Да, конечно, это для относительно узкой полосы, но для многих задач этого хватает. Но я несколько другое имел ввиду... Для согласования четвертьволновой линией нужно где-то найти фидер нужного импеданса... а его не будет скорее всего такого.
Я же имел ввиду - максимально тупо - длину фидера подобрать (всего, от нагрузки до источника, без других "навесов"). Но нужно чтобы импеданс фидера был больше либо равен наибольшему импедансу трансивера и/или антенны. Тут, если откинуть детали, и глубоко не погружаться в отражения и интерференцию, то можно считать что импеданс в фидере меняется вдоль его дины от 0 до максимума и обратно по синусу с периодом полудлины волны (конечно с учетом укорочения в кабеле) но фаза не определена. Это НЕ верное утверждение, но эффект будет именно такой. В итоге можно подобрать такую длину фидера, что на его концах для данной длины волны импеданс будет согласован на другие импедансы нагрузки и/или источника (если их импедансы ниже максимального у фидера). Длина такого фидера будет от 0 до L/2, но его можно удлинять без потери согласования на целое число полудлин волны. Тут потери из-за рассогласования останутся, но они и не большие, но отражений не будет поэтому КСВ хороший.
Для случая когда трансивер и антенна 50Ом, а кабель в наличии только 75 Ом, то нарезав кабель длинной кратной любому числу полудлин волны - получаем хорошее согласование.
Потери из-за мисматча импеданса есть ТОЛЬКО в точках где этот мисматч возникает. Ну т.е. если трансивер 50 а антенна 75 то вообще без разницы какой кабель юзать, точка не согласования будет одна. Хотя, не, вру, тогда 75 лучше даже ( при прочих равных в самом кабеле потери ниже кажется) :). Вообще, если с кабелем то тут все еще интереснее.... Есть готовые дипольные антенны на рынке, на 50 Ом, для WiFi/BT, много (у Molex например можно поискать - наклейки такие черные) без каких либо видимых признаков согласования на 50... но блин они на 50.. 100%, сам проверял... называются unbalanced antenna. Согласование делается длиной кабеля - в неширокой полосе замечательно согласуется. Ну и это... в мире мелких антенн КСВ 1.5 это офигенно классный КСВ, я выше ссылку давал на TDK антенну - у них там 1.5 это самый лучший, а полосу они вообще по КСВ 3 нормируют. Мощности низкие, поэтому всем навалить на отражения, потери не большие в dB получаются, а нагрев уся не критичен при таких мощностях, там сам модем и интерфейсная часть гораздо больше тепла вваливают чем усь.
(тут НЕ смотрим на элементы Ft1/2 и Mt1 – это не совсем матчинг, тут эти элементы – часть самой антенны, у них другая цель… это особенность конкретно этого бустера).
Смотрим 2-й слайд – зависимость VSWR(КСВ) от клиренса вокруг атенны на одном из референсных размеров платы.
Первый раз плату изготавливаем с клиренсом антенны по референсу, одновременно строим ее модель в симуляторе.
Мерим антенну на плате, берем дельту по S11 (КСВ) от ожиданий, в симуляторе двигаем клиренс чтобы получить такую же дельту.
Допусков PCB фабрик(2..3 мил) хватает чтобы разброс бы приемлемым.
Правим плату, изготавливаем, перемеряем – обычно тут уже получаем приемлемый результат.
На 3й итерации уже просто удаляем плейсхолдеры для матчинг элементов и конектора для подключения VNA - готово (получается и хорошо и дешевле).
Ну и стоит понимать что:
1. мисматч по импедансу НЕ двигает настройку по частоте.
И конкретно у таких антенн частоту резонанса вообще трудно сдвинуть платой (это видно по всем слайдам в примере выше(6й не смотрим, он не про это) – полоса меняется но центр резонанса стоит в том же месте всегда).
Можно сдвинуть поменяв диэлектрик платы, ну или если корпус устройства вокруг будет из толстого диэлектрика с высоким Er (ну или если кто приляпает слишком близко радиатор металлический).
