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Autore Messaggio
 Oggetto del messaggio: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: sab 13 apr 2013, 17:38 
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Iscritto il: mer 19 set 2012, 14:11
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ciao a tutti :-)

ultimamente c'è stato un po' di fermento sulla tematica UMTS (Fred e Matt in testa), e siccome la sento molto vicina (ho necessità per amicizie e per lavoro di far funzionare al meglio connessioni 3G e 3.5G) volevo un po' fare il punto della situazione con qualche banalità che magari però ad un neofita ancorché appassionato di autocostruzione potrebbero essere utili. Agli altri magari potrei far venire la voglia di dire la loro, per saperne tutti di più :-)
Naturalmente se dico castronerie falciatemi, ma con un po' di pietà per l'impegno :-D

Il punto focale, che distingue questa situazione dal wifi è la necessità delle antenne di una certa flessibilità riguardo alle frequenze di lavoro in relazione al loro SWR (o ROS che dir si voglia).
Infatti se il wifi lavora su frequenze che si discostano relativamente poco da quella centrale (2412-2472 --- centrale 2442 scostamento totale 2,5% circa), nell'UMTS non solo il delta è assai più rilevante (1920-2170 -- centrale 2045 scostamento 12,5% ca.) ma - a rendere anche le simulazioni più insidiose - nella frequenza centrale in realtà non c'è lavoro, quindi usando quella frequenza per calcolare SWR e guadagno si perdono le informazioni fondamentali.
Simulando un'antenna, ma ancora di più nel caso di cui parlo, occorre fare un "frequency sweep" per vedere tutti gli andamenti su tutte le frequenze.
Si possono così avere amare sorprese, a volte; nella maggior parte dei casi occorre valutare se, p.es., il SWR ottenuto ci può stare bene o meno...
Occorre notare che ancora più di un segnale wifi, nella pratica, il segnale UMTS è piuttosto incostante, e metterci altra irregolarità con SWR>2 è assolutamente sconsigliato. A parte, naturalmente, il solito problema del "ritorno" del segnale verso la trasmittente che nel migliore dei casi provoca un clipping dell'intensità in uscita (e se siamo al limite la torre non ci sente più, e col TCP siamo fregati), nel peggiore dei casi può usurare o rovinare la trasmittente. Anche alla luce di queste considerazioni, è chiaro che in un diagramma SWR non piatto (non ideale, quindi, e praticamente irraggiungibile), potendo scegliere parrebbe auspicabile un SWR minore nelle frequenze più basse (Tx) che in quelle più alte (Rx).

Partendo da questi noiosi concetti, ho pensato potesse essere una buona idea presentare al forum qualche simulazione (di qui il carattere accademico del post) di antenne UMTS, che peraltro nel medio-breve termine vorrei cominciare a costruire per testarle sul campo, privilegiando sulle prestazioni pure la facilità di costruzione e quando possibile l'ingombro (ma purtroppo la coperta è drammaticamente corta :-D). Aggiungo che alcune di queste mi sono state ispirate da un radioamatore statunitense, Cebik (W4RNL).
Per non appesantire ulteriormente posterò le simulazioni via via che le effetterò in post differenti.
N.B.: Ogni antenna è simulata in free space, per semplicità. E' chiaro che in praticale cose stanno on maniera abbastanza diversa e credo che bisognerebbe pensare a qualche iniezione di realisticità: se qualcuno sa, parli! :-) (o taccia per sempre :-D)

buona lettura (volendo) a tutti :-)


Ultima modifica di gcs il sab 13 apr 2013, 22:16, modificato 1 volta in totale.

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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: sab 13 apr 2013, 19:22 
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Iscritto il: mer 19 set 2012, 14:11
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rieccomi

la prima antenna che vi propongo è una delle più semplici da costruire, un guadagno medio (9dBi, quindi circa 7 sul dipolo e sulle chiavette), e un ingombro accettabile anche se già non è più comodissima per il trasporto.

