Расчёт антенны начинается с λ = c/f, но её рабочие размеры зависят от конструкции, питания и окружения. Для 868 МГц длина волны в свободном пространстве около 345 мм. Начальная полная длина полуволнового диполя — около 173 мм, длина каждого плеча — около 86,3 мм. Это исходная геометрия, а не гарантированно настроенное изделие.
Задайте частоту, полосу и условия установки
Укажите центральную частоту, требуемую полосу, поляризацию, диаграмму, мощность и импеданс интерфейса. Добавьте размеры корпуса, землю платы, кабель и соседние металлические детали. Антенна на столе и та же антенна в готовом устройстве могут иметь разные параметры.
Обозначение «868 МГц» не задаёт все условия эксплуатации. Поддиапазон, допустимые режимы и полоса должны соответствовать конкретному устройству и месту использования.
Рассчитайте начальные размеры
Используйте c ≈ 299 792 458 м/с и частоту в герцах. Для простых проволочных структур можно начать со следующих электрических длин:
| Частота | λ | λ/2, полный диполь | λ/4 |
|---|---|---|---|
| 433 МГц | 692 мм | 346 мм | 173 мм |
| 868 МГц | 345 мм | 173 мм | 86,3 мм |
| 2,4 ГГц | 125 мм | 62,5 мм | 31,2 мм |
У диполя два плеча; λ/2 не является длиной каждого из них. Четвертьволновый монополь работает с подходящей землёй или противовесом. Толщина проводника, концевые эффекты и окружение изменяют резонансную длину: реальный диполь часто короче идеальных λ/2.
Выберите структуру по задаче
Диполь удобен как простая исходная модель. Монополь использует землю устройства как часть антенной системы. В Яги длины и расстояния между паразитными элементами рассчитываются совместно. Патч — резонансная структура на подложке, а не проволока, которую достаточно отрезать по одной формуле.
Фрактальная или укороченная форма не отменяет ограничений малой антенны. Миниатюризация может снизить эффективность и полосу, повысить чувствительность к корпусу и руке пользователя. Сравнивайте готовую конструкцию, а не обещание преимущества её формы.
Рассчитайте питание и согласование
Точка питания, земля и согласующая цепь входят в проект. Для диполя с коаксиальным кабелем может потребоваться симметрирующее устройство или дроссель против токов по внешней стороне оплётки. Импеданс выбирают по интерфейсу: часто 50 Ом в ВЧ-устройствах или 75 Ом в некоторых телевизионных системах.
Нельзя уменьшать размеры любой печатной антенны простым делением на √εr материала FR4. Поле распределено между средами, и важны эффективная проницаемость, геометрия и краевые поля. Для разных печатных структур нужны разные модели.
Проверьте прототип измерениями
- Смоделируйте излучатель, питание, землю и значимые детали окружения.
- Оцените импеданс, эффективность, диаграмму и влияние допусков.
- Изготовьте прототип с возможностью контролируемой подстройки.
- Откалибруйте анализатор цепей у нужной плоскости и измерьте S11 во всей полосе.
- Проверьте излучение и работу в окончательном корпусе.
Низкий S11 не доказывает высокую эффективность: поглощающая структура тоже может быть хорошо согласована. Нужны подходящие измерения усиления, диаграммы или эффективности.
Документируйте условия
Сохраните размеры, материалы, положение кабеля, корпус, плоскость отсчёта и метод измерения. Меняйте по одному параметру, чтобы видеть причину изменения. Для серийного изделия оцените разброс образцов и материалов.
Основы распределения тока и импеданса приведены в теории дипольной антенны. Для профессиональных отражателей и облучателей сравните антенны SATCOM Dolph Microwave по полной спецификации, а не только по частоте.
