Цей рік завершується ще однією антеною. Цього разу це спіральна антена.
Цікавою є історична довідка про її винайдення у книзі Івана Крауса (Antennas for All Applications). Одного разу Іван відвідав лекцію вельми шанованого вченого, що розповідав про лампи біжучої хвилі (там теж є спіраль). Після лекції Іван спитав в професора, чи можна використати спіраль як антену. Проте професор заперечив. Він відповів, що пробував, але йому не вдалось. Це змусило Івана задуматись. У лампі спіраль значно менше довжини хвилі і працює як хвилевод. Якщо збільшити діаметр спіралі, то вдастся змусити спіраль випромінювати.
Прийшовши додому, у своїй підвальній лабораторії він намотав сім витків спіралі з окружністю рівною довжині хвилі. Іван був у захваті виявивши що антена працює, є вузьконаправленною і дає кругову поляризацію. Згодом він намотав ще кілька антен і протестував. Проте з'ясувати як вона працює було скланіше ніж виготовити антену.
Ці антенни дуже широко використовуються у супутниковому зв'язку, FPV дронах і тд. Кругова поляризація робить сигнал нечутливим до оріентації антен передавача і приймача, а толерантність до помилок робить антену простою у виготовленні.
Перший крок у створенні антени -- це оцінити її розміри. У вищезгаданій книжці можна знайти емпіричні формули щоб розрахувати антеную. Вони вбиті в чистенних онлайн калькуляторах. Ці оцінки є досить точні для цього типу антен. Наприклад для своєї першої антени, я просто ввів частоту і кількість витків. Це була WiFi антена зроблема із підручних матеріалів. Циліндр від туалетного паперу майже ідеально підходить для цієї антени по діаметру і на нього якраз влазить 3 витка, що дає приблизно 10 дБ (10 раз) підсилення. Рефлектор зроблений із дна коробки чіпсів, дріт закріплено скотчем. Найдорожче в цій антенні це SMA конектор. Проте ця антенна потребує узгодження. Для цього я приклеїв трикутник з мідної фольги. Його розмір я підігнав з векторним аналізатором. Результат на VNA прекрасний.
Проте моя ціль -- це анена на 1.7 ГГц для прийому зображень з метеосупутників високої роздільної здатності (HRPT). В інтернеті вже існує кілька розрахованих антен. Я обрав з діаметром спіралі 60 мм і кроком 25 мм. Виходячи з наявності провода, в мене получилось майже 11 витків. В залежності від оріентації закручування проводу, поляризація буде ліва чи права. Мені треба права, бо я прийматиму сигнал напряму, без тарілки.
Крок два (для гурманів) це промоделювати. Промоделювати антену можна в CST або 4nec2. Я пробував і там і там. Але CST бере вічність щоб промоделювати (можливо я щось роблю не так). А от в 4nec2 дуже просто і швидко. Також там можна трохи оптимізувати антену.
Крок три це виготовлення. Я зробив каркас із оргсла (можна також роздрукувати). Дірки потім трохи розширив, бо грався з діаметром спіралі.
Рефлектор -- це восьмикутник з текстоліту з діаметром 130 мм (3/4 лямбда). Більше краще, але я хотів зробити антену компактною і легкою.
Найбільша мука антени-- це узгодження. ЇЇ імпеданс ніякою оптимізацією не буде 50 Ом. Теоретично він буде 150 Ом. Для цього я зробив узгоджувальний трикутник. Найбільше на узгодження впливає перші чверть хвилі. Для налаштування імпедансу люди використовують узгоджувальний конденсатор. Це або пелюстка між землею (рефлетором) і узгоджувальним трикутником, або піджимають/відживають чвертьспіралі від рефлектора.
Я не можу сказати, що я стовідсотково опанував цю антену, але результат на VNA є задовільний:
В будь якому разі, це хоча б на день відволікло мене від новин і принесло кучу задоволення. Сама ж антена на тринозі з HackRF виглядає круто.