Anteny typu BiQuad dla pasm mikrofalowych.pdf

AntenytypuBiQuaddlapasmmikrofalowych

JakubKulczy«skiSP2IPT

10stycznia2012

1Wybórtypuanteny

ciem jest DoubleBiQuad, w której dodano

po jednym kwadracie na „górze” i „dole”.

Zysk anteny typu BiQuad dochodzi do nie-

całych11 dB i , anteny typu DoubleBiQuad

teoretycznie zwi¦kszaj¡ zysk o kolejne3 dB ,

ale jak wykazuj¡ pomiary praktycznych re-

alizacji realn¡ warto±ci¡ s¡ kolejne2 dB .

Tak czy siak bior¡d pod uwag¦ wymiary

geometryczne anteny s¡ to rewelacyjne wy-

niki w porównaniu do anten typu Yagi.

Pierwowzorem anten tego typu były an-

teny opracowane przez DL7KM. W in-

ternecie mo»na znale¹¢ niezliczone opisy

tych anten na najró»niejsze pasma. Je-

±li za± zapyta¢ si¦ o „biquad antenna” w

odpowiedzi pojawi¡ si¦ opisy na cz¦sto-

tliwo±¢2 , 4 GHz do sieci WiFi. Wszyst-

kie one zawieraj¡ gotowe wymiary w mi-

limetrach lub calach, duskusji wymiarów

w zale»no±ci od długo±ci fali prawie nie

ma. Chlubnym wyj¡tkiem jest analiza do-

konana przez Leona Kosa dost¦pna pod ad-

resem http://www.lecad.fs.uni-lj.si/

~leon/other/wlan/biquad/ . Podczas kon-

struowania swoich wersji anteny nie miałem

jeszcze dostepu do powy»szej strony przyj¡-

łem zatem pewne uproszczenia przy projek-

towaniu urz¡dzenia.

W zeszły pi¡tek Marcin SQ2BXI dostał

paczk¦ z transwerterami dla Niego i Mar-

cela SP2HMR. Ze wzgl¦du na wygod¦ prze-

prowadzania pierwszych prób transwerte-

rów poprosili mnie o wykonanie prostych,

wygodnych w eksploatacji anten do posia-

danego sprz¦tu.

Po wst¦pnym przemy±leniu sprawy, przej-

rzeniu zdj¦¢ ró»nych wykona« anten testo-

wych na pasma mikrofalowe wybór padł na

anten¦ typu BiQuad. Decyzja ta spowodo-

wana była poprzednimi pozytywnymi do-

±wiadczeniami z antenami tego typu zbu-

dowanymi dla ni»szych cz¦stotliwo±ci.

Ze wzgl¦du na niewielkie wymiary anteny

zdecydowałem si¦ jednak nie na budow¦ po-

jedynczego BiQuada a tzw. Double BiQuad.

2Có»tojesttenBiQuad

Antena typu BiQuad zbudowana jest z

przewodnika wygi¦tego w kształt obwodu

cyfry 8 utworzonej z dwóch kwadratów

umieszczonego przed przewodz¡c¡ płasz-

czyzn¡ stanowi¡c¡ reﬂektor. Punkt zasila-

nia umiejscowiony jest w ±rodku anteny.

Antena ta umo»liwia zwielokratnianie ilo-

±ci elementów - jej najprostszym rozwini¦-

3Szczegółykonstruk-

cyjne

który nadawał si¦ bardzo dobrze na re-

ﬂektory.

2. Antena b¦dzie wyposa»ona w kawałek

semirigidu UT-402 z k¡towym zł¡czem

SMA aby wyeliminowa¢ niepotrzebne

straty na zł¡czach i kablach przesyło-

wych. Zapewnia to jednocze±nie wy-

godny sposób monta»u i pracy - przy

tak małych antenach eksploatowanych

tylko podczas wyjazdowych prób nie

ma potrzeby wykonywa¢ dodatkowych

wzmocnie« i sposobów mocowania.

