Antenna

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(法向模螺旋天线)
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== 常用参数 ==
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'''辐射方向图:'''
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2019年9月6日 (五) 09:25的最后版本

目录

[编辑] 1 Overview


[编辑] 2 常用参数

辐射方向图:

Antenna-01.jpg



[编辑] 3 微带天线

  • GPS L1: 1575.42+/- 1.023MHz
  • BD B1: 1561.42+/- 2.048MHz

中心频点 1.568GHz,低 1.559GHz,高 1.577GHz

KB 建滔的 A 级料,FR-4 介电常数 4.8 ~ 4.1,频率越高介电常数越小。。。


设计:

  • Patch: W = 43mm (S11 = -39.7dB @ 1.563GHz), W = 42.8mm (S11 = -51.5dB @ 1.571GHz)。W 越小,中心频率越高。从 S11 和 阻抗曲线看,W = 42.8mm 更合适
  • W1 = 4mm
  • L1 = 5.4mm
  • L2 = 3.6mm


铝板反射面厚度需要大于同轴介质长度(>2mm,即激励面陷在 GND 反射板内),才能选用同轴介质层底面(feeddie)为 'wave port' 的激励类型。否则会报错:"Port refinement. process hf3d error: Port 1 is assigned to an internal face. Only allowed with lumped ports..."

铝板反射面变小后,谐振频率无太大差别;增益变化大,原来为 5.4dB,现在为 4.4dB


[编辑] 4 法向模螺旋天线

法向模必须满足: D/λ < 0.18

  • 433MHz, λ = 692mm
  • 470MHz, λ = 638mm

实践中, D 一般小于 0.15λ = 95mm


设计经验公式:天线工程手册 II,Page499 (p319)

  • 先定螺旋直径 D 和螺旋长度 L
  • 根据中心谐振频率算螺旋圈数 N


N, D 减小,S 增加,皆可增加谐振频率。。。


画螺旋线:


辐射边界表面距离辐射体要求不小于 1/4 波长,692/4 = 173mm


[编辑] 5 轴向模螺旋天线

0.25 < D/λ < 0.46

设计经验公式:天线工程手册 II,Page499 (p315)



[编辑] 6 Test Note

[编辑] 6.1 法向螺旋天线

A2 组装款:

d = 0.5, D = 5 - 0.5, L = 30.5, N = 24, S = (30.5 - 0.5)/24 = 1.25, 镀镍

焊上 SMA 弯头

  • 裸奔 450/1.9/-10dB
  • 加壳 422/1.9/-10dB


A3 意外款:

d = 0.5, D = 4.4 - 0.5, L = 33.2, N = 29, S = (33.2-0.5)/29 = 1.1276mm, h = 12.5mm

  • 带壳中心频率 433MHz,VSWR = 1.17,S11 = -19.8dB (435/1.2/-21,433/1.2/-21,470/5.3/-3.3)
  • 裸奔中心频率 458MHz,VSWR = 1.07,S11 = -25.5dB (432/4.4/-3.9,433/4.2/-4.2, 470/1.7/-11.3)
  • 去除弯头 SMA:454/1.2/-23dB, 433/3.0/-6dB, 470/2.1/-8.9dB


A4 超细款:

  • 裸奔中心频率 471MHz/1.49/-14dB,433MHz/10.68/-1.6dB
  • 焊弯头 SMA(深陷弯头套),中心频率 482MHz/2.4/-7.7dB, 470/3.1/-5.8dB, 433/14.6/-1.2dB
  • h+8mm 延长:465/1.5/-14dB, 470/1.6/-12dB, 433/6.3/-2.8dB
  • h+8mm 延长,焊弯头 SMA: 465/1.8/-11dB, 470/1.8/-11dB, 433/7.5/-2.3dB


