Antene combinate

[YO4BKM]

Inainte de a trece la experimenatrea unui ansamblu de antene aduc aici in discutie fezabilitatea unei constructii mai deosebite.

Ipoteza:
Antenele excita mediul electromagnetic fie prin componenta electrica (precum antenele filare), fie prin componenta magnetica (antenele magnetice). Datorita complementaritatii celor doua componente, excitarea printr-una din ele induce automat generarea in mediu a celeilalte, astfel ca radiatia unei atene filare (care produce componenta electrica a undei) se va produce si prin componenta megnetica, fapt lesne de dovedit deoarece emisia unei antene "electrice" poate receptionata de o antena magnetica si invers, tinand cond de orientarea diferita a planelor de polarizare ale celor doua componente.
Pe de alta parte, cercetand diferiti algoritmi de calcul pentru impedanta de radiatie a unei antene dipol (care excita prin compoennta electrica) am gasit un algoritm pe baza puterii furnizate de sursa din care se foloseste in calcule numai jumatate, deoarece cealalta jumatate din putere se disipa prin componenta magnetica a undei.
La receptie cu o antena filara, antena este sensibila (excitata) prin componenta electrica a undei, deci numai prin componenta generata de jumatate din puterea emitatorului. La fel si la folosirea antenelor magntice, asadar numai o componenta din cele doua produce in antena semnalul utilizabil.

Consecinta:
Se pare ca, din cele prezentate mai sus, antenele de receptie primesc doar jumatate din puterea emisa de sursa. Ar fi posibil ca, prin insumarea semnalelor celor doua tipuri de antene sa se obtina o crestere a sensibilitaii la receptie? Daca ar fi posibil,mai trebuie sa se tina cont de:
- Deoarece componentele electrice si magnetice se afla in plane perpendiculare, trebuie ca cele doua antene sa fie pozitionate corespunzator pentru a exploata la maxim clele doua componente ale aceleiasi unde;
- Deoarece fazele semnalelor de la cele doua antene vor fi diferite la locul de insumare, este necesar sa fie folosite dispozitive de reglare a defazarii, in genul celor de la atenuatoarele fazice pentru zgomotele locale (QRM eliminator, Noise canceller, phase shifter, X-Phase sau Reducator de perturbatii radio prin defazaj cum l-a prezenat Cristi YO3FFF) sau pentru alte aplicatii precum modificarea directivitatii la receptie fara a roti antena.

Inainte de a incepe un experiment care necesita ceva eforturi, as vrea sa aflu cat mai multe pareri despre cele aratate mai sus.

73 de Tavi YO4BKM!

[YO2PET]

Sunt cunoscute ca antene EH sau CFA (Crossed Field Antenna) și sunt patentate de un egiptean (Kabary) și un englez (Hately) în 1986.

https://patents.google.com/patent/US5155495A/en

Nu s-a demonstrat convingător până acum efectul de sinteză a vectorului Poyting. Sugerez consultarea următoarelor documente:

https://www.researchgate.net/publicatio ... erformance
http://kirkmcd.princeton.edu/examples/crossedfield.pdf

73 de yo2pet

[YO3MC]

Se pare ca cei de la GAP au incercat ceva. Curiozitate: GAP Challenger se alimenteaza pe sus.
Ar fi mai abordabila sinfazarea antenelor?

[YO4BKM]

YO2PET, YO3MC, multumesc mult pentru informatii!
Am descarcat brevetul lui Maurice C. Hately si Fathi M. Kabbary, l-am parcurs in viteza dar va trebui sa il mai cercetez. Oricum nu am altceva de facut, sunt pensionar, ma aflu la Braila iar echipamentul radio este la resedinta de la tara, undeva in Carpatii de Curbura. In ce priveste sursele recomandate pentru intelegerea fundamentelor teoretice, eu am folosit pana acum in mod deosebit lucrarile W.L.Stutzman, G.A.Thiele Antenna Theory and Design pe care o am in biblioteca proprie precum si ultimele doua editii (din 2008 si 2016) din S.J. Orfanidis Electromagnetic Wave & Antennas in format digital. Acestea rezolva problema campului de unde electromagnetice generat de antena folosind vectorul Pointing in care cele doua componente sunt egal distribuite si sunt in faza. Am folosit teoria ca sa pot calcula impedantele de radiatie pentru diferite antene precum si diagramele de radiatie fara sa folosesc softuri"la cheie" si, pentru antene cunoscute, rezultatele concorda. Ramane sa abordez si materialul recomandat (https://www.researchgate.net/publicatio ... erformance si http://kirkmcd.princeton.edu/examples/crossedfield.pdf) ca sa inteleg mai bine ce se petrece.

