Antenna collineare Wifi. come funziona?

[MarcoD]

Ho la curiosità di capire come funziona e come si dimensiona (progetta) una antenna wifi 2,4 GHz come quella della immagine allegata (vedi post 4).
Dalla immagine si distingue:
-un radiatore dipolo mezzonda?
-una linea di ritardo di 180° a bobina sfasatrice
-un dipolo costituito da un cilindro vuoto lungo 20 mm diametro 5 mm, contenente il cavo coassiale e dal filo di connessione di 20 mm alla bobina.
- cavetto coax connesso a un connettore SMA volante femmina

Vorrei conoscere come calcolare le dimensioni in funzione della frequenza di utilizzo. Nel web non ho trovato tali informazioni, solo esempi di costruzione, senza indicazione delle prestazioni. Conoscendole, potrei modificare l'antenna portandola a risuonare su una frequenza di interesse leggermente più bassa.

Qualcuno ha fatto prove di simulazione ?

2/4/025 Cancellato immagine, vedere quella aggiornata al post n. 4

[stefanopc]

https://forum.planefinder.net/threads/a ... 4#post-795
I ho preso spunto da questo sito.
Sto utilizzando per il WiFi la versione di destra e mi sembra funzionare discretamente.
Non ho mai fatto misure particolari.

Ciao

[lelerelele]

curiosità [OT]

miei amici hanno provato a costruire una simil-parabola, con al centro, a mo di illuminatore, la chiavetta wifi, pare che avesse una buona direzionalità ed anche una notevole potenza. :lol
[/OT]

il dipolo dovrebbe essere molto corto per lavorare a 2.4GHz, non vedo come poterebbe essere necessario una bobina ulteriore per caricarlo.

[MarcoD]

Ringrazio per le informazioni ricevute, utili ma non risolutive.
Ho fatto le seguenti considerazioni:
La banda Wifi va da 2412 a 2472 MHz, centro banda 2442 MHz, corrispondente a una lunghezza d'onda di 30/2.442 = 12,3 cm
1/2 onda sono 61,5 mm ; 1/4 onda 30,7 mm.
61,5 mm sono prossimi ai 62 mm della parte finale dell'antenna, che quindi corrisponde a un dipolo 1/2 onda.

La bobina, forse dovrebbe venire considerata come una linea di ritardo/sfasamento piuttosto che un induttore. Linea che in quanto avvolta a spirale non irradia e non funge (molto) da antenna.

La lunghezza del conduttore diametro 1,2 mm è:
L = 5 spire x 3,14 x diametro
diametro esterno 6 mm, 5 x 3,14 x 6 = 94,2 mm
diametro sull'asse del conduttore 4,8 mm, 5x3,14x4,8 = 72 mm
diametro interno 3,6 mm, 5x3,14x3,6 = 56 mm

Se si vuole uno sfasamento di 180 gradi, e se la linea fosse dritta, la lunghezza dovrebbe essere 62 mm, ma come si comporta la bobina?
Ho trascurato i collegamenti sghembi fra gli estremi della bobina e l'asse dei dipoli, che ho rilevato lunghi 5 mm.

La parte inferiore dell'antenna, pare costituire un dipolo in cui il ramo inferiore è un cilindro cavo di diametro 5 mm e lungo 20 mm, quello superiore è un filo diametro circa 1 mm lungo 20 mm. Un quarto d'onda dovrebbe essere 30,7 mm, il semidipolo di 20 mm con il cilindro è più corto, ma dovrebbe risuonare più in basso, è quindi va bene. Il quarto superiore anche se sottile e corto potrebbe andare bene perché è terminato con il carico presentato dalla bobina.
Queste mie sono considerazioni approssimate, non so quanto corrette, chi ha progettato l'antenna dovrebbe aver fatto i calcoli che sto cercando.

