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[天线DIY] 挖掘大锅潜能 追求DIY极致————对石蜡天线的推论

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[LV.50]初入江湖
发表于 2014-1-18 22:58 |显示全部楼层
本帖最后由 shiyindebcd 于 2014-1-18 22:48 编辑

研究了好多天线,自己也改造了一个正馈大锅,发此文是为了与大家一起追求DIY更高增益的天线
我做的大锅:


背面:

馈源是德拉甘先生的叠双菱:

后来又做了一个Trevor Marshall博士的带翅双菱:

第二个馈源手工明显比第一个进步多了哈
下面进入正题讨论正馈大锅天线
Wolframalpha是一个非常强大的知识搜索引擎,输入一个函数可以得关于这函数的一切http://www.wolframalpha.com/。首先将我的大锅实测数据列出一个抛物线方程,在wolframalpha得到一个抛物线图像如下图
大锅横截面的示意图:

我们都知道,对于一个天线来说增益越大方向角越小,而用来做正馈大锅的馈源的天线,是很难找的。
激情版主说过:纵观我们目前可以DIY的形形色色的天线中,我们还找不到一个方向图圆形,方向角(-10db)达到100多度的馈源天线。
    所以我们只能退而求其次,只要方向角尽量大,且接近圆形,旁瓣和后瓣尽量小,而天线结构又比较小。也就凑合了。
见这个帖子http://www.anywlan.com/thread-171529-1-1.html
大锅如此大的张角,我所找到的比较适合做馈源的只有两个,一是上面这个帖子中激情老大的带裙边的五铜片,一是Trevor Marshall博士的带翅双菱http://www.anywlan.com/thread-49732-1-1.html
我们来看看这两个馈源的实际效果如何
这是Trevor Marshall博士的带翅双菱的方向图:

这个天线见Trevor Marshall博士的网站http://trevormarshall.com/biquad.htm


将方向图左右旋转一下加到抛物线上:


这个带翅双菱做大锅馈源,方向角超过45度时效果已经不好了


我们再来看看激情版主的馈源
实物(借论坛激情版主的图):


方向图:


反转一下加到大锅上的效果:




抛物面的实质是将电波的能量反射汇聚到焦点,汇聚的越多,信号的增益也就越大,在理论上来说,只要抛物面足够大,抛物面天线的增益可以无穷大,可事实上对于我们DIY的人来说,不可能做太大的抛物面。研究如何高效利用这个反射,更有意义
上面这两个馈源中,带翅双菱的增益要高一些,带裙边五铜片的方向角要稍微大一些
我们就以带翅双菱来看看


以∠CQE=45 度来算,代入实测的数据AB=145cmOE=24.7cm,很容易就能求得直线CQ与抛物线的交点坐标为(9.1244.05),
所以小圆的半径r44cm,大圆的半径R72.5cm
算得小圆与大圆的面积之比为0.3691
也就是说整个抛物面的反射,被馈源高效利用的只有约37%,这还没有算上馈源在锅上的阴影!!!
这就是为什么大锅天线的增益没法大幅度领先于小锅的原因。

激情版主那个馈源方向角要比这个稍大些,但增益比这个稍小
有兴趣的人自己算一下
这样的利用率显然不能让人满意
可是又有什么办法呢
DIY的前辈在馈源的设计上已经想尽办法了
改造馈源的这条路走不通
本人日思夜想
终于想到一个解决方案
现在将这个方案公布出来与大家分享
请大神们看看可不可行,特别是希望激情版主能出来仿真一下
还有一些数据,也希望有条件的人能测一下

既然馈源上无法动手脚
那么就从电磁波的入射方向上动手
光也是电磁波,所有光的折射和反射的定理在123mm波长的wifi信号上同样成立
这些定律我在这就不多说了

同一种介质对不同频率的电磁波,折射率是不一样的,通常我们说的介质的折射率,是该介质对钠黄光(波长589nm)的折射率
所以,只要我们找到对2.4Ghz电磁波折射率合适的介质,做成透镜,是完全有可能改变电磁波方向的


