自製 10dbi 小型高增益天線, 不到 nt200

[山賊]

高頻訊號在傳輸時要設法做好阻抗匹配...

有線電視斷電器的結構是兩端同軸中心導體以數pf ~ 數百 pf 的電容連接, 以隔開有線電視電纜內用來提供線上放大器的電源(有可能是直流或低頻交流)...

那些所謂的菱形天線, 應該被稱為 loop antenna, 因為它的天線長度約為1.1個波長, 一個環路的阻抗約為 90+130j ~ 100+160j, 其中的虛數阻抗是正號, 呈電感性, 我們雖然拿兩個 loop 併接, 可獲得阻抗實數部份為 50ohm, 但是虛數部分並不為零, 所以必須設法讓這個虛數部分為零, 也就是說加入 -Xj (X 為未知待測), 讓它為零的方法有好幾種,

1.譬如串接適當容量電容.....
2.併接適當小於半波長(0.475波長)的 loop, 以抵銷電感性
3.天線感應場存在適當長度導體, 以補償電容, 這在 YAGI 天線設計過程很容易發現這個特性..
4.串接開路或併接短路傳輸線以補償, 其中尤以後者最常使用, 因為很容易調整...

而串接有線電視斷電器就是第一種方法, 當初在測試時, 因手頭恰好沒有 pf 級的可調電容, 隨手拿了個斷電器來代用, 發現效果不錯, 所以建議網友直接用這個較快, 當然如果要細調, 以第四種併接短路傳輸線來作細調是最好的了...

我所用的斷電器, 上面僅標示 AC 60 volt, 所以建議您兩種都測測看....

ps:假設併接後虛數部為 +75j, 試算需串接多少容量的電容.....這就是您所需要的...^_^

[shenhuan]

最初由 山賊 發表
高頻訊號在傳輸時要設法做好阻抗匹配...

有線電視斷電器的結構是兩端同軸中心導體以數pf ~ 數百 pf 的電容連接, 以隔開有線電視電纜內用來提供線上放大器的電源(有可能是直流或低頻交流)...

那些所謂的菱形天線, 應該被稱為 loop antenna, 因為它的天線長度約為1.1個波長, 一個環路的阻抗約為 90+130j ~ 100+160j, 其中的虛數阻抗是正號, 呈電感性, 我們雖然拿兩個 loop 併接, 可獲得阻抗實數部份為 50ohm, 但是虛數部分並不為零, 所以必須設法讓這個虛數部分為零, 也就是說加入 -Xj (X 為未知待測), 讓它為零的方法有好幾種,

1.譬如串接適當容量電容.....
2.併接適當小於半波長(0.475波長)的 loop, 以抵銷電感性
3.天線感應場存在適當長度導體, 以補償電容, 這在 YAGI 天線設計過程很容易發現這個特性..
4.串接開路或併接短路傳輸線以補償, 其中尤以後者最常使用, 因為很容易調整...

而串接有線電視斷電器就是第一種方法, 當初在測試時, 因手頭恰好沒有 pf 級的可調電容, 隨手拿了個斷電器來代用, 發現效果不錯, 所以建議網友直接用這個較快, 當然如果要細調, 以第四種併接短路傳輸線來作細調是最好的了...

我所用的斷電器, 上面僅標示 AC 60 volt, 所以建議您兩種都測測看....

ps:假設併接後虛數部為 +75j, 試算需串接多少容量的電容.....這就是您所需要的...^_^

ANS:
1.看了三次, 只有一個感覺, 我的基礎太差了.
2.大致了解, 斷電器是因其內部結構的關係, 故其於此是用來作簡單的阻抗匹配單元.

Q:
1.我想請教,loop antenna 的問題.
A.天線本體的線徑需求是如何, 線狀與平面那種教好, 何故?
B.反射體的曲率又如何計算.
C.如何在沒有高價儀器的條件下有適當的調整程序.
2.謝謝!