In ce priveste antenele GAP, la adresa
https://www.google.com/search?q=gap+cha ... HM&vssid=l
se gaseste constructia practica a antenelor GAP CHALLENGER DX-V111 cu multe detalii.

La multi ani cu sanatate!
Tavi YO4BKM

[yo3fff]

Buna seara,

Din prezentare sa intelg ca daca pe unda plana se va folosi un senzor de camp magnetic si unul de camp electric, sumarea celor doua va genera putere dubla?
O unda plana (sau campul magnetic egal in modul cu cel electric doar ortogonale intre ele) va intersecta sa zicem o antena dipol cu una bucla cu centrul comun dar ortogonale intre ele. Colectand tensiunea la bornele celor doua ar insemna dublarea puterii?

Din cate stiu, vectorul Poynting zice ca S=E x H sau similar intr-un circuit electric P = U * I

Din ecuatia de mai sus vad ca nu se specifica nicaieri ca cele doua campuri sunt asimilate cu o putere electromagnetica diferentiata intre E si H.
Sau este gresit?
WiKi este graitor catre vectorul Pointing:
https://en.wikipedia.org/wiki/Poynting_ ... Vector.png

73 si La multi ani tuturor de YO3FFF
Cristi

[YO4BKM]

Buna dimineata si "La multi ani!"
Probabil ca problema nu a fost inteleasa corect, desi eu m-am referit in prima postare la

Se pare ca, din cele prezentate mai sus, antenele de receptie primesc doar jumatate din puterea emisa de sursa. Ar fi posibil ca, prin insumarea semnalelor celor doua tipuri de antene sa se obtina o crestere a sensibilitaii la receptie?

Urmarind prin aceasta cheie intregul rationament din postare eu aratam ca o antena de receptie (sau, mai clar, o antena folosita la receptie) va fi excitata doar de componenta undei electromagnetice cu care este ea compatibila (componenta magnetica sau componenta electrica). La emisie lucrurile se petrec diferit, antena excita mediul prin componenta cu care este compatibila, iar componenta complementara se genereaza automat in mediul undei. Am gasit in cartea "W.L.Stutzman, G.A.Thiele. Antenna Theory and Design. JOHN WILEY & SONS, INC. 1998" o prezentare scurta si clara a modului in care puterea emisa se transmite in mediu, respectiv densitatea de putere in W/m.p. este data de o expresie de genul celei cu numarul 1-29 din imaginea atasata. De aici "se naste" si vectorul Poynting (relatiile 1-29 si 1-30), o conventie in rezolvarea problemei radiatiei antenelor (impedante, lobi de directivitate, castig etc). Relatia (1-31) exprima puterea medie disipata in volumul excitat iar aceasta putere este stocata cate o jumatate in fiecare componenta electrica si magnetica, relatiile 1-32 si 1-33. De aici am dedus ca la receptie o antena va fi excitata numai de componenta undei cu care este compatibila, deci semnalul electric indus in antena va corespunde unei jumatati din puterea emisa.
Este adevarat cand arati ca

Din ecuatia de mai sus vad ca nu se specifica nicaieri ca cele doua campuri sunt asimilate cu o putere electromagnetica diferentiata intre E si H.

dar explicatiile din sursa pe care o indici sunt sumare si se refera doar la a explica ce este acest vector creat artificial, numit vectorul Poynting. In ce am aratat eu mai sus, dar si in alte lucrari, se arata clar injumatatirea puterii in fiecare componenta a undei, in primul rand pentru a respecta principiile de conservare a puterii si energiei. Iar cand sursa da exemplul din cablul coaxial nu face altceva decat sa explice ca printr-o linie de alimentare se propaga o unda (cu cele doua componente), nu un curent electric alternativ.
Cat priveste folosirea practica a celor doua componnete la receptie, nu este obligatoriu sa existe doua antene cu un centru comun, ele pot fi amplasate unde este convenabil practic, dar trebuie ca semnalele electrice care provin de la ele sa fie aduse in faza, de exemplu prin dispozitive similare celor foloste la atenuatoarele fazice pentru zgomotul local.
Radiatia antenelor se gaseste mult mai bine tratata in oricare din editiile lui Sophocles J. Orfanidis . Electromagnetic Waves and Antennas, eu am editia din 2008 de la http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa si de aici am reusit sa-mi fac propriile aplicatii pentru determinarea caracteriticilor antenelor (castig, impedante, diirectivitati).

