, неприменимо.

То же самое в 3D.

Теперь попробуем сделать симметричный стек 3х3 - девять одинаковых антенн. Здесь хорошо видно симметричное сжатие основного лепестка. Антенна весьма остронаправленная и как фиксированная спутниковая совершенно непригодна.

То же самое в 3D.

Как видно, все конструкции имеют большие побочные лепестки. Их можно заметно уменьшить, подобрав расстояние между соседними антеннами - я не сделал это для того, чтобы показать бесперспективность бездумного фазирования антенн без предварительного расчета. Но полностью избежать боковых лепестков почти невозможно, просто при моделировании нужно находить наилучший компромисс между основным и побочными лепестками.

Все расчеты сделаны в MMANA, в качестве базовой использовалась модель Crosspol144.maa.
Аватара пользователя
Prof
Почетный гражданин
 
Сообщения: 4008
Зарегистрирован: Ср июл 31, 2013 9:51 pm
Откуда: оттуда
Благодарил (а): 281 раз.
Поблагодарили: 585 раз.
CB позывной: Professor

Re: Стек на спутники и почему это не годится

Сообщение maxim79 » Ср апр 06, 2016 6:13 pm

Спасибо Женя что открыл мне глаза на стеки и на то откуда берется усиление антенны! До того как я начал проводить эксперименты с антеннами у меня было совсем другое понимание о антеннах.
Буду пробовать другие варианты для достижения своей цели ;) варианты о которых мы говорили :idea:
А данная тема возможно поможет еще кому то познать антенный дзен :D
Еще раз спасибо! 73!
Ты еще не был на моем канале в Youtube? Подписывайся!!!
Измеряй микрометром. Отмечай мелом. Отрубай топором.
Аватара пользователя
maxim79
Постоялец
 
Сообщения: 733
Зарегистрирован: Пн апр 27, 2015 11:14 pm
Откуда: Киев, борщаговка
Благодарил (а): 224 раз.
Поблагодарили: 378 раз.
CB позывной: МАКС/315LR116
Р/л позывной: UT6UZ
Имя: Максим
Аппаратура: Yosan CB-50/LEMM
Автомобиль: Daewoo Lanos

Re: Стек на спутники и почему это не годится

Сообщение Prof » Ср апр 06, 2016 7:26 pm

Уменьшил расстояние между антеннами в стеке 3х3. Максимальное "усиление" чуть упало, но основной лепесток стал заметно шире за счет сильного сокращения побочных - на практике это намного лучше, т.к. попасть точно по максимуму усиления на корреспондента затруднительно, а при узком основном лепестке намного легче не попасть вообще.

То же самое в 3D.


А вот нашел в моделях антенну от F9FT (f9ft-21-432.maa) длиной порядка 6,6λ - для 70см это будет порядка 4,6м, а для двойки под 14м, что на деле почти неосуществимо. Да, здесь модель антенны линейной поляризации - для круговой элементы нужно удвоить с 21 до 42 или сделать две отдельные антенны, а усиление линейной у круговой поляризации напрямую сравнивать нельзя (разница в 3dB). Но обрати внимание, что здесь боковые лепестки изначально хорошо придушены. Если фазировать такие антенны в стек (а так и делают для EME и VHFDX), то усиление стека вырастет, но и боковые лепестки тоже вырастут, т.к. они усиливаются так же, как и основной.

То же самое в 3D.


Не существует универсального ответа что лучше - одна длинная антенна или стек из антенн поменьше. Все всегда решается индивидуально исходя из задач и возможностей. Но по спутникам стеки в радиоаматорском смысле слова неприменимы - они громоздкие и слишком узконаправленные. По спутникам нужны относительно короткие антенны с широкой диаграммой направленности, которыми нетрудно попадать в быстродвижущуюся цель, а проблему недостаточно эффективного приема слабых сигналов и затухания этих самых сигналов в кабеле решать, скажем, применением LNA.
Аватара пользователя
Prof
Почетный гражданин
 
Сообщения: 4008
Зарегистрирован: Ср июл 31, 2013 9:51 pm
Откуда: оттуда
Благодарил (а): 281 раз.
Поблагодарили: 585 раз.
CB позывной: Professor


Вернуться в УКВ

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2

cron