Quados Sector Antenna for 2.4 GHz WiFiDragoslav Dobričić, YU1AW

Después de la construcción exitosa de la Amos [1] y Amos invertidas [2] antenas sectoriales, que son de polarización vertical cuando se utilizan como antenas sectoriales con diagramas verticales horizontales y estrechas de ancho, decidí intentar construir una antena con un rendimiento similar, pero con polarización horizontal. La antena bi-quad era muy interesante como un diseño de punto de partida y traté de añadir más elementos quad para obtener mayor ganancia y diagramas verticales más estrechas. Después de un tiempo de optimización del equipo me encontré con que las antenas bi-quad con dos quads más Añadida dieron un muy pequeño incremento en la ganancia en comparación con la antena bi-quad original, y la diferencia de dB esperado 3 es imposible de lograr. Se añadieron otros dos quads y después de la optimización, los resultados mostraron un incremento aún menor en ganancia de la antena de lo esperado. Estaba convencido de que existió algún problema y que simplemente añadiendo quads no da el aumento esperado en la ganancia de aproximadamente 3 dB con cada duplicación de números de elementos. Que esperaba que el aumento en la ganancia no se siga 3dB para el sistema de doble debido a las corrientes más bajas en los elementos quad lejos, pero la ganancia global fue incluso más baja que la esperada.

La solución al problema con la ganancia.

Después analizar llegué a la conclusión de que el problema se encuentra en la corta distancia entre los quads. El estrecho espaciado entre quads da una superposición de sus aberturas y por lo tanto no produce aumento de 3 dB de ganancia por cada duplicación de números de elemento quad.

Los elementos de antena Quados con 6 elementos.

Diagrama tridimensional de la antena Quados-6 de 6 elementos.

Solución al problema de alimentación.

Se hizo evidente que era necesario aumentar la distancia entre los elementos de apilado quad. Esto plantea nuevos problemas - cómo alimentar quads apilados, pues muy sencillo de alimentación de la antena bi-quad original, obviamente, se hizo imposible. Decidí darles de comer con la línea de transmisión de dos hilos abiertos. A altas frecuencias, la línea del alambre abierto puede funcionar, pero no debe tener un valor demasiado alto de impedancia debido a la gran distancia entre los cables, que se convierten en una parte considerable de la longitud de onda. Por otro lado, demasiado bajo y un valor de impedancia demasiado cerca separación se convierte en impracticable para la optimización debido a las limitaciones de lo cerca que dos alambres paralelos pueden ser para resultados exactos de la simulación.Con la segmentación cuidadosa y la elección diámetro del alambre hice todo lo posible y relativamente resuelto con éxito un problema de precisión de simulación de circuito abierto satisfactoria. Me pareció mejor

compromiso entre el desequilibrio debido a la separación de alambres grandes y el error debido a la estrecha distancia entre los alambres. Los resultados no son muy exactos, pero muestran que son lo suficientemente precisa para este propósito.

Diagrama de radiación Horizontal de la antena Quados-6

Logrado resultados calculados.

Optimizado nuevas antenas Quados con 6 elementos del patio dan casi 3 dB más de ganancia de antena multi-quad con el mismo número de elementos quad. Como se puede observar a partir de los diagramas de comparación, Quados tiene diagrama horizontal, aunque poco más ancha y un diagrama vertical, considerablemente más estrecho. Ese era mi objetivo cuando empecé la construcción de la antena de sector angular polarizada horizontalmente.

ROE y el diagrama de la pérdida de retorno de Quados-6 antena.

De esta manera he conseguido una antena con un diagrama de radiación relativamente amplia en plano horizontal, alrededor de 65 grados para-3dB y alrededor de 90 grados para-6dB disminución de la ganancia. Con simetría muy precisa de la geometría de la antena y las corrientes dentro, he conseguido un diagrama limpia en el plano vertical, con la anchura del haz principal de 10 grados de - 3 dB y con lóbulos laterales muy buena supresión. La relativamente alta resistencia a la radiación de la antena dio un factor Q bajo y alto ancho de antena para la banda de frecuencia de trabajo que se puede ver a partir del diagrama correspondiente entrada de la antena. La ganancia de la antena de más de 16 dBi está muy cerca de la máxima teórica para este tipo de configuración y es completamente aceptable para la antena con este diagrama de radiación amplia en el plano horizontal. Esto se logra mediante la optimización cuidadosa de la computadora, utilizando 4NEC2, un NEC basado antena modelador y optimizador voors Arie.

Distancia de los elementos dela antena Quados-6

Tamaño de la antena Quados.