A5 赠送款:

d = 0.8, D = 5.5 - 0.8, L = 30, N = 23.5, S = (30-0.8)/23.5 = 1.2426, h = 6mm

  • 弯焊头压直:445/1.9/-9.5dB, 470/6.1/-2.7dB, 433/3.1/-5.4dB
  • 焊入 QuarkV1.0 PCB,加 SMA 同轴线,修剪之将中心频率调到 433: 433/1.9/-10dB, 470/3.3/-5.5dB


A6 CAMO 款:

d = 0., D = .5 - 0., L = , N = 23.5, S = (30-0.8)/23.5 = 1.2426, h = 6mm

  • 435/1.3/-17dB, 470/8.4/-2dB, 433/1.4/-16dB


A7 桨叶款:

  • 450/1.2/-20dB, 470/1.5/-15dB, 433/1.9/-10dB


白河峡谷:

  • 普及版基站 432.026MHz
  • 节点 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
  • 节点 Node mode 11, 20dBm (100mW)


  • 信道频率 432.026MHz,基站 A3 带壳,节点 A5: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)


  • 信道频率 470.6MHz,基站 A3 带壳,节点 A5:室内平均 -51dBm
  • 信道频率 470.6MHz,基站 A3 带壳,节点 A4 :室内平均 -46dBm(最小 -49dBm,最大 -42dBm)
  • 信道频率 470.6MHz,基站 A3 不带壳,节点 A4:室内平均 -41dBm(最小-43dBm,最大 -39dBm)
  • 信道频率 470.6MHz,基站 A2 不带壳(中心 450)调整中心为 471MHz/1.8/-10dB,节点 A4:室内平均 -39dBm(最小 -40dBm,最大 -37dBm)
  • 信道频率 470MHz,基站 A7 桨叶,节点 A4: -32dBm(最小 -34dBm,最大 -30dBm)
  • 信道频率 470MHz,基站 A7 桨叶,节点 修剪后的 A5: -35dBm(最小 -36dBm,最大 -34dBm)
  • 信道频率 470MHz,基站 A7 桨叶,节点 修剪后的 A3-(h=12.5): -32dBm(最小 -34dBm,最大 -31dBm)
  • 信道频率 470MHz,基站 A7 桨叶,节点 修剪后的 A3-(h=4.5): -33dBm(最小 -38dBm,最大 -31dBm)
  • 信道频率 470MHz,470 匹配,基站 A7 桨叶,节点 A4: -30dBm(最小 -33dBm,最大 -28dBm)
  • 信道频率 470MHz,470 匹配,基站 A7 桨叶,节点 修剪后的 A5:
  • 信道频率 470MHz,470 匹配,基站 A7 桨叶,节点 修剪后的 A3-(h=4.5):


  • 信道频率 433,基站 A3 带壳,节点 A5:室内平均 -40dBm
  • 信道频率 433,基站 A6,节点 A5:室内平均 -41dBm
  • 信道频率 433,基站 A6,节点 修剪后的 A5:室内平均 -49dBm
  • 信道频率 433,基站 A3 带壳,节点 修剪后的 A5:室内平均 -50dBm
  • 信道频率 433,基站 A7 桨叶,节点 修剪后的 A5:室内平均 -46dBm
  • 信道频率 433,基站 A7 桨叶,节点 A5:室内平均 -34dBm
  • 信道频率 433,基站 A7 桨叶,节点 A3 去除弯头 SMA 带壳:室内平均 -36dBm
  • 信道频率 433,基站 A7 桨叶,节点 A3 去除弯头 SMA 不带壳:室内平均 -43dBm
  • 信道频率 433,基站 A7 桨叶,节点 A3 去除弯头 SMA 不带壳,改个向:室内平均 -53dBm


[编辑] 6.2 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)


[编辑] 7 Tools

HFSS, CST, FEKO, Sonnet, XFDTD ..