[山賊]

>2.大致了解, 斷電器是因其內部結構的關係, 故其於此是用來作簡單的阻抗匹配單元.

用它有一個缺點就是若您的天線是用 bnc 接座, 那麼得用轉接頭(一般斷電器為 F 頭), 而且一般有線電視電纜傳輸阻抗為 75ohm(雖然斷電器長度不夠長到足以表現出), 這些都會造成損耗.....

>A.天線本體的線徑需求是如何, 線狀與平面那種教好, 何故?

一般我們所說的天線計算, 其線徑與波長的比例都是 1:1000 的理想化, 這在 UHF 以上是不適用的, 原因是集膚效應...

而導體所呈現的阻抗, 除了與線徑有關外, 與導體的幾何結構(圓柱 or 方柱等)及表面缺陷都有關係, 這得分析導體表面電場分佈, 相當麻煩; 幾何結構上, 線徑越大, 阻抗越低,天線等效長度便越短, 可以這麼想, 原本線徑 0.01mm 改為 1mm 時, 電力線分佈在真空中少走了 0.99mm, 也就是說真空呈現的阻抗少了這一段, 我沒法告訴您公式(能力有限), 純粹只是一個經驗, 所以那個 loop 所需長度, 有可能從 1.001 ~ 1.2 波長, 所使用的線徑, 可從 0.5mm ~ 3mm, 看您施工方便, 當然此時天線呈現的阻抗會有所不同....

一般所稱的平面型天線指的是多個天線散佈在同一平面上, 利用相位合成來達到電波的集束(如 microstrip ANT), 我想您想問的是環路天線與線狀天線..

假設一個 loop 所需材料為 1.022 波長, 所呈現的增益約為 1dbD (3.15dbi), 相同的材料可製作兩個單元(赫之)天線(還有一點殘渣剩餘), 一個赫之天線增益 2.15dbi, 兩個赫之天線利用 power combiner 理論上可獲得 5.15 dbi 的增益, 看起來在材料成本上後者佔優勢, 但在同一個天線空間, 反而前者佔優勢(兩個 loop 為 6.15dbi), 且施工上要獲得相同增益, 也以前者較容易(不需 power combiner)...

另外像 YAGI ANT. COLINEAR ANT. LOG ANT 等都屬於線狀天線, Broadside array 及 Microstrip ANT 就屬平面型, 前者在低於 20dbi 時佔優勢(施工&材料), 而後者尤其是微帶天線, 在高增益時比起拋物面要來得容易大量製造(工廠化)..

>B.反射體的曲率又如何計算.

方法:
您先劃一條一公尺直線 a-b, 在此線中點 o 上的中垂線(下方的中垂線)上取一點, 此點即為待畫拋物線焦點 p, 再在同側(下方)取一比 p 點更遠的一點 q, q 點即為拋物線與中垂線的交點, q-p 間距離最好為使用頻率四分之一真空波長的奇數倍..

取一不會伸張的線, 線長為 o-q + q-p, 也就是說從 o 拉到 q 再反折回 p, 在 p 點上固定住, 將線另一端 o' 沿 a-b 且垂直於 a-b 左右移動, 也就是說 o'-q' 須垂直於 a-b, 這時所繪出的多個折返點 q' 的集合就是您所需要的拋物線..


>C.如何在沒有高價儀器的條件下有適當的調整程序.

就只要一個想法, 匹配時天線效率最高, 可獲得最大增益...
換言之在調整過程中觀察接收信號強度大小變化來調整天線, 所以我在照片中在 AP 側加裝 20db 衰減器目的在此, 讓 NB 側監控程式信號強度顯示落在約 50% 的位置, 此時就可以針對 NB 側的天線, 經由觀察 NB 上監控程式所顯示的信號強弱來調整, 調整好後天線互換, 再重施故技...