2. Даже если мисмасч по импедансу значительный, выравнивая его вы, не получите прям ощутимого профита, приборно увидите, функционально нет.
Для примера берем источник 50 Ом, а нагрузку (антенну) например 75 Ом
Получаем прямые потери меньше 0.2dB (вообще ерунда),
и отражения около 20% (-1dB) - для эффективности антенны это тоже ерунда, НЕ ерунда это для усилителя передатчика, он будет сильнее греться.
НО если мы говорим про WiFi (и тем более BT) где мощность 100…200mW то это тоже ерунда, ну получите жор/нагрев на 30mW больше, и что? даже не заметите.
Ну т.е. можно спокойно на 50 Омный источник вешать классический диполь самодельный без согласования и все будет замечательно работать.
Это на больших мощностях(ну там… ватт… несколько…и больше) передатчика приходится уже париться с матчингом чтобы снизить КСВ, тупо чтобы не жарить усилитель.
Интерференция будет всегда и везде независимо от размера антенны или длины волны.
Другое дело что в ближнем поле картина не поддается простому аналитическому расчету(и замерам тоже), но если взять любой тул для 3D моделирования полей то там все будет понятно.
Ну и ДН мерится в дальнем поле, и формируется там же, но формируется благодаря полевым эффектам в ближнем поле.
Вообще, первоочередная задача антенны, точнее ее «штыря» довольно простая – это организовать стоячую волну но с занулением в точке подключения фидера (ну если считаем что в этой точке импеданс согласован с трансивером и фидером).
А это значит что все, что делает штырь – это «организовывает линию задержки» в 1/4 периода. Это даст настройку по частоте (резонанс).
Все остальное делает поле в пространстве между «штырем» и ближайшей GND, имеющей хорошую связь по AC с GND фидера и/или трансивера.
И вот то, какая будет взаимная геометрия этих двух элементов («штыря» и GND) и определит ДН и эффективность антенны.
Поворачивая чип антенну, Вы не особо меняете размер области пространства формирования волны, а значит и не особо меняете эффективность антенны.
Но сильно меняете форму этого пространства, а значит - крутите на органе и ДН и поляризацию.
Говорить о правильно поставленном опыте не стоит, если Вы хотя бы не проконтролировали взаимную ориентацию антенн трансиверов (и напомню, антенна тут - это вся плата не только этот чип) и канал на котором проверяли, а также не проконтролировали куда и чем была подключена ESPха ( шилд USB кабеля и его прокладка хорошо так влияют на эффективность антенны так как подключен он к общему с трансивером и антенной GND).
Ну и так чтобы лучше понимать - увеличение расстояния с 20 до 100 метров при прочих равных для круговой ДН это минимум +14dB(скорее +18…20 с учетом потерь в воздухе) - невозможно такое получить без значительного увеличения размеров антенны(ну считаем что настройка у нее была в норме изначально), но можно получить изменением ДН (ну с выбором направления конечно).
Ну т.е. паяльником вы или ДН поменяли…ну или вспоминайте куда и какими кабелями ESPхи подключали :)))) этот кабель тоже часть антенны.
Любознательность и отвага :) Без тер. базы :) Эти чип антенны по сути не антенны, а бустеры(настроечный элемент), а антенна - это их окружение (вся плата по сути). Если все сделано правильно то ДН будет "классический", т.е. в форме яблока/бублика(ну т.е. почти круговая). Но если повернуть этот чип на 90 градусов то злая тетка - пространственная интерференция поменяет ДН антенны очень сильно, и в каком-то направлении она стает 'долбить' далеко, а в других направлениях – сильно ослабнет. Это и объясняет почему в одном случае стало сильно лучше, а в другом вообще все сломалось – просто был не правильно поставлен опыт.
Да, конечно, это для относительно узкой полосы, но для многих задач этого хватает.
Но я несколько другое имел ввиду...
Для согласования четвертьволновой линией нужно где-то найти фидер нужного импеданса... а его не будет скорее всего такого.
Я же имел ввиду - максимально тупо - длину фидера подобрать (всего, от нагрузки до источника, без других "навесов").