Construcción del Balún

La alimentación y la media longitud de onda 1:04 cable coaxial balun de construcción es el mismo que para la antena Amos [1] a causa de la misma impedancia de entrada de antena de alrededor de 200 ohmios. La media longitud de onda de balun está hecho de una pieza del cable coaxial cuya longitud depende del tipo del cable! Si se utiliza el cable con dieléctrico sólido completa, como cables de tipo RG58, entonces el factor de velocidad para ese tipo de cable es v = 0,66 y la longitud del balun es 40,7 mm. Pero, si se utiliza un cable con aislamiento de espuma, como CFD200, a continuación, la longitud del balun debe ser 51 mm, debido a que el

factor de velocidad para ese tipo de cable es v = 0,83. La longitud del cable balun es la longitud del conductor exterior antes del plegado, mientras que la longitud del conductor interno no debe exceder de 1-2 mm.

La mitad conexión Balun onda y su longitud física en función de cable coaxial tipo dieléctrico.

Todo debe ser soldado tan corto como sea posible con el fin de evitar inductancias parásitas de los cables de conexión. Las terminaciones de los cables se colocan en forma de triángulo o de la línea en función de cable espesa, de modo que los dos extremos del Balun media onda se conectan a los dos cables de línea abierta lo más corto posible, y la línea de alimentación situado en el centro está conectado con ambos lados de la línea abierta. Los conductores exteriores de los dos extremos del balun de onda media y de la línea de alimentación están conectados directamente el uno al otro y en ninguna otra parte! Es muy importante que estas conexiones son tan cortos como sea posible!

Half wave BalUn connection to two-wire open feeding line

Preparation and soldering of half wave BalUn and feeding coaxial cable

Horizontal radiation diagram of Quados antenna with different number of 4, 6 and 8 quad elements

Vertical radiation diagram of Quados antenna with 4, 6 and 8 quad elements

Finished Quados antenna with 4 quad elements

Polyethylene water protection of cables and soldered junctions

Feeding coaxial cable and BalUn position with polyethylene water protection of cables and soldered junctions

BalUn and feeder soldered to two-wire open line

Finished Quados antenna with 4 quad elements

Finished Quados-4 antenna

Finished Quados-8 antenna

Another view to finished Quados-8 antenna

Another view to finished Quados-8 antenna

BalUn and feeder soldered to two-wire open line of Quados 8 antenna

La construcción mecánica de la antena.

La antena consiste en cuatro hilos de cobre 2-2,3 mm de diámetro y de longitud total de 327,7 mm. Cada trozo de alambre se dobla de la misma manera como se muestra en las imágenes. Antes de hilo largo plegable, mida y corte 327,7 mm, y luego medir y marcar los puntos donde se dobla el alambre. Pilas de polietileno deben hacerse y se colocan en el cable antes del plegado; estas pilas servirán como aisladores y portadores de elementos de radiación de la antena.

Las pilas se hacen del aislador de cable coaxial más grueso (RG-8, RG213) mediante la eliminación de los conductores interior y exterior. La longitud (altura) de las pilas es de aproximadamente 18-20 mm, y exactamente a 14,5 mm a partir de un extremo del 2-2,5 mm, un agujero debe ser perforado a través de la pila a través del cual pasará el cable. Las pilas se fijan por medio de pernos, que se colocan en el lado exterior del reflector, a través de la superficie del reflector y en el orificio existente en la pila de la que se han eliminado los conductores internos. La distancia entre el alambre que pasa a través de la pila de medición desde el eje del alambre de la superficie del reflector debe ser exactamente 14,5 mm! La dimensión de la superficie del alambre a la superficie del reflector es de 13,5 mm que se reduce por el radio del alambre! La superficie del reflector está hecho de latón, cobre o aluminio, chapa, 0.5-1.5 mm de espesor. También se puede hacer de la sola cara con cobre epoxi, grosor estándar de 1,6 mm, por lo general se utiliza para la fabricación de PCB.La protección de las acciones atmosféricasMientras que el cobre es todavía la luz y resistente a la corrosión, la antena se debe rociar con una fina capa del barniz transparente. Antes de esto, el mismo lugar de la soldadura de los cables y abrió secciones de cable deben estar cubiertos con una capa delgada de polietileno con el gadget pistola que derrite barras de

polietileno y depósitos de plástico líquido sobre la superficie deseada. La capa debe ser resistente al agua, pero lo más fina posible! Por lo tanto, no es correcto poner grandes cantidades de la masa de plástico de la capa gruesa de la unión, porque es inútil y que puede echar a perder la adecuación de la antena. También, el uso de la silicona está prohibido debido a su agresividad química y grandes pérdidas a frecuencias altas.

