Möglichkeit einer extrem gerichteten Antenne

Ich bin ziemlich neu in der HF-Technologie, aber es wurde eine Peilanwendung entwickelt, bei der eine hochgerichtete Antenne eine bequeme Lösung bieten kann. Deshalb habe ich mich auf die Suche nach solchen Antennen gemacht.

Die meisten, wie Yagi-Antennen, die gekauft werden können, scheinen Verstärkungsmuster zu haben, die nicht sehr fokussiert sind, mit Strahlbreiten mit halber Leistung von nicht weniger als 30 Grad, oft viel größer.

Ist es möglich, Leiterplattenantennen mit einem sehr schmalen / fokussierten Strahlungsmuster zu entwerfen (oder alternativ vorgefertigte Antennen zu kaufen) ? Idealerweise suche ich eine kleine Antenne (Größe <10 cm) mit einer Strahlbreite von halber Leistung unter 10 Grad ? Angenommen, eine Übertragungsfrequenz zwischen z. B. 433 MHz bis 10 GHz ist akzeptabel (da die Anwendung hier einen gewissen Spielraum hat).

Welche Schlüsselwörter sollte ich dafür recherchieren oder sind solche Antennen aufgrund wissenschaftlicher Einschränkungen unmöglich?

Zum Beispiel enthält Wikipedia dieses Bild in einem Artikel über Strahlungsmuster, aber ich konnte noch keine Antenne mit einem so günstigen Muster finden:

Ihre Anforderungen werden niemals erfüllt.

Eine Schüsselantenne eignet sich am besten für die Fokussierung. Wenn Sie sich Voyager II ansehen, wird eine 3,7-Meter-Schüssel mit etwa 3 GHz verwendet. Dies würde eine 3dB-Halbstrahlbreite von etwa 0,91 Grad ergeben.

Ich verwende das Beispiel von Voyager II, weil sie nichts an die Planeten senden würden, an das nicht gedacht wurde (O-Ringe von dieser Aussage ausgeschlossen).

Bei 1 GHz erhöht sich dieser Halbstrahlwinkel auf 2,74 Grad

Bei 1 GHz und einer 1-m-Schüssel steigt dieser Wert auf 10,2 Grad

Überprüfen Sie diesen Rechner. Befolgen Sie die folgenden Regeln, um weitere Ideen zu erhalten: -

• Wenn Sie die Frequenz verdoppeln, vervierfacht sich die Verstärkung einer Antenne.
• Wenn Sie die Frequenz verdoppeln, halbiert sich die Strahlbreite einer Antenne.
• Wenn Sie den Antennendurchmesser verdoppeln (wobei die Frequenz gleich bleibt), vervierfacht sich die Verstärkung der Antenne.
• Wenn Sie den Antennendurchmesser verdoppeln (wobei die Frequenz gleich bleibt), halbiert sich die Strahlbreite einer Antenne.

Es ist einfach, die engste mögliche Strahlbreite aus einer Antennenstruktur zu berechnen. Dadurch erhalten Sie eine Vorstellung von der Antennengröße, die zum Erreichen einer bestimmten Strahlbreite erforderlich ist.

Sie müssen die Abmessung der Antenne und die Wellenlänge kennen. Zeichnen Sie eine zweidimensionale Ansicht der Geometrie einer Welle, die auf die Antenne auftrifft. Berechnen Sie den kleinsten Winkel, in dem die Welle am Rand um 180 Grad phasenverschoben zur Welle in der Mitte ist. Dies ist der Winkel der ersten Null, die 3dB-Strahlbreite kann etwa halb so groß sein.

Diese Methode gilt für flache Antennen. Langsamwellige Antennen (Yagi, Helix, dielektrischer Stab) haben eine effektive Fläche, die größer ist als ihre physikalische Frontfläche. Erwarten Sie aber auch hier kein kostenloses Mittagessen.

Ein Vorschlag: Suchen Sie nach einer sogenannten Monopulsantenne.

Es besteht aus zwei Antennen, die mit einem Summen- und Differenznetzwerk verbunden sind. Der Summenkanal hat nur das kombinierte Muster der beiden Antennen, das immer noch ziemlich breit ist. Der Differenzkanal hat jedoch eine Null in der Mittelachse, die sehr eng ist, wenn das Signal stark genug ist.

Für typische Parabolantennen (die Antennen und feste Parabolantennen gitter umfassen), ein gemeinsamer Daumenregel ist ,

B = k & lgr; / d

wo

• B = die Strahlbreite mit halber Leistung in Grad
• λ = Wellenlänge
• d = Antennendurchmesser
• k = Antennenbeleuchtungsfaktor, typischerweise nahe 70

Ich suche eine kleine Antenne (Größe <10 cm) mit einer Strahlbreite von weniger als 10 Grad

Wenn ich die Begriffe in der obigen Formel neu ordne, verstehe ich

λ = B d / k = ~ 10 Grad * 0,10 m / 70 ~ = 0,014 m

Frequenz = c / & lambda ~ = (3e8 m / s) / (0,014 m) ~ = 21 Gigahertz

das ergibt eine Frequenz von 21 Gigahertz. Wenn Sie die Größe d und die Strahlbreite B verkleinern, wird die erforderliche Frequenz erhöht.

Wenn Ihre Antenne eine kleine Größe hat, ist es unmöglich, grundlegende physikalische Grenzen für ihre Strahlbreite und Verstärkung zu umgehen, unabhängig davon, ob es sich um eine Yagi-Antenne, eine Parabolantenne, eine logarithmische Antenne oder eine andere Art von Antenne handelt. Siehe Randy Bancroft. "Grundlegende Dimensionsgrenzen von Antennen: Sicherstellen der richtigen Antennenabmessungen in Designs mobiler Geräte" .

Peilung

Viele Senderjagd- und Peilsysteme , wie sie beispielsweise im Amateurfunk-Peilsystem verwendet werden , ermitteln die Richtung eines Senders, indem sie die Antenne drehen, um (nicht intuitiv) das Minimalsignal (die "Nullposition") zu finden, anstatt das maximale Signal, das man erwarten könnte. Die Nullen sind schärfer (und daher einfacher, eine genaue Richtung zu finden) als die Maximalwerte für die meisten (alle?) Antennen.