Calculul antenelor

Antene HF/VHF/UHF/SHF, piloni, analiza, proiectare, constructie, impamantare, feederi...
Avatar utilizator
YO4BKM
Mesaje: 996
Membru din: Dum Iun 20, 2010 8:40 pm
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde YO4BKM » Mar Aug 02, 2022 11:59 am

Buna, dr YO8VET,
Personal nu folosesc aplicatii "la cheie" de cand "m-am fript" cu foarte multi ani in urma cu niste produse soft de firma. De atunci, in loc "sa suflu si in iaurt" m-am apucat sa studiez modelele fizico-matematice ale problemelor care ma interesau si sa le programez in mediile pe care le aveam la dispozitie pentru programarea calculelor de natura tehnica precum Borland-Pascal in anii '90, Delphi prin 2000 si acum Lazarus, singurul ramas compatibil cu WINDOWS 10. Toate erau si sunt cu licenta deoarece le foloseam si in interes profesional.
Asa ca nu cunosc intimiattea aplicatiilor in MATLAB (desi am lucrat si cu el prin anii 2000, dar m-a dezamagit) sau EXNEC Pro de care am auzit si destule comentarii bune.
Referitor la rezultatele pe care le-ai postat pot spune ca:
- Este deosebit de scrupulos in calcule, considerand viteza undelor electromagnetice in vid la valoarea de 299,79250 km/s.
- Cred ca foloseste o metoda bazata pe dipoli elementari, in cazul tau sunt lungi de cca 3,2---3,3 cm (segmentele in care se impart elementii antenei), un fel de analiza cu elemente finite pe care se poate considera ca distributia curentului este constanta, dar diferita de la element la element, apoi insumeaza efectele. Dipolul elementar este tratat si in cartea lui Orfanidis ca element cu curent constant, dar si alte forme precum dipolul hertzian, dipolul in semiunda si altii. Probabil ca, marind numarul de segmente, se lungeste timpul de calcul dar rezultatele ar putea fi mai precise.
- Nu inteleg de ce diagrama de radiatie este aproape identica pe sensurile pozitive si negative ale axei X, lucru care rezulta si dintr-un raport față/spate destul de mic, de 1,52 dB. Am verificat valorile introduse, respectiv lungimile si pozitiile elementilor, diametrele lor si sunt corecte.
- Nu inteleg ce inseamna SWR=8 (in chenarul cu rosu). Asta ar insemna ca, daca SWR a fost calculat in raport cu 50 Ohm, impedanta de alimentare a antenei ar trebui sa fie ori de 6,25 Ohm, ori de 400 Ohm. Daca a fost calculat in raport cu 75 Ohm (apare in datele antenei), impedanta antenei ari fi trebuit sa fie ori de 9,375 Ohm (apropiata de cei 9,956 Ohm din chenar), ori de 600 Ohm.
- Castigul, raportul față/spate si impedantele difera sensibil in cele trei cazuri, respectiv cel calculat cu aplicatia mea in Lazarus (identice cu cele ale lui Orfanidis, calculate in MATLAB), cel calculat tot in MATLAB de YO3ITI si de ce ai calculat cu EZNEC Pro.

Diagramele de radiatie trasate de aplicatia mea difera de cele trasate cu MATLAB sau EZNEC Pro deoarece eu am folosit o scara liniara (castigul exprimat in „de cate ori”, mi se pare mai sugestiv), pe cand celelalte folosesc o scara logaritmica, cea a decibelilor.

Sugerez celor care folosesc MATLAB sa introduca in calcul exemplele concrete ale lui Orfanidis, exemplul 25.6.2 la pagina 1254 si exemplul 25.6.3 la pagina 1255, autorul da inclusiv codurile folosite in MATLAB, se gasesc la https://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/ch25.pdf. Cu observatia ca in exemple dimensiunile sunt exprimate in lungimi de unda.

73 de Tavi YO4BKM!
Antena te ridică, antena te coboară, antena îți dă viață, antena te omoară.
73!

yo8vet
Mesaje: 37
Membru din: Mar Oct 26, 2021 9:37 am
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde yo8vet » Mar Aug 02, 2022 1:26 pm

YO4BKM scrie:Buna, dr YO8VET,
- Nu inteleg ce inseamna SWR=8 (in chenarul cu rosu). Asta ar insemna ca, daca SWR a fost calculat in raport cu 50 Ohm, impedanta de alimentare a antenei ar trebui sa fie ori de 6,25 Ohm, ori de 400 Ohm.


SWR-ul e calculat în raport cu impedanța Z0=50 Ohm. În exemplul dat valoarea 8 e corectă, am verificat manual după formulă și așa iese.