Los resultados de la prueba de trabajo práctico

La antena Quados se comparó en la práctica con la construcción a principios de 3D antena de reflector angular de unos 17.9dBi que utilizo para WiFi y los resultados adquiridos bien correspondió a la espera queridos. La antena Quados recibido señales de punto de acceso con nivel de aproximadamente 1,5 dB más baja que la esquina 3D antena de reflector, que se esperaba con respecto a su ganancia. Sin embargo, el número de señales recibidas era varias veces más alta debido a la amplia diagrama horizontal! Debido a esta calidad, la antena Quados está diseñado como una antena para los puntos de acceso y la polarización horizontal! También se puede utilizar para los clientes cuando es necesario, sin mover la antena, para adquirir la comunicación con varios puntos de acceso que se encuentra en varias direcciones.

Fijación mecánica a la portadora

Esta fijación se puede realizar de cualquier manera adecuada, de modo que la antena se puede mover horizontal y verticalmente con el fin de apuntar con precisión la antena en la dirección deseada. El portador puede ser hecha de modo que, además, fortalece la superficie del reflector de la parte trasera si la superficie del reflector se hace de la hoja de metal más delgado o epoxi sin la rigidez necesaria para que la longitud. Cualquier metal (especialmente ferromagnético) o piezas de plástico están prohibidas en la parte delantera de la antena, cerca de los elementos quad o las líneas de alimentación, ya que pueden aumentar las pérdidas, cambiar diagrama de radiación de la antena y la impedancia de entrada, y por lo tanto la función apropiada de la antena en sí. Todas las fijaciones y construcciones mecánicas deben ser colocadas en la parte trasera de la superficie del reflector. Si se quiere la línea de alimentación del cable coaxial grueso, conector N hembra puede poner en la parte posterior del reflector, ya través del agujero en el cable delgado reflector puede ser conectado entre el balun y la línea de alimentación. No es recomendable conectar el cable grueso directamente a la línea balun y la alimentación, ya que es difícil de soldar en breve, ya que es físicamente voluminoso, y la impedancia de la antena se puede cambiar debido a la reactancia parásita.

Alinear la antena.

Durante el apuntamiento de la antena, hay que tener en cuenta que la antena tiene diagrama horizontal muy amplio, y la fuerte máxima no debe esperar mientras se cambia el ángulo horizontal! Por otra parte, el ángulo de radiación vertical es muy estrecha y el máximo de la señal de recepción es muy fuerte, por lo que la antena se debe colocar con mucho cuidado y precisión! La antena está prevista principalmente para trabajar con la polarización horizontal, porque el diagrama de radiación específica que tiene durante el uso de esa manera. La antena es especialmente adecuado para los puntos de acceso debido a su gran ancho de cobertura en plano horizontal.

Conclusión

En este trabajo he demostrado y confirmado por la medición de la posibilidad de utilizar bucles quad onda completa en frente de la línea de dos hilos de la superficie del reflector relativamente estrecha y alimentado en serie abierta como una antena eficiente de 2.4 GHz. La antena tiene una polarización horizontal y el diagrama de radiación de ancho en plano horizontal. La radiación parásita de la alimentación de dos líneas de cable se reduce al mínimo por el hecho de que el mínimo actual está en la mitad de longitud (en el centro) de la línea y de ese modo, la intensidad de su radiación se reduce considerablemente. De esta manera se reduce el impacto de la radiación parásita en el diagrama de radiación total. Además, la colocación de la superficie del reflector modifica la impedancia de entrada para el valor que es adecuado para correspondencia eficaz de la

antena a la línea de alimentación coaxial. Por lo tanto, la simetría geométrica y eléctrica de la antena habilitada diagrama vertical, limpio, simétrico y estrecho. Mediante el uso de un reflector muy estrecha, se conserva la gran anchura del diagrama horizontal.

References 1. Amos Antenna, antenneX Issue No. 127 – November 2007. 2. Inverted Amos Antenna, antenneX Issue No. 130 – February 2008. BRIEF BIOGRAPHY OF THE AUTHOR Dragoslav Dobričić, YU1AW, is a retired electronic engineer and worked for 40 years in Radio Television Belgrade on installing, maintaining and servicing radio and television transmitters, microwave links, TV and FM repeaters and antennas. At the end of his career, he mostly worked on various projects for power amplifiers, RF filters and multiplexers, communications systems and VHF and UHF antennas. For over 40 years, Dragan has published articles with different original constructions of power amplifiers, low noise preamplifiers,