查了好多资料,所幸我找到了一种能对微波有效折射而且很容易找到的东西,石蜡


用石蜡做成凹透镜放在抛物面的焦点之前,理论上来说,就可以减小抛物面反射的电波的夹角,从而使馈源能更高效地利用整个抛物面的反射,如果选取的透镜曲率合适,或者选取多块凹透镜组成透镜组,甚至有可能将电波方向修正到平行
这样我们就能将抛物面的反射利用率从37%提高到几乎100%,如果夹角修正到很小甚至是0,那我们完全可以换上更高增益更小方向角的天线做馈源(比如激情版主的16铜片)。那增益会让人不敢想象
石蜡对可见光不透明,但对于微波来说是透明的,用石蜡做透镜,优点有很多,原料好找且便宜,质地柔软好雕刻好打磨,熔点低做个模具注进去即可
现在将我这一想法与大家分享,我们DIY爱好者对更高增益天线追求是永无止境的
将这想法公布出来,还请大家帮个忙,一是仿真一下加石蜡透镜的正馈抛物面天线,因为我不会仿真
二是请有条件的人测定一下石蜡对123mm微波的折射率,我没器材。网上找了好久,有两个数据,一个是1.31,一个是1.69,但他们只说是对微波的折射率,没说是对哪个波长的微波,更没说是固体石蜡还是液体石蜡。
测定好了折射率,我们才能计算出透镜的曲率,从而打造出前所未有的天线
                                                DIY爱好者   石殷德
                                                2014.1.18



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用对称振子天线加反射板就可以了。  发表于 2015-7-5 09:51

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[LV.50]初入江湖
发表于 2015-3-8 20:11 |显示全部楼层
mashihong 发表于 2015-3-8 15:35
这么看来自己diy正馈栅网锅的f/d不能按卫星的0.38-0.4了,那加一倍到0.8,焦点离锅远些是否可行。

f/d增加到0.8,这个理论上确实可行,但自己diy的抛物面,精度远远比不上商品锅,虽然照射利用率是提升了,但如果做的精度不够,可能很多地方的反射并不会反射到焦点处,所以大锅不推荐diy
市面上卖的大锅天线,,f/d一般在0.38左右,如果用罐头天线做馈源,确实照射效率要高一点,但罐头天线在2.4G频段只有8到9dbi的增益,所以整体效果也不怎么样

我在制作卡塞伦格天线
到时候增益绝对能轻松超过30dbi
敬请期待
吃vv就发搞不好吃货
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发表于 2014-1-18 22:59 |显示全部楼层
沙发自己坐
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发表于 2014-1-18 23:06 |显示全部楼层
美国宇航局使用3个直径70米的抛物面天来接收来自火星探测器的上面的直径约30CM的抛物面天线的信号,实现双向通信。最大连接速度可达8K/S

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呵呵,频段不一样。  发表于 2014-1-18 23:59
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发表于 2014-1-18 23:08 |显示全部楼层
大锅DIY的高手 不错 学习了
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[LV.1095]铁杆粉丝
发表于 2014-1-18 23:13 |显示全部楼层
楼主太强悍。我表示看不完。看不懂。
爱上大声地
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永夜命运独彷徨 发表于 2014-1-18 23:06
美国宇航局使用3个直径70米的抛物面天来接收来自火星探测器的上面的直径约30CM的抛物面天线的信号,实现双向 ...

这能说明什么?只能说明抛物面天线才是王道,他们能用八木或平板天线来收火星的信号吗?不可能的对吧
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永夜命运独彷徨 发表于 2014-1-18 23:06
美国宇航局使用3个直径70米的抛物面天来接收来自火星探测器的上面的直径约30CM的抛物面天线的信号,实现双向 ...

把他蹭了,,,
累死我了
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发表于 2014-1-18 23:28 |显示全部楼层
一点不懂啊
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[LV.20]漫游旅程
发表于 2014-1-18 23:34 来自手机 |显示全部楼层
全部看完,算法完全看不懂
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[LV.200]无线新星
发表于 2014-1-19 00:15 |显示全部楼层
表示完全看不懂。。。不明觉厉。。。
我的 zxyf168.taobao.com
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好大的雪,好大的锅。
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不错哦顺中
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