Anteny i płaszczyzny naziemne

Patrzę na ten arkusz danych anteny ANT-433-HETH . W polu „Sugerowany układ tablicy” widzę wymiar „Minimalna odległość od płaszczyzny podłoża” wynoszący 0,5 cala.

Zawsze myślałem, że zasadniczo powinieneś mieć punkt zasilania anteny bezpośrednio nad (lub osadzonym w otworze przelotowym) płaszczyznę uziemienia ... Czy jestem bardzo w błędzie?

Czy powszechną praktyką jest oddzielenie punktu zasilania anteny od płaszczyzny uziemienia o (przynajmniej) pewną ilość?

Pomysł minimalnej odległości do płaszczyzny podłoża rodzi również pytanie o „odpowiednią” odległość, ponieważ jeśli płaszczyzna podłoża jest wystarczająco daleko, to jaki jest sens?

Istnieje wiele różnych konstrukcji anten, a niektóre z nich są dość niezwykłe. Anteny zwykle używają płaszczyzny uziemienia, ale nie jest to ścisły wymóg. Antena pętlowa i dipol to dwa przykłady, które nie wymagają płaszczyzny uziemienia.

Podstawowe wymagania dla anteny to:

1. dobre dopasowanie do obwodu, który je napędza (i prawie zawsze rezonuje przy częstotliwości roboczej), dzięki czemu do anteny można włożyć jak najwięcej mocy, oraz

2. z prądem przepływającym wzdłuż jego długości, tak aby powstałe pola promieniowały tę energię w kosmos. (Anteny odbiorcze to tylko ten proces na odwrót).

Punkt (2) wyjaśnia, dlaczego nie można po prostu przykleić małego obwodu czołgu do tablicy i oczekiwać, że będzie on promieniował skutecznie.

Punkt (1) ogólnie jest objęty tematem „strojenia”, w którym wprowadza się antenę w rezonans lub gdziekolwiek została zaprojektowana do strojenia. Antena dipolowa to faktycznie rezonansowy drut przerwany w środku, aby umożliwić wstawienie punktu zasilania. Antena „płaszczyzny uziemienia” usuwa połowę dipola i zastępuje ją płaszczyzną uziemienia. Indukcyjność elementu promieniującego działa z pojemnością między nim a płaszczyzną uziemienia, tworząc obwód rezonansowy, który zapewnia odpowiednie dostrojenie anteny. W takim przypadku płaszczyznę uziemienia można nazwać „przeciwwagą”.

Antena spiralna nieco cewki grzejnika, aby zwiększyć indukcyjność i skrócić długość. Skrócenie anteny wpływa na jej działanie, jak wspomniano wcześniej.

Jak dotąd mamy zwinięty grzejnik wystający ponad płaszczyznę uziemienia. Ale mają wersję do montażu powierzchniowego, która leży równolegle do płyty. Nie mogę stwierdzić z arkusza danych, czy oba końce są połączone, ale muszę zgadywać, że jeden koniec jest nadal otwarty ... jest tylko przylutowany, aby utrzymać go na miejscu. Jeśli ustawisz to ustawienie zbyt blisko płaszczyzny uziemienia, zwiększy ono pojemność obwodu i zmniejszy jego częstotliwość. Część energii zostanie również sprzężona z ziemią i zostanie utracona lub przynajmniej zakłóci zamierzony wzór promieniowania.

„Zawsze uważałem, że zasadniczo powinieneś mieć punkt zasilania anteny znajdujący się bezpośrednio nad (lub osadzony w otworze przelotowym) płaszczyznę uziemienia”

Dotyczy to tylko niektórych anten.

Ogólnie : staraj się trzymać antenę jak najdalej od jakichkolwiek materiałów przewodzących prąd, zwłaszcza od powierzchni metalowych.

Wyjątek: do każdej anteny dołączona jest określona konfiguracja pola (pole E i pole H). Powierzchnie metalowe są w porządku, o ile są ściśle prostopadłe do pola E. Problem z powierzchniami przewodzącymi polega na tym, że zwierają one pole E (wymuszają na 0). Dopóki pole E uderza w powierzchnię ściśle prostopadle, powierzchnia jest ekwipotencjalna w stosunku do pola E, a konfiguracja pola pozostaje niezakłócona.

Wyjątek ten jest najczęściej spotykany, gdy antena ma właściwość symetryczną. Np. Kompletny biegun ma dwie osie, punkt zasilania pośrodku. W płaszczyźnie prostopadłej do bieguna, dokładnie w punkcie zasilania pole E zdarza się prostopadłe do płaszczyzny. W ten sposób można zastąpić jedną oś bieguna biegunem „płaszczyzną uziemienia”, punktem zasilania dokładnie tam, gdzie teraz mono-biegun uderza w płaszczyznę uziemienia. Dotyczy to również niektórych innych powszechnie używanych anten.

Z drugiej strony możesz użyć tego efektu jako części konstrukcji anteny, aby zmusić pole E do pewnej konfiguracji. Odbywa się to np. W niektórych antenach kierunkowych.