E' un semplicissimo DIPOLO a mezz'onda con uno schermo. Scegliendo accuratamente le dimensioni dello schermo, il diametro del dipolo e la loro distanza, si ottengono prestazioni pari o superiori a quelle di una patch a mezz'onda, con una facilità costruttiva molto maggiore.

Il dipolo è un po' ingrassato per via di una curva del SWR più piatta (anche se in realtà è una V larga), e quindi accorciato. Diametro 6 mm, lunghezza totale 58mm, distanza dal riflettore piano 24mm, dimensioni del riflettore 1.2 lunghezze d'onda, approssimabile per lieve eccesso a 180mm.
Sarebbe interessante aggiungere alette a 90° o 45° (queste ultime aggiunte o usando parte del riflettore), magari più in là potrei postarle. Ma se vi piace l'idea...accomodatevi! :-)

Ecco i diagrammi:

Immagine

come vedete l'irradiazione è un po' schiacciata orizzontalmente (com'è normale per un dipolo), circa 80°H e 55°V

Immagine

l'SWR inganna se misurato al centro...agli estremi è 1,7 e 1,5, purtroppo 1,7 sul Rx....diciamo -0.3 e -0.2dB rispettivamente, sperando di non rendere la trasmissione troppo instabile (ma sotto 2 non dovrebbe). Il guadagno vero è quindi stimabile attorno ai 9dBi.

Ovviamente se qualcuno è in grado di ottimizzare il progetto spero possa contribuire, io - ahimé - non so usare l'ottimizzatore di 4nec2, almeno per il momento...

A presto :-)


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: dom 14 apr 2013, 10:23 
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Iscritto il: mer 19 set 2012, 14:11
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rieccomi

la seconda antenna è una derivazione della prima, un pizzico meno facile da costruire, ma con pressappoco le stesse caratteristiche, tranne che per il guadagno che supera gli 11dBi.
E' il solito riflettore con DUE dipoli in fase spaziati tra loro di 90mm (e sulla linea di trasmissione ci sono varie ipotesi e chissà che il buon Mimoto non ci possa venire in aiuto :-) ) con diametro 6mm e lunghezza 60, messi a 24mm dallo schermo (maglia 10mm, diametro 1mm) che a sua volta è un quadrato di 176mm di lato, approssimabili come al solito a 180.
La sua diretta concorrente è l'antenna biquad, che non ha il "problema" di fasare più radiatori, ma che obbiettivamente è più lunga a costruirsi. D'altronde la biquad è anche più compatta (il riflettore potrebbe essere un quadrato di 150mm ca.) ma ha una banda bassante minore, a meno di non lavorarci su un bel po'.
Cosa che mi auguro troverò/emo il tempo di fare.

Immagine

come per la prima antenna l'SWR pare ottimo, l'AGT centrato, il guadagno di poco superiore a una biquad. Gl angoli a 3dB sono circa 45°H e 55°V (chiaramente dispondendo i due dipoli in una schiera orizzontale il diagramma si schiaccia di lato). Ma se vediamo il frequency sweep...

Immagine

...vediamo che purtroppo l'SWR è 1,7 a 1920 e 1,5 a 2170, come per la prima antenna. Secondo me ancora accettabili, ma limano un po' il guadagno...d'altronde calano immediatamente andando verso il centro...
Per la linea di trasmissione pensavo:
1) connettore N dietro al pannello e saldatura di due spezzoni di cavo (RG58?) i cui centrali sono saldati assieme al centrale del connettore, e le calze al riflettore che per contatto è a massa con la massa del connettore. Per non lasciare scoperto il centrale pensavo a un po' di dielettrico da cavo e una copertura in alluminio (persino in fogli) a sua volta collegato alle 2 calze.
2) stessa cosa ma senza connettore (risparmiando un po' sull'insertion loss)
La seconda opzione è decisamente la mia preferita. Voi che ne pensate?