Но нужно чтобы импеданс фидера был больше либо равен наибольшему импедансу трансивера и/или антенны.
Тут, если откинуть детали, и глубоко не погружаться в отражения и интерференцию, то можно считать что импеданс в фидере меняется вдоль его дины от 0 до максимума и обратно по синусу с периодом полудлины волны (конечно с учетом укорочения в кабеле) но фаза не определена.
Это НЕ верное утверждение, но эффект будет именно такой.
В итоге можно подобрать такую длину фидера, что на его концах для данной длины волны импеданс будет согласован на другие импедансы нагрузки и/или источника (если их импедансы ниже максимального у фидера).
Длина такого фидера будет от 0 до L/2, но его можно удлинять без потери согласования на целое число полудлин волны.
Тут потери из-за рассогласования останутся, но они и не большие, но отражений не будет поэтому КСВ хороший.
Для случая когда трансивер и антенна 50Ом, а кабель в наличии только 75 Ом, то нарезав кабель длинной кратной любому числу полудлин волны - получаем хорошее согласование.
Потери из-за мисматча импеданса есть ТОЛЬКО в точках где этот мисматч возникает. Ну т.е. если трансивер 50 а антенна 75 то вообще без разницы какой кабель юзать, точка не согласования будет одна. Хотя, не, вру, тогда 75 лучше даже ( при прочих равных в самом кабеле потери ниже кажется) :). Вообще, если с кабелем то тут все еще интереснее.... Есть готовые дипольные антенны на рынке, на 50 Ом, для WiFi/BT, много (у Molex например можно поискать - наклейки такие черные) без каких либо видимых признаков согласования на 50... но блин они на 50.. 100%, сам проверял... называются unbalanced antenna. Согласование делается длиной кабеля - в неширокой полосе замечательно согласуется. Ну и это... в мире мелких антенн КСВ 1.5 это офигенно классный КСВ, я выше ссылку давал на TDK антенну - у них там 1.5 это самый лучший, а полосу они вообще по КСВ 3 нормируют. Мощности низкие, поэтому всем навалить на отражения, потери не большие в dB получаются, а нагрев уся не критичен при таких мощностях, там сам модем и интерфейсная часть гораздо больше тепла вваливают чем усь.
Не.... Ну П-матчинг или любой другой для таких антенн это для ленивых или богатых(ну или для мелкой серии или быстрых прототипов).
Мы ( я работаю в КБ) обычно всегда закладываем плейсхолдеры для матчинга, но почти никогда их не используем.
Такие антенны можно заматчить клиренсом до GND вокруг антенны, ну и/или добавкой небольшого куска меди на “свободный” конец чипа антенны.
Просто нужно 2…3 итерации перевыпуска плат (и обычно это совмещается с другими фиксами в плате, ну т.е. считай - бесплатно).
Чисто для примера:
https://product.tdk.com/system/files/dam/doc/product/rf/rf/antenna/design_note/dn-ant016008lcs2442ma1.pdf
(тут НЕ смотрим на элементы Ft1/2 и Mt1 – это не совсем матчинг, тут эти элементы – часть самой антенны, у них другая цель… это особенность конкретно этого бустера).
Смотрим 2-й слайд – зависимость VSWR(КСВ) от клиренса вокруг атенны на одном из референсных размеров платы.
Первый раз плату изготавливаем с клиренсом антенны по референсу, одновременно строим ее модель в симуляторе.
Мерим антенну на плате, берем дельту по S11 (КСВ) от ожиданий, в симуляторе двигаем клиренс чтобы получить такую же дельту.
Допусков PCB фабрик(2..3 мил) хватает чтобы разброс бы приемлемым.
Правим плату, изготавливаем, перемеряем – обычно тут уже получаем приемлемый результат.
На 3й итерации уже просто удаляем плейсхолдеры для матчинг элементов и конектора для подключения VNA - готово (получается и хорошо и дешевле).
Ну и стоит понимать что:
1. мисматч по импедансу НЕ двигает настройку по частоте.
И конкретно у таких антенн частоту резонанса вообще трудно сдвинуть платой (это видно по всем слайдам в примере выше(6й не смотрим, он не про это) – полоса меняется но центр резонанса стоит в том же месте всегда).