一開始的設計上, 最好讓實數部就為所需要的阻抗(50ohm), 此時待調的就只要針對虛數部做調整,

簡單的方法譬如利用 T 形 F 接頭, 在 | 下方接四分之一波長且一端短路的同軸電纜, 利用旋進旋出來做到虛數部的匹配...

而像 yagi 天線, 常一開始的輻射體阻抗設計為 50ohm, 結果在加進多個導波器後整體天線阻抗變為 20~30ohm, 此時有兩種方法, 一是把輻射體折為一圈(如早期我們看到的電視天線), 此時阻抗加倍, 再折一圈阻抗再加倍..

另外就是用四分之一波長共振線來做阻抗轉換, 其計算是 Zc = sqr(Zo * Zi), Zc 是所需共振線阻抗, Zo 及 Zi 分別為待匹配兩端阻抗, sqr 是開根號, 譬如想把兩組 50ohm 天線合併, 希望合併後阻抗仍為 50ohm 以與 50ohm 發射機電纜匹配, 這時可有兩種方法, 一是天線先合併, 合併後阻抗為 25ohm, 再利用上式 Zc = sqr(50 * 25), 得出 Zc = 35.4ohm... 呵! 很難找到這個阻抗的電纜... 另一個就是先把天線來的那一端阻抗轉換為 100ohm, 合併後變為 50ohm, 這時 Zc = sqr(100 * 50), 得出 Zc = 70.7ohm, 可用 75ohm 的 5C2V 來用

而所謂的四分之一波長共振線, 須考慮電纜波長縮短率, 如 rg58 約為 0.66, 在 2.4Ghz 頻帶時長度為 30000000000 / 2450000000 / 4 * 0.66 約為 2cm, 其他電纜的波長縮短率需要查表..

微波工業製造上多使用微帶來做共振線, 原因是方便大量製造, 有關微帶的資料, 手邊是有一些, 但是電路板在 2.45Ghz 的介電常數很難取得相關資料, 所以個人還是常用同軸線來做共振線...

[shiaol]

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這也要看狀況 在正規施工理 當然有避雷器裝置 不過以一般玩家 如果高度不夠 這機率不算高..

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最初由 山賊 發表
高頻訊號在傳輸時要設法做好阻抗匹配...

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那些所謂的菱形天...

請問山賊兄:
我製作了如下圖垂直天線,要不要接斷電器做阻抗匹配?
又--是不是AP端外接垂直天線即可?還是無線網卡和AP兩邊都要接相同天線才有效果?

[山賊]

我之前所作的雙( or 四)菱形天線是已經預期會呈現電感性, 但是您這天線的相關長度我並不知道, 譬如說您的元件長度是多少波長, 您可以從這邊來預估...

至於要不要像我那樣裝斷電器, 您試試看, 但我認為可以調整 tube 的長度來作阻抗匹配...

此外請教您這個天線是您自己設計的嗎? 像這種串聯式激勵的天線, coil 的長度及繞圈距離與每一元件長度影響相位很大, 換言之您要確保每一個元件所獲得的激勵都會是同相才行..

像之前我所提供的自製說明中有提到多菱形的堆疊, 事實上多於四堆疊後很難提昇增益, 最大原因就是相位的問題, 譬如六菱形堆疊(每邊各三個), 假設每邊長為四分之一波長乘上 1.2, 此時第二個堆疊(四菱形)所獲得的激勵就被延遲至少 0.1 個波長, 第三個堆疊(六菱形)就有 0.21 個波長延遲, 而不是正好同相, 若是要正好同相則必須邊長少於四分之一個波長(傳輸線波長比真空波長要短), 換言之兩個環並在一起時, 實數部阻抗會低於 50 ohm, 所以在一開始設計上, 為獲得 50ohm 實數部的阻抗, 這是不得不的做法...

至於網卡端要不要裝這種天線, 您可評估看看, 若它在 ap 端的表現如您所預期那樣, 那麼兩邊都裝是可以更有效提昇訊號品質與通訊距離的.....