3.1 Dane projektowe

Zanim przyst¡piłem do ci¦cia, gi¦cia i

wiercenia zadałem sobie szereg pyta« od-

no±nie oczekiwa« i posiadanych mo»liwo±ci

na podstwie których opracowałem poni»sz¡

list¦ wytycznych

1. Antena ma by¢ u»ytkowana podczas

prób w terenie na niedu»e odległo±ci,

do DXów koledzy maj¡ wykonane an-

teny o znacznie wi¦kszym zysku i ga-

barytach.

3. Element czynny wykonany b¦dzie

ze srebrzonego drutu miedzianego

=1 mm . Nie jest to warto±¢ opty-

malna, ale zapewnia wystarczaj¡c¡ wy-

trzymało±¢ mechaniczn¡ konstrukcji.

2. Najwa»niejszymi cechami urz¡dzenia

musi by¢ prostota monta»u oraz wy-

trzymało±¢ mechaniczna. Anteny prze-

wo»one b¦d¡ w samochodach w ma-

sie innego sprz¦tu, nie mog¡ by¢ zatem

zbyt delikatne.

4. Skrajne ko«ce elmentu czynnego za-

bezpieczone b¦d¡ przed wyginaniem

kawałkiem teﬂonu wyci¡gni¦tym z gru-

bego semirigidu.

3. Ze wzgl¦du na zakładany niezbyt

wielki zysk anten nale»y zadba¢ o do-

bre wykonanie pod wzgl¦dem elek-

trycznym.

5. Ze wzgl¦du na uproszczenie konstrukcji

zrezygnowałem ze ±cianek bocznych,

na chwil¦ obecn¡ bym je jednak wyko-

nał, ale podczas produkcji tak¡ decyzj¦

podj¡łem i ze wzgl¦du na bardzo mały

zapas czasu na wykonanie anteny trzy-

małem si¦ jej ju» do ko«ca.

4. Konstrukcja anteny powinna zapew-

nia¢ jaki± rodzaj osłony elementów

czynnych na czas pracy lub w najgor-

szym wypadku transportu.

6. Anteny wyposa»one b¦d¡ w osłony wy-

konane z laminatu FR4 gorszej jako±ci

mocowane na czas transportu.

Powy»sze rozwa»ania pozwoliły wybra¢ do-

celow¡ konstrukcj¦, orac okre±li¢ sporoby

ich realizacji. Zało»enia konstrukcyjne wy-

szły nast¦puj¡ce:

3.2 Reﬂektor

Wymiary reﬂektora okre±lone s¡ w spo-

sób nast¦puj¡cy

w =1 = 300

1. Materiałem bazowym reﬂektora b¦dzie

dobrej jako±ci gruby laminat FR4 z

grub¡ warstw¡ miedzi. Miałem aku-

rat odpowiedni kawałek dwustronnego,

5668 1000= 300

5 , 668 53[ mm ]

h =1 +2

4 +2 lambda

nego r¦cznie materiału.

4 =2 106[ mm ]

gdzie w - szeroko±¢ reﬂektora, h - wysoko±¢

reﬂektora Wst¦pnie przygotowany kawałek

laminatu z wykre±lonymi ołówkiem liniami

ci¦cia wygl¡dał nast¦puj¡co:

Poci¦te kawałki laminatu na dwie anteny:

Na ±rodku znajdowa¢ si¦ b¦dzie otwór

przez który przepuszczony b¦dzie semi-

rigid, dwa otwory le»¡ce na podłu»nej

osi symetrii reﬂektora posłu»¡ do moco-

wania wsporników teﬂonowych. Skrajne

otwory posłu»¡ do mocowania osłony na

czas transportu. Wiercenie (oczywi±cie

po uprzednim napunktowaniu) Dremelem

na dedykowanym statywie - tutaj bardzo

wa»na uwaga: wiercenie wykonywa¢ nale»y

przy du»ej ilo±ci obrotów wiertła. Powoduje

to, »e wiertło od razu zaczyna skrawa¢

materiał i mo»na spokojnie wierci¢ od razu

wiertłem 3,2mm bez obawy o uciekanie

wiertła na wszystkie strony. Powiercona

płytka reﬂektora wygl¡da nast¦puj¡co:

Aby upro±ci¢ sobie prac¦ nie trasowałem

linii bezpo±rednio na laminacie - postanowi-

łem zrobi¢ to na papierze samoprzylepnym.