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。


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。




[编辑] 8 Circular Spiral Antenna

[编辑] 8.1 法向

文献综述:



[编辑] 8.2 轴向


[编辑] 8.3 平面


[编辑] 9 Tesing Record

[编辑] 9.1 433 3dbi



[编辑] 9.2 433 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
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^p0,0,0,0,11,9,-49
^r125,5,12,434300
^t2019-05-10T06:04:43.473
noduino.org
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noduino.org
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^t2019-05-10T06:04:53.491
noduino.org


[编辑] 9.3 433 吸盘天线

纯铜棒

  • 频率范围:433 MHz
  • 增益:35dbi
  • 驻波比:<= 1.5
  • 最大功率: 50W
  • 极化方式:垂直极化
  • 线材:RG58
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^t2019-05-10T06:29:57.390
noduino.org
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^t2019-05-10T06:30:02.399
noduino.org


[编辑] 10 天调



[编辑] 11 Balun


[编辑] 12 压制无人机

无人机遥控信号主要工作在 2.4GHz 和 5.8GHz 的 ISM 频段,频率范围: 2400MHz~2483MHz 和 5725MHz~5850MHz。主要采用的方式有以下几种:

  • 使用跳频扩频 (FHSS) 链路控制无人机,测控距离:1~5km
  • 使用 Wi-Fi 控制无人机,测控距离:100~2000m
  • 使用蓝牙控制无人机,测控距离:60~80m

以大疆精灵3为代表进行对象分析,大疆精灵3 遥控信号工作在 2.4GHz,采用了扩频—调频相结合的技术体制,遥控器配对之后,在工作带宽内以 10ms 的间隔快速跳频,频点范围涵盖整个 2.4GHz ISM频段。将频谱仪频率范围设置在 2.4GHz~2.5GHz 之间,可以在频谱仪上看到快速扫描的信号,打开 maxhold 功能,经过一段时间的累积,就能清楚的看到遥控信号的频率分布范围:以 2.44GHz 为中心,共占据了 78MHz 的带宽。几乎所有的消费级无人机都使用 GPS 来获取位置信息,部分型号支持 GLONASS、BD2 等导航信号,信号频段主要覆盖 1560MHz~1610MHz。

可以通过对低空旋翼无人机的遥控链路和卫星导航进行干扰,进入失控状态,触发无人机自身的保护机制,使之迫降或返航。假设遥控信号的频率范围是 2400~2485MHz,干扰者不知道跳频信号参数,就只能用噪声覆盖全部调频带宽,即黄色区域。而遥控信号带宽较窄,功率集中,功率电平比干扰信号总功率小的时候,依然不受干扰影响,如红色区域。对于采用跳频的遥控器,窄带干扰效果不好,只能使用宽带噪声干扰信号,覆盖整个跳频带宽。遥控链路包括 2.4GHz 和 5.8GHz 两个频率点

以大疆精灵3 无人机为例,其 2.4GHz 遥控频段发射功率为 23dBm。遥控器配置普通发射天线,增益约 3dB,无人机接收天线增益也为 3dB,设遥控器距离飞机 100m,则 2.4GHz 接收器收到的功率电平最大为:23(遥控器发射功率)+6(收发天线增益)-(32.45+20×lg(0.1*2400))(电磁波自由空间衰减)= -51dBm

以遥控接收器抗干扰门限 JSR=12dB 为例计算干扰功率:接收器接收的最大功率电平:Ps=-51dBm,信号频率:f=2400MHz,接收天线增益:G=3dB,干扰距离 R=1Km,干扰起效时,干扰等效辐射功率需满足 J-[32.45+20×lg(f×R)]+G-JSR≥Ps 计算可得,干扰距离 1Km 时,2.4G 遥控链路干扰等效辐射功率需满足:J≥55dBm (316.3W)

验证结果:

  • 干扰遥控信号时,无人机上指示灯由绿色闪烁变为黄色闪烁,几秒钟后,无人机返回起飞点。
  • 干扰导航信号时,无人机上指示灯由绿色闪烁变为红色闪烁,无人机能操控,不能稳定悬停。
  • 干扰遥控信号和导航信号时,无人机上指示灯由绿色闪烁变为红色闪烁,无人机不能操控,不能稳定悬停。



[编辑] 13 Reference










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