Можно сдвинуть поменяв диэлектрик платы, ну или если корпус устройства вокруг будет из толстого диэлектрика с высоким Er (ну или если кто приляпает слишком близко радиатор металлический).
2. Даже если мисмасч по импедансу значительный, выравнивая его вы, не получите прям ощутимого профита, приборно увидите, функционально нет.
https://chemandy.com/Calculators/return-loss-and-mismatch-calculator.htm
Для примера берем источник 50 Ом, а нагрузку (антенну) например 75 Ом
Получаем прямые потери меньше 0.2dB (вообще ерунда),
и отражения около 20% (-1dB) - для эффективности антенны это тоже ерунда, НЕ ерунда это для усилителя передатчика, он будет сильнее греться.
НО если мы говорим про WiFi (и тем более BT) где мощность 100…200mW то это тоже ерунда, ну получите жор/нагрев на 30mW больше, и что? даже не заметите.
Ну т.е. можно спокойно на 50 Омный источник вешать классический диполь самодельный без согласования и все будет замечательно работать.
Это на больших мощностях(ну там… ватт… несколько…и больше) передатчика приходится уже париться с матчингом чтобы снизить КСВ, тупо чтобы не жарить усилитель.
Интерференция будет всегда и везде независимо от размера антенны или длины волны.
Другое дело что в ближнем поле картина не поддается простому аналитическому расчету(и замерам тоже), но если взять любой тул для 3D моделирования полей то там все будет понятно.
Ну и ДН мерится в дальнем поле, и формируется там же, но формируется благодаря полевым эффектам в ближнем поле.
Вообще, первоочередная задача антенны, точнее ее «штыря» довольно простая – это организовать стоячую волну но с занулением в точке подключения фидера (ну если считаем что в этой точке импеданс согласован с трансивером и фидером).
А это значит что все, что делает штырь – это «организовывает линию задержки» в 1/4 периода. Это даст настройку по частоте (резонанс).
Все остальное делает поле в пространстве между «штырем» и ближайшей GND, имеющей хорошую связь по AC с GND фидера и/или трансивера.
И вот то, какая будет взаимная геометрия этих двух элементов («штыря» и GND) и определит ДН и эффективность антенны.
Поворачивая чип антенну, Вы не особо меняете размер области пространства формирования волны, а значит и не особо меняете эффективность антенны.
Но сильно меняете форму этого пространства, а значит - крутите на органе и ДН и поляризацию.
Говорить о правильно поставленном опыте не стоит, если Вы хотя бы не проконтролировали взаимную ориентацию антенн трансиверов (и напомню, антенна тут - это вся плата не только этот чип) и канал на котором проверяли, а также не проконтролировали куда и чем была подключена ESPха ( шилд USB кабеля и его прокладка хорошо так влияют на эффективность антенны так как подключен он к общему с трансивером и антенной GND).
Ну и так чтобы лучше понимать - увеличение расстояния с 20 до 100 метров при прочих равных для круговой ДН это минимум +14dB(скорее +18…20 с учетом потерь в воздухе) - невозможно такое получить без значительного увеличения размеров антенны(ну считаем что настройка у нее была в норме изначально), но можно получить изменением ДН (ну с выбором направления конечно).
Ну т.е. паяльником вы или ДН поменяли…ну или вспоминайте куда и какими кабелями ESPхи подключали :)))) этот кабель тоже часть антенны.
Любознательность и отвага :) Без тер. базы :) Эти чип антенны по сути не антенны, а бустеры(настроечный элемент), а антенна - это их окружение (вся плата по сути). Если все сделано правильно то ДН будет "классический", т.е. в форме яблока/бублика(ну т.е. почти круговая). Но если повернуть этот чип на 90 градусов то злая тетка - пространственная интерференция поменяет ДН антенны очень сильно, и в каком-то направлении она стает 'долбить' далеко, а в других направлениях – сильно ослабнет. Это и объясняет почему в одном случае стало сильно лучше, а в другом вообще все сломалось – просто был не правильно поставлен опыт.