A presto :-)


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: dom 14 apr 2013, 12:07 
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Iscritto il: gio 17 mag 2012, 18:04
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,, GCS, provate questo ....
Immagine


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: dom 14 apr 2013, 13:08 
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Iscritto il: mer 19 set 2012, 14:11
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innanzitutto grazie :-)

però non capisco...a quanto sembra i due dipoli sono entrambi collegati a massa :-O non che il corto circuito elettromagnetico sia come quello elettrico, però semplicemente non vedo dove collegare il polo "caldo" proveniente dalla radio...
Comunque è uno spunto interessante...

Tra l'altro noto come a un radiatore cilindrico qui si preferisca uno bidimensionale. E' quello che ormai per me sarà chiamato "metodo Fred" (se l'utente non se ne ha a male :-) ).
A livello di "impronta" non cambia molto, a livello di superficie su cui le correnti scorrono sì...supponendo uno spessore tendente a zero il rapporto è di PI/2, circa 1,57; cambia qualcosa? a livello di impedenza penso di sì...qualcuno può chiarire meglio questa cosa?
P.es. Mimoto, tu che hai confidenza con CST...potresti provare l'antenna con un radiatore a dipolo confrontando i valori di guadagno e curve SWR tra radiatore cilindrico di diametro D e un dipolo planare di larghezza uguale?

A presto


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: dom 14 apr 2013, 14:17 
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Iscritto il: dom 22 feb 2009, 22:55
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Per accoppiare due antenne (anche se sono a 50ohm singolarmente) non funziona bene collegando in parallelo con due cavi a 50ohm, la questione è un po' più complessa.
Prova a leggere qualcosa qui ma le soluzioni possono essere tante... viewtopic.php?f=30&t=11507

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Sanfilista.....Davide


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: dom 14 apr 2013, 19:27 
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Iscritto il: ven 8 feb 2013, 13:53
Messaggi: 975
gcs ha scritto:
Tra l'altro noto come a un radiatore cilindrico qui si preferisca uno bidimensionale. E' quello che ormai per me sarà chiamato "metodo Fred" (se l'utente non se ne ha a male :-) ).


.... ma ci mancherebbe altro, anzi ...... Onorato, soprattutto nel momento in cui altri dessero conferma che il tutto funge anche a loro !!!! : Chessygrin :


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: lun 15 apr 2013, 14:25 
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Iscritto il: mer 19 set 2012, 14:11
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@ asso: è VVerooo...perché poi verso la radio siamo a metà impedenza...!! :-D
l'unica maniera per poter collegare i dipoli sic et simpliciter sarebbe renderne l'impedenza di 100ohm...una via potrebbe essere allontanarli dallo schermo, ma perderemmo sicuramente in guadagno...

Quanto al post, visto... volevo evitare lo splitter per restare fedele alla linea della facilità costruttiva. Come ebbi modo di segnalare qui viewtopic.php?f=5&t=17520&start=30
c'è questa soluzione che mi pare senza splitter...purtroppo il tedesco non lo capisco granché, però...
http://www.vallstedt-networks.de/Forum/ ... sc&start=0
Ed era questa in realtà, che avevo in mente...solo per DUE radiatori invece che per quattro: SE ho capito bene interpone tra i radiatori e la linea di trasmissione due spezzoni da 1/4L*FV...secondo te/voi funzionerebbe?

Se no, bisognerebbe autocostruirsi uno splitter senza connettori per minimizzare l'insertion loss, ma allora è più facile costruire una biquad! :-) Fermo restando che C.D. :-)


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: lun 15 apr 2013, 22:35 
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Iscritto il: dom 22 feb 2009, 22:55
Messaggi: 4383
I calcoli sono quelli e le soluzioni possibili tante , con linea coassiale hai sicuramente meno dubbi , forse minor perdite e i connettori ovviamente non sono indispensabili, anzi da evitare.
Con accoppiatori in lambda 1/4 non dipende da fv ma dall'impedenza del cavo usato sugli accoppiamenti , un buon compromesso su frequenze v-uhf di solito è usare cavi a 75 ohm di debita e precisa lunghezza a seconda della configurazione (anche qui i connettori si possono evitare facendo un lavoro fine) ma la banda passante è ridotta per quello che ti interessa (anche ROS ma non è tutto) sarà poi più difficile realizzare cose del genere.... con 2 spezzoni 1/4 d'onda (6cm) non riesci a collegare a distanza debita gli elementi.
Meglio allora lineee calcolate come fà Mimoto (spero) microstrip , bifilari ecc o l'antennina spezzata a dovere .....poi oltre vai di tornio e materiali conosciuti ....ma credimi, l'aria è come il bicchiere d'acqua la mattina dopo una sbronza..........

