Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

Как система будет работать.
Рассмотрим на примере диапазон 160м .
Четыре антенны расположены на линии Север-Юг через четверть длины волны (через 40м).
Длины кабелей от антенн до сумматора одинаковые. Сумматор - зеленый прямоугольник.
Сигнал приходит строго с Запада.
Сигнал одновременно наводится на всех антеннах, совпадает по фазе во всех 4 кабелях.
В этом случае фазы сигнала на входе сумматора совпадают, значит на выходе сумматора получаем сигнал увеличенный по амплитуде.
4sinfaz.jpg
Аналогично получим сложение сигналов, приходящих с Восточной стороны.
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

Следующий пример.
Тот же диапазон 160, те же четыре антенны на линии Север-Юг через 40 метров.
Только теперь сигнал приходит с Севера.
В первую антенну сигнал попадает раньше, чем в остальные. И сигнал начал движение в кабеле в сторону сумматора.
Пока сигнал летел до второй антенны в первом кабеле сигнал продвинулся на четверть длины волны.
За то время, пока сигнал летел до третьей антенны, в первом кабеле продвинулся на пол-периода, а во втором на четверть.
И наконец, то сигнал достиг четвертой антенны, в это время во всех кабелях (1, 2 и 3) сигналы продвинулись еще на четверть.
Итого видим, что фаза сигнала в кабеле 1 противоположна фазе сигнала в кабеле 3.
А сигнал в кабеле 2 противоположен сигналу в кабеле 4.
Результат - на выходе сумматора - ноль!
Ни с Севера, ни с Юга система не принимает сигналы.
4sinfaz2.jpg
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

И как же принять сигнал Севера?
Неужели побежим переставлять антенны на линию Запад-Восток? :lol:
Можно не переставлять антенны.
Для упрощения принимаем скорость распространения сигнала в пространстве и в кабеле одинаковой.
Удлиняем первый кабель на 3/4 длины волны (на 120 метров)
Удлиняем второй кабель на пол-длины волны (на 80 метров)
Удлиняем третий кабель на четверть (на 40 метров)
Четвертый оставляем без изменений.
Теперь смотрим на результат. Сигналы на входе сумматора совпадают по фазе.
Значит они складываются и на выходе получаем увеличенный сигнал.
4sinfaz3.jpg
.
На сегодня закончил.
Пока писал возникли вопросы:
1) Будет ли система в последнем варианте принимать с Юга? Или удлиняющие кабели обязательно переставлять?
2) И как то удлиняющие куски 80м и 120м уж очень большие получаются. Может есть решение с меньшими длинами? ;)
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

Итак был вопрос: Возможен прием с Южной стороны?
Диапазон 160м
Между антеннами по 40 метров.
Сигнал приходит с Юга. Сигнал наводится в Антенне с номером 4 и начинает распространяться по кабелю в сторону сумматора.
Одновременно сигнал летит в пространстве в сторону Антенны 3.
И пока он летит изменятся фаза сигнала на входе кабеля 4
Когда сигнал, летящий в пространстве, достигает А3, сигнал на входе кабеля 4 изменил фазу на 90 градусов.
Получается, что сигнал в кабеле 3 отстаёт от сигнала в кабеле 4 на четверть волны (или на 90 градусов).
Следим за сигналом от Антенны 3, продвигаясь по кабелю 3, наш сигнал встречает удлинитель (лишних 40 метров кабеля). И из-за этого удлинителя он отстаёт от сигнала в кабеле 4 ещё на 90 градусов.
Что получилось: Сигнал в кабеле 3 отстал от сигнала в кабеле 4 на 90+90 = 180 градусов.
То есть, иначе говоря, сигнал в кабеле 3 и сигнал в кабеле 4 пришли на входы сумматора в противофазе и взаимно уничтожились.
Аналогично в противофазе пришли сигналы по кабелям 1 и 2, которые так же взаимно уничтожились.
Вывод: Система с данной схемой включения не принимает сигналы с Южной стороны.
4sinfaUG.jpg
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