Avatar utilizator
YO4BKM
Mesaje: 996
Membru din: Dum Iun 20, 2010 8:40 pm
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde YO4BKM » Mar Aug 02, 2022 3:23 pm

yo8vet scrie:SWR-ul e calculat în raport cu impedanța Z0=50 Ohm. În exemplul dat valoarea 8 e corectă, am verificat manual după formulă și așa iese.

Am inteles, am facut si eu calculul manual, a rezultat o valoare foarte apropiata de 8, dar este VSWR, raportul undelor stationare in tensiune, nu in putere. Pentru ca puterea este in relatie numai cu componenta activa a impedantei si pentru ca am vazut valoarea pentru SWR, m-am referit la undele sationare in raport cu puterea. Mi s-a parut si mie ciudat ca la o sarcina cu reactante se calculeaza SWR in loc de VSWR, dar am considerat-o ca SWR.
Antena te ridică, antena te coboară, antena îți dă viață, antena te omoară.
73!

YO2EA
Mesaje: 378
Membru din: Dum Mai 13, 2012 5:50 pm
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde YO2EA » Sâm Aug 06, 2022 11:19 pm

YO4BKM scrie:Yagi-Uda optimizat cu aplicatia proprie.
YAGI 6el YO4BKM.jpg



Distanta dintre elementi este mult prea mare, de aici rezultand proprietatile modeste ale modelului proiectat.
Pentru o impedanta de 50 ohm, o antena YAGI pentru 145MHz cu 6el are boom-ul ideal cuprins intre 2.4-2.5m, in niciun caz 3.63m :shock: Castigul de 11.46dBi se poate obtine cu 5el pe un boom de 2m, rezultand in acest caz si un raport F/B mai mare de 30dB.

Am atasat mai jos diagrama de radiatie pentru o antena YAGI 6el 50ohm boom 2.4m conceputa de mine:
Castig 11.72dBi / 9.57dBd
Raport F/B >38.5dB (calculat pe un azimut de 180gr)
SWR 1.0
grosime el 10mm
YAGI 6el boom 2.4m.jpg

Mentionez ca am construit si testat cateva exemplare din acest model.

YO4BKM scrie:Personal nu folosesc aplicatii "la cheie" de cand "m-am fript" cu foarte multi ani in urma cu niste produse soft de firma.

Am testat cateva softuri de simulare dintre care am ales MMANA, care este arhisuficient pentru ce am eu nevoie. Metoda mea de verificare a datelor simulate consta in construirea fizica a antenelor si testarea lor pe "real ground".

73 si mult succes la experimente in acest domeniu minunat :roll:

Zoli YO2EA




YO4BKM scrie:Yagi-Uda optimizat cu aplicatia proprie.
Antena te face OM!
ex YO2LZA

Avatar utilizator
YO4BKM
Mesaje: 996
Membru din: Dum Iun 20, 2010 8:40 pm
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde YO4BKM » Dum Aug 07, 2022 10:04 am

YO2EA scrie:Am testat cateva softuri de simulare dintre care am ales MMANA

Tocmai asta a fost motivul pentru care am initiat discutiile aici, voiam sa aflu cat de mult se aseamana diferitele modele de calcul pentru o antena concreta si daca modelul programat de mine ofera valori comparabile cu ale altor modele. Nu ma interesa faptul ca o antena cu 6 elementi lunga de 3,63 m are caracteristici comparabile sau mai slabe cu ale unei antene cu mai putini elementi, ci daca valorile pe care le-am obtinut se regesasc si in alte aplicatii rulate pe aceeasi antena concreta. Dar, din pacate, in exemplul pe care l-ai dat
YO2EA scrie:Am atasat mai jos diagrama de radiatie pentru o antena YAGI 6el 50ohm boom 2.4m conceputa de mine:
Castig 11.72dBi / 9.57dBd
Raport F/B >38.5dB (calculat pe un azimut de 180gr)
SWR 1.0
grosime el 10mm

nu gasesc si dimensiunile antenei, sa o evalez si cu modelul meu.
Formulele din modelul de calcul pe care-l folosesc sunt luate din sursa pe care am indicat-o in postari si care ofera inclusiv exemple concrete de calcul, printre care si o antena cu 6 elementi, optimizata pentru castigul maxim care se obtine la o lungime de 2,98 m (1,44 lungimi de unda), diametrul elementilor de 14 mm (0.006738 lungimi de unda), castigul este de 12,44 dBi iar raportul fata/spate 17,64 dB. Optimizarea facuta de sursa nu a avut in vedere si impedanta, care a rezultat de 24,8-16,1j Ohm. In continuare eu am schimbat dimensiunile acestei antene pana am obtinut o impedanta de 50 Ohm fara reactante prin cresterea diametrului elementilor, modificarea lungimilor si pozitiei lor. Nu am vizat optimizarea lungimii antenei, desi o puteam face. Voiam doar sa aflu daca valorile obtinute cu alte modele de calcul sunt apropiate de ale mele care, pana acum, coincid perfect numai cu valorile din sursa pe care am folosit-o dar difera de valorile altor modele aratate aici.