[Sinuous]

Ad una prima occhiata sembra che il progettista abbia costituito dapprima una “Sleeve antenna” (sebbene piuttosto corta come già avevi osservato): composta da uno stilo e, appunto, da uno Sleeve (tubetto metallico) di 10mm. A questo punto, probabilmente per ottenere maggior guadagno sul piano orizzontale sembra aver creato una Collinear antenna aggiungendo un successivo radiatore collineare a lambda mezzi, preceduto da una bobina per l’opportuna rotazione di fase a 180° della corrente, che aggiunge un po’ di lunghezza ai radiatori.

Questo, almeno, in linea di principio: in questi casi poi occorrerebbe verificare le scelte topologiche e di dimensioni, in termini di guadagno e VSWR sulla banda desiderata, con una simulazione dedicata.

[MarcoD]

Per eventuale curiosità dei lettori, inserisco un grafico della misura del disadattamento dell'antenna rispetto ai 50 ohm.

La bobina viene considerata per la sua lunghezza come una linea di trasmissione. Linea che se lunga lambda mezzi, inverte la fase. Il fatto che la linea sia avvolta a spirale non influisce sulla lunghezza, ma le capacità parassite fra spira e spira come influiscono?
L'induttanza della bobina, dovrebbe aumentare comprimendola.
Se comprimo la bobina, lo sfasamento a pari frequenza aumenta?
Se mettessi un "cappello capacitivo" ( una goccia di stagno) alla estremità del dipolo mezzonda, abbasso la frequenza di risonanza?
Le antenne sono un campo di progettazione per me sconosciuto
in cui la teoria elettrotecnica dei circuiti a parametri concentrati non è più valida; anche quelle delle linee senza perdita non è valida , perché nelle antenne le linee rilasciano potenza, in quanto trasmettono radio frequenza.
Chissà cosa fanno i progettisti professionisti, anche procedere sperimentalmente per tentativi è lungo, costoso e frustante.

[lelerelele]

Chissà cosa fanno i progettisti professionisti, anche procedere sperimentalmente per tentativi è lungo, costoso e frustante.

Oggi si simula via software di tutto, da quanto ne so anche le propoagazioni delle onde elettromagnetiche, ma questi simulatori costano parecchie centinaia di dollari, per cui è difficile avere riscontro diretto,
uno è questo link, notevole

Certamente è un ambiente molto ostico, e la decennale esperienza aiuta non poco.

[stefanopc]

Sulle lunghezze d'onda sotto i 300 mm le cose si complicano abbastanza.
La maggior parte delle antenne odierne poi sono su PCB o su film spesso ceramico con ingombro ridottissimo.
Ciao
https://www.taoglas.com/product/3-21-6- ... p-antenna/

[Sinuous]

Non parlerei direttamente di induttanza della bobina trattandosi di una struttura a parametri distribuiti. Di fatto è una linea che genera una inversione di fase e secondariamente anche un elemento radiante, come per una Helix antenna in Normal mode, infatti contribuisce anche ad una piccola componente cross-polare.
La teoria della materia è piuttosto complicata (come puoi verificare dai testi dedicati all’argomento) e i progettisti si basano senz’altro su solide conoscenze di base, ma infine anche su simulazioni e prove.

Ho provato per pura curiosità anch’io a fare una prima simulazione, e le attese sembrano confermate: Il guadagno sul piano azimutale arriva a circa 5dBi, merito anche del radiatore collineare.

La parte reale dell’impedenza resta ammirevolmente vicina a 50 Ohm in tutto il range, e l’andamento della corrente stazionaria lungo l’asse principale è molto prossimo a quello atteso.
Considerando lo zero geometrico alla base dello Sleeve: la corrente a mezza semionda nel primo tratto: 20-40 mm dovuto al primo tratto lambda quarti, la seconda semionda intera dovuta alla bobina concentrata nello spazio fra 45–55 mm, e l’ultima semionda intera dovuta al radiatore collineare.