Теперь второй вопрос: Возможно ли уменьшить количество (длины) кабеля в Линиях задержки?
Разберем ситуацию на примере приема сигналов с Севера, на диапазоне 160м.
Между антеннами те же 40 метров.
Уже знакомый рисунок:
4sinfaz3.jpg
Добавим на входе сумматора разделительные трансформаторы.
Трансформаторы 1:1
Смотрим на получившуюся схему и сигналы в ней. Особенно ничего не изменилось.
4sinfaz4.jpg
Сигналы, проходя через линии задержки, выравниваются по фазе, и одновременно через трансформаторы приходят на входы сумматора.
Складываются в сумматоре и образуют сильный сигнал на выходе.
Наша задача: обеспечить с интересующего нас направления приход сигналов со всех антенн совпадающими по фазе!
Какую функцию выполняет линия задержки, включенная в кабель 2 (80 м)?
По сути, она задерживает сигнал на пол длины волны, то есть на 180 градусов (то есть делает инверсию сигнала).
А инверсию можно сделать простым переключением концов обмотки трансформатора.
4sinfaF.jpg
На последней картинке видно, что исключив, количество кабеля равное половине длины волны (в данном случае по 80 метров) получаем два противофазных сигнала на входах трансформаторов. Переключаем обмотки двух трансформаторов (3 и 4) и получаем на всех входах сумматора 4 синфазных сигнала.
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

Далее рассмотрим особенности работы системы на разных диапазонах,
Доведем количество антенн до 8
Рассмотрим Диаграммы направленности системы.

И самое интересное: Как Плавно управлять диаграммой направленности?
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

Формирование диаграммы направленности. Привлекаем на помощь MMANA.
Четыре вертикальные антенны расположены в вершинах квадрата. Опытным путем подбираем расстояние между антеннами и фазы сигнала в антеннах. Смотрим расчетные диаграммы направленности от группы четырех фазированных антенн. Иногда, если расстояние между антеннами сделать большим, получается диаграмма похожая на ромашку, иногда на крылья бабочки, иногда - на стрекозу...
После длительных упражнений получилось сформировать и плавно управлять диаграммой направленности из 4 антенн.
Форма - Кардиоида. Повернуть можно абсолютно на любой угол от 0 до 360 гр. Поворот происходит при помощи изменения фаз сигналов в антеннах. Расположение антенн в пространстве стационарно. Угол излучения в горизонтальной плоскости 90...120гр, в вертикальной 4...37гр.
Cardio4V.jpg
.
.
.
Теперь изменяем соотношение фаз в антеннах и получаем диаграмму направленности повернутую на угол 45гр.
При этом угол излучения в горизонтальной плоскости 90гр, в вертикальной от от 5 до 35 гр.
Из-за уменьшения углов Вырос Кус системы с 7,8дБ до 8,5 дБ
Cardio4_45.jpg
Cardio4_45.jpg (118.7 КБ) 3407 просмотров
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

Если необходимо сформировать минимум в диаграмме направленности, достаточно изменить соотношение фаз в антеннах и образуется провал заднего лепестка до 47 дБ
Cardio4_45min.jpg
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

Добавил в MMANA антенн до 8.
Сходу получилась диаграмма по горизонтали 50гр по вертикали угол увеличился до 45 гр.
8a.jpg
.
.
И такая картинка получается при переходе на высокочастотные диапазоны, если расстояние между антеннами больше чем длинна волны.
В этом случае достаточно сложно бороться с боковыми и задним лепестками. те самые диаграммы, похожие на "бабочки и стрекозы"
300_8a.jpg
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Аватара пользователя
R3MAZ
Модератор
Сообщения: 443
Зарегистрирован: 20 окт 2019, 21:52
QTH: Ярославль
Моё имя: Константин
Благодарил (а): 20 раз
Поблагодарили: 62 раза

Re: Фазированные антенны и многоканальный прием радиосигналов.

Сообщение R3MAZ »

Замечательные картинки MMANA рисует. Но это справедливо для режима передачи (излучения).
Если оставить генератор в одной антенне, то MMANA справедливо рассчитывает на вблизи расположенных антеннах наведенные токи и формирует диаграмму с учетом отраженных сигналов от соседних антенн. Т.е. Диаграмма одиночного штыря будет искажена и отличаться от круговой.

Если рассмотреть работу системы на прием, то задача каждого штыря (антенны) весь пойманный сигнал направить в приемник. По всей видимости, взаимное влияние антенн в режиме приема будет существенно ниже.
Вопрос требует дополнительного изучения.
Ввиду приближающегося сезона полевых выездов, и ... многих других, не менее интересных дел, работу с фазированными антеннами переносим на осень. Копим знания. Спасибо за всем кто прислал ссылки на статьи и видео. Учтем весь доступный опыт коллег. И фазоинверторы рассмотрим. Если будет попадаться материал из которого можно почерпнуть знания - присылайте.
Пока предлагаю переключиться на подготовку к полевым выездам и сделать антенну бегущей волны.
С уважением, Константин. 73!
Мечты должны быть либо безумными, либо не реальными. Иначе - это просто планы на завтра.
Ответить