Incepand cu anii '70 am testat si eu destule antene pentru banda de 2 m, pe vremea cand nu existau aplicatii de calculator si voiam sa vad cata incredere pot avea in ce ofereau publicatiile de specialitate, am testat inclusiv antene SWAN, considerate printre cele mai performante, le masuram in conditii reale de amplasare, nu era prea complicat si dipuneam de ce aveam nevoie. Dar, la nicio antena, nu am gasit nici practic, nici in schemele lor, un raport fata/spate de peste 30 dB. Cat priveste lungimea antenei, la o dispunere optima a elementilor castigul creste cu lungimea antenei, de exemplu la cca 2,5 lungimi de unda devine 12 dB dupa care creste in continuare, dar mai lent, devenind 13,5 dB la 4 lungimi de unda.

73 de Tavi YO4BKM!
Antena te ridică, antena te coboară, antena îți dă viață, antena te omoară.
73!

YO2EA
Mesaje: 378
Membru din: Dum Mai 13, 2012 5:50 pm
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde YO2EA » Lun Aug 08, 2022 3:01 pm

voiam sa aflu cat de mult se aseamana diferitele modele de calcul pentru o antena concreta

Putem sa luam ca model o antena simpla de la un constructor consacrat si sa comparam rezultatele simularilor noastre intre ele.
Antena cu 5 el de la DG7YBN este ideala pentru aceasta comparatie, pentru ca este simpla, are impedanta de 50ohm si dipol deschis:
http://dg7ybn.de/144MHz/144_5elem.htm
Am simulat cu MMANA varianta cu elementi de 8mm si rezultatul a fost foarte apropiat de cel postat de DG7YBN (care foloseste EZNEC+)

YAGI 5el DG7YBN.jpg


Rezultatele obtinute o sa le centralizez intr-un tabel.
Fişiere ataşate
YAGI 5el DG7YBN tabel.jpg
YAGI 5el DG7YBN tabel.jpg (35.88 KiB) Vizualizat de 914 ori
Antena te face OM!
ex YO2LZA

YO3ITI
Mesaje: 378
Membru din: Vin Dec 11, 2020 9:09 pm
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde YO3ITI » Mar Aug 09, 2022 12:37 am

YO2EA scrie:
voiam sa aflu cat de mult se aseamana diferitele modele de calcul pentru o antena concreta

Putem sa luam ca model o antena simpla de la un constructor consacrat si sa comparam rezultatele simularilor noastre intre ele.
Antena cu 5 el de la DG7YBN este ideala pentru aceasta comparatie, pentru ca este simpla, are impedanta de 50ohm si dipol deschis:
http://dg7ybn.de/144MHz/144_5elem.htm
Am simulat cu MMANA varianta cu elementi de 8mm si rezultatul a fost foarte apropiat de cel postat de DG7YBN (care foloseste EZNEC+)

YAGI 5el DG7YBN.jpg

Rezultatele obtinute o sa le centralizez intr-un tabel.


FYI
MATLAB:

diam: 8mm
Fc = 144.4 MHz;
R = 48.58
X = - 1.37j
F/B = 24.67
3dB E = 56
3dB H = 80
SWR @ 144.4 = 1.0408
dBi = 10.2 dB
dBd = 8.05 dB (= dbI - 2.15)

Captură de ecran din 2022-08-09 la 00.43.57.png


Cod: Selectaţi tot

%% REF http://dg7ybn.de/144MHz/144_5elem.htm
close all;
clear;
clc;
%% frecvențe etc
Fc = 144.4e6;                   % frecvența centrală
diametru = 8e-3;             % dimensiune material
c = physconst('lightspeed');  % viteza luminii
lambda = c/Fc;                % lungimea de undă
Z0 = 50;                      % impedanța
BW = 0.015 * Fc;              % lărgimea de bandă pentru simulări
Fmin = 120e6;                 % frecvența minimă
Fmax = 160e6;                 % frecvența maximă
Nf = 101;                     % câte puncte de simulare
freq = linspace(Fmin, Fmax, Nf);  % vectorul de distribuție (liniară) spațială

%% dipolul
dip = dipole;
dip.Length = 0.9955;
dip.Width = cylinder2strip(diametru/2);
dip.Tilt = 90;
dip.TiltAxis = 'Y';


%% antena
ant = yagiUda('NumDirectors',3);
ant.DirectorSpacing = [0.120 0.419 0.663];
ant.DirectorLength = [0.953 0.9259 0.851];
ant.ReflectorSpacing = 0.283;
ant.ReflectorLength = 1.0329;

ant.Exciter = dip;
show(ant);

%% simulări
figure('NumberTitle','off','Name','Radiația antenei');
pattern(ant,Fc);

% valoarea impedanței la 145MHz
z = impedance(ant, Fc);

% raport față-spate
D_max = pattern(ant, Fc, 0, 90);
D_back = pattern(ant, Fc, 0, -90);
F_B = D_max - D_back;

%% grafice
% azimut
figure;
pattern(ant, Fc, 0:1:360, 0);

% elevație
figure;
pattern(ant, Fc, 0, 0:1:360);

% graficul impedanței
figure;
impedance(ant, freq);

figure;
returnLoss(ant,freq,Z0);

figure;
beamwidth(ant,Fc, 0, 1:1:360)

figure;
beamwidth(ant,Fc, 1:1:360, 0)

%% beamwidth
[bw, angles] = beamwidth(ant, Fc, 0, 1:1:360)
[bw, angles] = beamwidth(ant, Fc, 1:1:360, 0)

z1 = impedance(ant, Fc);

SWR = vswr(ant,Fc,50);



====================
73 de YO3ITI

YO2EA
Mesaje: 378
Membru din: Dum Mai 13, 2012 5:50 pm
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde YO2EA » Mar Aug 09, 2022 11:24 am

Thanks Miron!

YAGI 5el DG7YBN tabel.jpg
YAGI 5el DG7YBN tabel.jpg (38.93 KiB) Vizualizat de 749 ori
Antena te face OM!
ex YO2LZA

YO3ITI
Mesaje: 378
Membru din: Vin Dec 11, 2020 9:09 pm
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde YO3ITI » Mar Aug 09, 2022 12:50 pm

YO2EA scrie:Thanks Miron!

YAGI 5el DG7YBN tabel.jpg


Cu multă plăcere.
Am încercat să fac un model în HFSS, dar licența îmi dă bătăi de cap...
Dacă reușesc, postez rezultatele.

Am și CST, dar pe ăla nu l-am folosit niciodată.

73
M

HFSS.png
====================
73 de YO3ITI

Avatar utilizator
YO4BKM
Mesaje: 996
Membru din: Dum Iun 20, 2010 8:40 pm
Contact:

Re: Calculul antenelor

Mesajde YO4BKM » Mar Aug 09, 2022 5:42 pm

Buna,
Multumesc YO2EA si YO3ITI pentru datele pe care le-ati prezentat, dar ma incurca reamrca lui DG7YBN The Driver Dipoles diameter is 10 mm for all examples. In aplicatia mea toti elementii au acelasi diametru si trebuie sa refac o parte din ea, sa existe si diametre diferite intre elementi, aceste modificari afecteaza o buna parte din aplicatie, exact acolo unde se calculeaza matricea impedantelor mutuale, o matrice cu numere complexe care mai trebuie si inversata, o adevarata cascadorie. Castigul calculat de mine cu elementii avand toti 8 mm diametru nu difera de ce ati prezentat, dar impedantele depind de diametru. M-ar fi ajutat mai mult o comparatie a datelor antenei pe care am descris-o cand am inceput acest subiect.
Mai este un lucru pe care nu-l inteleg: am cercetat datele de intrare cu care YO3ITI a facut calculele, le redau:
%%antena
ant = yagiUda('NumDirectors',3);
ant.DirectorSpacing = [0.120 0.419 0.663];
ant.DirectorLength = [0.953 0.9259 0.851];
ant.ReflectorSpacing = 0.283;
ant.ReflectorLength = 1.0329;

si am impresia ca directorii au alta pozitionare decat la DG7YBN, mai apar si diferente de cativa mm si la lungimile elementilor.
Pe de alta parte, nu consider ca este corect sa apar cu indicativul meu in capul de tabel. Algoritmul de calcul si formulele sunt cele din lucrarea indicata de mine, concret pentru antene Yagi-Uda se afla la https://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/ch25.pdf, mie nu-mi apartine decat programarea lor intr-un mediu cu care sunt obisnuit, respectiv Lazarus.
Referitor la ANSIS, am avut si eu acum cca 25 de ani o versiune educationala, dar pentru domeniul mecanic, era limitata la maxim 700 de noduri, nu se putea face mai nimic serios cu ea.

73 de Tavi YO4BKM!
Ultima oară modificat Mar Aug 09, 2022 5:51 pm de către YO4BKM, modificat 1 dată în total.
Antena te ridică, antena te coboară, antena îți dă viață, antena te omoară.
73!


Înapoi la “Antene”

Cine este conectat

Utilizatori care navighează pe acest forum: Niciun utilizator înregistrat și 2 vizitatori