Pozwoliło to na du»o pewniejsze utrzyma-

nie k¡tów pomi¦dzy liniami, wykonanie tra-

sowania bezpo±rednio na laminacie zawsze

wychodziło mi du»o gorzej ze wzgl¦du na

niedokładno±ci brzegów uprzednio docina-

usuni¦to cz¦±¢ izolatora teﬂonowego oraz

odgi¦to troch¦ ±rodkowy przewód.

Nast¦pnie płytki wypolerowałem, z

jednej strony dla oczyszczenia z nalotu i

ułatwienia lutowania, z drugiej za± aby

uzyska¢ lustro.

Optymaln¡ odległo±ci¡ elementu aktyw-

nego od reﬂektora Leon Kos okre±lił opty-

malizuj¡c komputerowo anten¦ na

h =0 , 1315

Dla przypadku konstruowanych przeze

mnie anten wynosi to6 , 96 mm , nie maj¡c

wcze±niej dost¦pu do tych analiz dokona-

łem przeskalowania wielko±ci podawanych

dla anten na2 , 4 GHz do pasma5 , 7 GHz

- otrzymałem wielko±¢8 mm . Jak wida¢

wybrana przeze mnie odległo±¢ nie jest

optymalna, ale nie powinno to stanowi¢ a»

takiego problemu.

Aby uzyska¢ po»¡dany odst¦p podczas

lutowania semirigidu u»yłem 4 ±rub za-

mocowanych w otworach przeznaczoncyh

docelowo do mocowania osłony ustawionych

odpowiedni¡ długo±¢. Nastepnie płytka

został¡ poło»ona na płaskiej powierzchni,

semirigid wci±ni¦ty w przeznaczony dla

niego otwór, oraz nast¦pnie zalutowany.

ruby na powy»szym zdj¦ciu zostały za-

mocowane celowo - pozwoliły uzyska¢ odpo-

wiedni odst¦p pomi¦dzy reﬂektorem, a ele-

mentem aktywnym.

3.3 Feeder

Zasilanie elementu aktywnego zrealizo-

wano w sposób opisywany wielokrotnie

w opisach dotycz¡cych anten WiFi - ob-

ci¦to połow¦ osłony kabla na jego ko«cu,

3.4 Element aktywny

Wymiary elementu aktywnego okre±lone

s¡ w sposób nast¦puj¡cy

a =

4 13 , 25[ mm ]

gdzie a - długo±¢ boku kwadratu

Drut na element aktywny nale»y wygina¢

tak, aby uzyska¢ maksymalnie mo»liwie

ostre zagi¦cia, oraz utrzyma¢ k¡ty proste.

Drut warto wygina¢ w taki sposób, aby

rozpoczynał i ko«czył si¦ od strony pance-

rza zewn¦trznego semirigidu - pozwoli to

na jego du»o łatwiejsze doci¦cie do takiej

długo±ci która nie powoduje zniekształce-

nia geometrii układu. Dodatkowo nale»y

zadba¢ o izolacj¦ pomi¦dzy krzy»uj¡cymi

si¦ drutami przy „dodanych” elementach.

Ze wzgl¦du na niewielkie wymiary boku

kwadratu zadanie jest trudne, ale przy

sporej dozie cierpliwo±ci da si¦ to zrobi¢. W

przyszło±ci zapewne starałbym si¦ zrobi¢

element aktywny w postaci wytrawionych

±cie»ek na laminacie mikrofalowym - po-

zwoliłoby to na du»o łatwiejsze wykonanie

cało±ci anteny.

3.5 Osłona

Ze wzgl¦du na niewielkie wymiary

reﬂektorów

nieznacznie

przekraczaj¡ce

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: