Antenna
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1 Overview
http://www.i1wqrlinkradio.com/antype/ch9/chiave151.htm
2 Test Note
2.1 螺旋天线
- 带壳中心频率 433MHz,VSWR = 1.17,S11 = -19.8dB (435/1.16/-21,433/1.16/-21,470/5.3/-3.3)
- 裸奔中心频率 458MHz,VSWR = 1.07,S11 = -25.5dB (432/4.39/-3.9,433/4.18/-4.2, 470/1.75/-11.3)
白河峡谷:
- 普及版基站 432.026MHz
- Node mode 11, 20dBm (100mW)
- 普及版基站在室内,朝南紧靠窗
覆盖范围基本是个 500m 半径的圆,北向沿公路到西北直线距离 545m (高老庄乡村酒店),东向往捧河湾方向直线距离 520m,山体阻挡就没戏了,南向最远到云蒙山天池,直线距离 715m(窗户较水泥墙吸收小)
总体 RSSI 最低 -107dBm,最大 -45dBm(院子里)
市区:
- 普及版基站放客厅
覆盖范围 300-400m 左右,部分刁钻的区域 300m 都不到
RSSI 最低 -107dBm,一楼后门 -76dBm,一楼后门草坪 -66dBm,最大 -40dBm (室内)
- 节点和基站天线都用 433 的,只是软件把基站和节点的频率调整为 470.6MHz 后,室内 RSSI 平均为 -51dBm
- 把节点天线换成细长的 470 天线后,RSSI 最小 -49dBm,最大 -42dBm,5min平均 -46dBm:
- 再拔出基站天线外壳,中心频点变为 456MHz (1.12, -25dB,471/1.92/-10),RSSI 最小-43,最大 -39,5min 平均 -41dBm。
- 换 433 节点天线,焊上 SMA 弯头,调整中心频点为 471MHz (1.8, -10dB),RSSI 最小-40,最大 -37,5min 平均 -39dBm。
2.2 铜棒天线
- 普及版基站在室外, 432.026MHz,架高,PoE
- Node mode 11, 20dBm (100mW)
- 地点:白河峡谷
覆盖范围核心是个 1000m 半径的圆,北向穿村快出村口直线距离 1000m (村委往北快出村的红房子),东向往捧河湾方向围着山体的公路基本都有信号,最远直线距离 900m(捧河沿村委),继续顺时针往第一瀑方向,部分地区有信号,最远直线距离 1.9km
总体 RSSI 最低 -105dBm,最大 -42dBm(院子里)
3 Tools
HFSS, CST, FEKO, Sonnet, XFDTD ..
HFSS:
- HFSS 有完善的帮助文档体系,你碰到的问题基本都能通过按 F1 来解决
- HFSS 有非常完善的后处理功能和异常强大的场计算器,可以获得求解域内任意点的场解
- HFSS的脚本支持完善,尤其是支持Python以后,复杂的数据处理变得非常简单
- HFSS基本覆盖了所有需求解的场景
HFSS应该是最好用的天线仿真软件,尤其适用于电小尺寸天线和口径面积在2个波长以内的天线。CST适用于电尺寸稍大的天线,尤其是宽带天线,CST中集成的时域算法可以用对天线进行时域分析,宽带天线的时域分析是特别重要的一点。FEKO一般用来仿电大尺寸天线,尤其是发射面天线。
根据个人经验,分别介绍一下:
HFSS: HFSS基于FEM算法也就是有限元,是一种频域分析算法,常用于电小尺寸复杂结构天线的设计,尤其是谐振天线,比如我最近在设计植入在人体中的窄带天线,在HFSS中仿真设计很方便,很容易就找到谐振点,但是应用基于时域算法的CST,天线就很难找到谐振点。
CST: 个人认为CST的主要卖点就是他们独有的时域算法FIT,有限时域积分,可以用来算中型的电大尺寸天线,尤其是可以用来评估宽带天线的时域特性,分析宽带天线的发射接收波形。
FEKO: MOM和快算多极子起家,集成了PO、UTD等散射及绕射算法,最近加入了FDTD算法。主要拿来算大尺寸天线,尤其是反射面天线。
3.1 HFSS
4 Circular Spiral Antenna
4.1 法向
文献综述:
- 天线工程手册 II,Page499 (p319)
- 法向模螺旋天线分析与设计
- 基模螺旋天线的研究
- 快速计算法向模螺旋天线的电特性
- 螺旋天线的快速分析及宽带化设计
4.2 轴向
- 天线工程手册 II,Page499 (p319)
- 变形螺旋天线的自动设计
- UHF频段卫星通信螺旋天线的设计
4.3 平面
5 Tesing Record
5.1 433 3dbi
5.2 433 鞭状天线
- 频率范围: 433 ± 5 MHz
- 增益: 15 dBi
- 驻波比: ≤ 1.5 VSWR
- 输入阻抗: 50 Ω
- 功率容量: 50 W
- 天线长度: 22 CM
- 接口标准: SMA-J
--- rxlora. dst=0 type=0x00 src=0 seq=0 len=11 SNR=9 RSSIpkt=-49 BW=125 CR=4/5 SF=12 ^p0,0,0,0,11,9,-49 ^r125,5,12,434300 ^t2019-05-10T06:04:43.473 noduino.org --- rxlora. dst=0 type=0x00 src=0 seq=0 len=11 SNR=9 RSSIpkt=-50 BW=125 CR=4/5 SF=12 ^p0,0,0,0,11,9,-50 ^r125,5,12,434300 ^t2019-05-10T06:04:48.482 noduino.org --- rxlora. dst=0 type=0x00 src=0 seq=0 len=11 SNR=9 RSSIpkt=-49 BW=125 CR=4/5 SF=12 ^p0,0,0,0,11,9,-49 ^r125,5,12,434300 ^t2019-05-10T06:04:53.491 noduino.org
5.3 433 吸盘天线
纯铜棒
- 频率范围:433 MHz
- 增益:35dbi
- 驻波比:<= 1.5
- 输入阻抗: 50 Ω
- 最大功率: 50W
- 总高度:21CM
- 接头:SMA 内螺内针
- 极化方式:垂直极化
- 线材:RG58
- 工作温度:-40℃~+85℃
--- rxlora. dst=0 type=0x00 src=0 seq=0 len=11 SNR=7 RSSIpkt=-32 BW=125 CR=4/5 SF=12 ^p0,0,0,0,11,7,-32 ^r125,5,12,434300 ^t2019-05-10T06:29:57.390 noduino.org --- rxlora. dst=0 type=0x00 src=0 seq=0 len=11 SNR=7 RSSIpkt=-33 BW=125 CR=4/5 SF=12 ^p0,0,0,0,11,7,-33 ^r125,5,12,434300 ^t2019-05-10T06:30:02.399 noduino.org
6 Reference
- The Dropout’s Guide to PCB Trace Antenna Design
- 网络分析仪的使用以及天线匹配
- Antenna Design and RF Layout Guidelines
- nRF9E5 RF and antenna layout
- Small loop antennas
- The Antenna Selection Guide by TI
- 螺旋天线的快速分析及宽带化设计
- HFSS里面如何建螺旋线模型 http://www.edatop.com/hfss/12436.html http://www.edatop.com/hfss/39142.html