Bliskie pole a dalekie pole : Pole anteny można podzielić na bliskie i dalekie. Zakłócenia pola w polu bliskim są na ogół katastrofalne w odniesieniu do zamierzonej wydajności anteny, zakłócenia pola w polu dalekim wpływają tylko na działanie w kierunku zakłócenia. To, gdzie kończy się bliskie pole, a zaczyna dalekie pole, nie jest oczywiste: niektóre anteny są bardziej czułe niż inne. Ogólna zasada: wszystko, co jest w odległości 3-5 jagniąt, jest zdecydowanie dalekie. Coś bliższego może, ale nie musi, zakłócać charakterystykę anteny, modyfikując jej częstotliwość środkową, kierunkowość, dopasowanie, ...

Konkretna antena betonowa ma spiralny kształt. Teza o antenach śrubowych aprobuje anteny śrubowe za pomocą dwóch modeli:

1. złożony biegun (długość fali << obwód): zachowuje się mniej więcej tak jak biegun
2. promieniowo osiowa antena spiralna (obwód ≈ długość fali)

Sądząc po schemacie promieniowania, rozważana antena znajduje się gdzieś pomiędzy tymi dwoma skrajnościami, przynajmniej gdy jest zamontowana prostopadle do płaszczyzny uziemienia. W tym przypadku pole E jest ściśle prostopadłe do płaszczyzny podłoża. Punkt zasilania powinien znajdować się dokładnie na płaszczyźnie podłoża, a płaszczyzna podłoża powinna optymalnie rozciągać się o kilka centymetrów we wszystkich kierunkach wokół punktu zasilania.

Jeśli antena jest zamontowana równolegle do płaszczyzny uziemienia, spowoduje to zwarcie w polu E. Płaszczyzna uziemienia głęboko zmieni konfigurację bliskiego pola i dlatego należy ją uwzględnić jako część konfiguracji anteny. W efekcie patrzysz teraz na zupełnie inną antenę, dlatego teoria w powiązanej pracy nie ma już zastosowania. Założę się, że antena indukuje również dość wysoki poziom HF w płaszczyźnie uziemienia (zwykle uważany za problematyczny). Jak widać ze schematu promieniowania, nowa antena jest również dość kierunkowa z praktycznie zerowym promieniowaniem w kierunku płaszczyzny uziemienia.

Nie mam pojęcia, dlaczego warto zachować minimalną odległość między anteną a płaszczyzną uziemienia. Może ograniczać straty w płaszczyźnie podłoża, ale równie dobrze może wynikać z dopasowania, strojenia lub kierunkowości lub wszystkich razem.

Cytując ze strony 10 artykułu „Poprawione działanie anteny identyfikacyjnej o częstotliwości radiowej na metalowej płaszczyźnie uziemienia” :

Kiedy odległość separacji metal-antena jest znacznie mniejsza niż jedna czwarta długości fali, właściwości anteny zaczynają cierpieć, ponieważ fala odbita ma przesunięcie fazowe zbliżające się do 180 stopni, a przesunięcie fazowe o 180 stopni powoduje całkowitą destrukcyjną interferencję z nadchodzącym sygnałem bezpośrednio z anteny.

Nie ten sam kształt anteny (prawda?), Ale mam nadzieję, że nadal przydatne informacje.

Również potencjalnie użyteczny: „Wpływ metalowej płaszczyzny uziemienia na anteny RFID Tag” .

Nie jestem też ekspertem od RF, ale chciałbym opublikować moje doświadczenie jako odpowiedź, ponieważ pole komentarza wydaje się zbyt ciasne.

I tak, to naprawdę dziwne! Przy wszystkich antenach, z którymi pracowałem, punkt zasilania anteny zawsze znajdował się nad płaszczyzną uziemienia, ślad RF do anteny spełnia pewną maksymalną odległość i grubość .. gdzie łączy się z (w moim przypadku) drukowanymi złożonymi / rozłożonymi antenami pcb, gdzie antena jest krawędzią bez płaszczyzny uziemienia.

Wiele dokumentów sugeruje, jak dostroić impedancję do częstotliwości, ale z mojego doświadczenia trzymania RF w pobliżu drukowanej płytki drukowanej mogę używać baluna bez dodatkowych elementów do strojenia i wszystko działa dobrze.

Zauważyłem, że mówisz o 433 MHz. Większość moich doświadczeń dotyczy częstotliwości 2,4 GHz.

Możliwe jest, że na częstotliwościach podrzędnych punkt zasilania nie musi wcale znajdować się nad płaszczyzną uziemienia, o ile cewka kompensuje częstotliwość .. co nie jest dokładnie takie w tych częstotliwościach.

Ten dokument z TI , ten zbyt i również ten może pomóc lepiej zrozumieć, jak radzić sobie z inżynierii. Odnosi się do najczęściej używanych częstotliwości i sposobu rozwiązywania problemów z RF.

Nie mogę udzielić jednoznacznej odpowiedzi - świat RF jest bardzo skomplikowany i wrażliwy. Mam nadzieję, że pomoże to znaleźć odpowiedź.

Patrząc na schemat, pokazują układ montażu powierzchniowego - pady są w tej samej odległości od siebie co długość cewki - i myślę, że „odległość 5 cali od płaszczyzny uziemienia” jest wystarczająca, aby pomieścić 0,35 cala średnica cewki - myślę, że chodzi o to, aby cała antena nie leżała płasko na miedzianej warstwie uziemienia w odległości ułamka mm - starają się unikać pasożytniczych efektów pojemnościowych, które mogą powodować