73 de Tavi YO4BKM!

[yo3fff]

Buna ziua,

Ia sa vedem ce zice Wiki despre acest 1/2 din ecuatia vectorului Poynting:

Adica nu se refera la jumatate putere.
O fi bine?

73 de YO3FFF
Cristi

[YO4BKM]

Buna seara,
Wikipedia descrie corect vectorul Poynting si numai atat. Inclusiv referintele bibliografice din Wikipedia sunt in legatura numai cu vectorul Poynting.
Ca sa-ti raspund si la ultima intrebare, incep prin a arata ca in Wikipedia (sursa pe care o folosesti) apare, exact desupra extrasului pe care l-ai postat, o relatie care nu difera de formula 1-30 din ce am prezentat eu preluat din cartea lui W.L.Stutzman, G.A.Thiele. In ce priveste aparitia (si/sau omiterea) factorului 1/2 motivul este simplu si explicat in Wikipedia, depinde daca se folosesc valorile de varf sau valorile medii. Atasez continuarea prezentarii din cartea lui W.L.Stutzman, G.A.Thiele unde am incercuit precizarea ca vectorul complex Poynting reprezinta o denistate complexa de putere. Componenta sa reala nu mai contine factorul 1/2 (relatia 1-35) care seamana cu ce arata si Wikipedia pe care o amintesti. Deosebirile sunt numai de natura formala.
Aceasta putere este puterea totala, continuta in cele doua componente - electrice si magnetice - ale undei. Un simplu exercitiu, fara expresii matematice, legat de principiul conservarii energiei face sa nu atribuim fiecarei componente aceeasi valoare maxima a puterii radiate. Fiecarei componente ii va reveni jumatate din ea si, cum am postat mai inainte, relatiile 1-32 si 1-33 arata acest lucru, factorul 1/2 apare de doua ori in fiecare relatie, comparativ cu relatia 1-31 unde apare o singura data.

Ca sa citez in continuare din aceeasi sursa (W.L.Stutzman, G.A.Thiele), calculul impedantei de radiatie a unei antene foloseste puterea radiata in undele electromagnetice, care se calculeaza folosind inclusiv vectorul Poynting. La antenele de tip dipol se considra un curent I (valoare complexa, cu argument si faza) pe baza caruia se calculeaza puterea radiata iar impedanta (complexa) de radiatie se afla impartind jumatate din puterea radiata (adica ce se gaseste numai in componenta electrica radiata de dipol) la patratul intensitatii maxime, deoarece impedanta de radiatie se defineste acolo unde curentul in antena este maxim. Formula se gaseste in carte la pagina 169, ti-o pot trimite pe e-mail. Dar simpla formula este greu de folosit, trebuie studiat cu atentie tot ce se afla pana la acea pagina, dar poate te convinge ca in componenta electrica se afla jumatate din ce radiaza o antena.

73 de Tavi YO4BKM!

[yo3fff]

Buna ziua,

Din nou revin la termenul 1/2 care reprezinta expresia puterii medii si nu jumatate din putere.
Dar chiar si asa, daca ar fi vorba de jumatate din puterea continuta in unda plana, daca nu contrazice legile fizicii atunci cealalta jumatate ar putea fi captata. O modalitate ar fi utilizand un traductor de camp magnetic si unul de camp electric concentrice "spatial".
Capcana lipsei de concentricitate (doar fazarea marimilor rezultante) poate contrazice flagrant fenomenul fizic (vezi principiul de functionare al antenelor yagi).

Asa ca...daca nu doriti sa simulati un asemenea scenariu pe un model de camp full 3D (gen HFSS, etc.), puteti trece la experimente direct.

Astept rezultatele practice!

Success.

73 de YO3FFF
Cristi

[yo3fff]

Ca fapt divers, o antena yagi interesanta este 19LLY creata de I3DLI:
https://www.sm2cew.com/4X19LLY-1.gif-for-web.jpg
Are cateva directoare tip bucla. Restul elementilor sunt cu polarizare liniara.
Nu am gasit documentatia acestei antene, foarte interesanta si unica dealtfel.

73 de YO3FFF
Cristi