Jeg gratulerer deg med interessen din med å jobbe med designproblemene fra grunnen av. Å forstå det teoretiske og sammenligne dette med feltresultatene er begynnelsen på en livslang glede av antenneeksperimentering.
Antennen
Som bakgrunn, en 5/8 bølgen antenne er den høyeste retningsbestemte, enkeltelement, lineære antennen du kan konstruere. Men konstruksjonsdetaljene er viktige for effektivt å konvertere direktivitet til gevinst. Å være oppmerksom på effekten av bakkeplanet, bruke riktige materialer og tilpasse impedansen til antennen til impedansen til koaksialen og koaksepedansen til mottakerimpedansen kan alle spille en rolle i å vri den siste dråpen gevinst fra antenne.
5/8 bølgen antennen er en ikke-resonant antenne. Dette betyr at når den er perfekt konstruert, vil den ha en impedans som består av en reell del og en imaginær del. Generelt vil den imaginære delen være kapasitiv, og den virkelige delen vil ikke matche 50 ohm.
Trinn
Her er trinnene jeg vil følge for å planlegge en 5/8 bølgen antenne:
1.) Modell antennen for å maksimere forsterkningen og beregne den komplekse impedansen.
2.) Utvikle et matchende nettverk for å konvertere den komplekse impedansen til antenne til koaksens karakteristiske impedans.
3.) Konstruer og kontrast feltresultater med modellene. Juster etter behov.
Helt tilbake da jeg var ingeniørstudent, gjorde vi alle disse beregningene i lang form (OK, ikke en lysbildesregel, men med kalkulator og grafpapir). I dag er det mye mer effektivt å bruke modelleringsverktøy og deretter sammenligne disse resultatene med noen manuelle beregninger hvis ønskelig.
Modellering av antennen
Det er et gratis antennemodelleringsprogram kalt EZNEC som kan brukes til å modellere antennen din. Annet enn konsultasjonstabeller i lærebøker, er dette den eneste praktiske måten å estimere antennens forsterknings- og matepunktimpedans på.
Du kan justere parametere som elementlengder, materialtype, materialmål, frekvens , høyde over bakken osv. i modellen for å se hvordan disse parametrene påvirker resultatene.
Hvis du leter etter en god referansebok om antenne teori og konstruksjon, anbefaler jeg ARRL Antennebok. Hvis du er mer interessert i den rene teorien og matematikken knyttet til antenner, er den grunnleggende teksten Antenner av John D Kraus.
Designing a Matching Network
Det er flere nettsteder og frittstående verktøy som kan beregne det matchende nettverket. Min favorittside er Le Leivre. Med dette verktøyet kan du angi de komplekse inngangs- og utgangsimpedansene, og det vil vise alle mulige L-samsvarende nettverk som vil gjøre jobben sammen med de riktige komponentverdiene.
Hvis du ønsker å vikle din egen induktor for det matchende nettverket, den omtrentlige formelen for et enkelt lags luftinduktor er:
$$ L = \ frac {(n ^ 2 * d ^ 2)} {(18 * d + 40 * l )} \ tag 1 $$
hvor L er induktansen i mikrohenries, d er spolediameteren i tommer, l er spolelengden i tommer, og n er antall svinger.
Du kan utvide eller trekke lengden på spolen litt for å finjustere induktansen.
Denne formelen er Wheeler-formelen for engelske enheter som ble empirisk avledet tidlig på 1900-tallet. Siden det er en empirisk formel, blir effekten av $ \ mu_o $ og $ \ mu_r $ tatt med i konstantene. Ovennevnte versjon av formelen er generelt gyldig når diameteren på spolen er mye større enn ledningens diameter og hvor avstanden mellom svinger er minimal.
Mer enn 50 år senere brukte Wheeler og andre datamodeller for å utlede en mye mer presis formel:
$$ L = 0,0002 \ pi D_kN ^ 2 * \ ln {(1+ \ frac { \ pi} {2k})} + \ left (2.3004 + 3437k + 1.7636k ^ 2- \ frac {0.047} {(0.755+ \ frac {1} {k}) ^ {1.44}} \ right) ^ {- 1} \ tag 2 $$
der D k er spolediameteren i mm, N er antall omdreininger og k er forholdet mellom viklingsdiameteren og lengden.