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Sanfilista.....Davide


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MessaggioInviato: lun 15 apr 2013, 23:38 
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Iscritto il: mer 19 set 2012, 14:11
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interessante il discorso dei 75ohm :-) mi piacerebbe approfondire...

intanto però posso dirti che il progetto originale prevedeva i due dipoli distanziati esattamente mezz'onda...(ah per la precisione non 60mm bensì 78,35), quindi volendo con i due spezzoni da 1/4 si potrebbe fare.
Senza che posto tutte le foto abbiamo un SWR che in upload sta sempre tra 1,8 e 1,3 (quindi mediamente ancora accettabile) e in download tra 1,25 e 1,45 quindi buono anche se non ideale.
Il guadagno diminuisce un po' portandosi a livello di una biquad (10,5-11dB). Potrebbe valere la pena :-) (soprattutto per il fattore C.D.)

invece non capisco alcune frasi:
linee bifilari intendi le linee di trasmissione di 4nec2 e quindi nella pratica piattine di impedenza nota? (magari ci fossero di tanti ohm diversi...io in casa ho solo quelle da 300)
antennine spezzate? che intendi?
tornio e materiali conosciuti? dielettrici? aiuto :-)

ultima cosa: un bicchierotto d'acqua la mattina non me lo faccio mancare mai, ma purtroppo sono astemio. :-D sicché pure questa m'è un po' ostica...forse vuoi dire che è il miglior dielettrico?

appena posso proseguo con la rassegna...


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: mar 16 apr 2013, 11:46 
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Iscritto il: lun 18 ago 2008, 0:00
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@gcs

interessante visto i grafici dell'swr e del freq sw ...ma mancano le misure ed immagini prive di pattern che rendono l'idea per chi volesse cimentarsi...

magari ne realizziamo una (o piu) e ne discutiamo! : Thumbup :

prosegui pure con il lavoro....e scusate l'assenza...

_________________
visita -->wirelessmod.altervista.org<--


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MessaggioInviato: mar 16 apr 2013, 13:51 
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Iscritto il: mer 19 set 2012, 14:11
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hai ragione è meglio così, provvedo :-) (per entrambe e per le prossime)


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: mar 16 apr 2013, 14:05 
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Iscritto il: dom 17 feb 2008, 1:15
Messaggi: 2550
Complimenti per l'iniziativa gcs : Thumbup :

_________________
Saluti
Paparone


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: mar 16 apr 2013, 20:26 
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Iscritto il: mer 19 set 2012, 14:11
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grazie...faccio quello che posso (solitamente nulla :-D)
stasera provo a mettere qualche schemetto....e se riesco vi presento una interessante variazione della curtain quad da 13 elementi...


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 Oggetto del messaggio: Re: Panoramica accademica antenne UMTS
MessaggioInviato: mar 16 apr 2013, 22:38 
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Iscritto il: mer 19 set 2012, 14:11
Messaggi: 3406
ecco le misure della prima antenna (spero siano chiare)

Immagine


per quanto riguarda la seconda, con lo STESSO riflettore, alla stessa distanza, metto due dipoli dello stesso spessore ma lunghi 59mm l'uno, centrati e spaziati tra loro di mezza lunghezza d'onda (73,5mm)
In effetti l'alimentazione pone qualche problema, e chiedo a Mimoto di spiegarci meglio la soluzione da lui proposta, oppure se può - e gli va - escogitarne una "filare" come quella per il il pannello quadriloop.

Ad Asso chiederei, sempre volendo, se può spiegarci meglio la soluzione con i cavi da 75ohm...


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