Антени для PEP детекторів дронів. Рекомендації щодо застосування...

Часто запитують які антени можна використати для PEP детекторів дронів на базі тих же широкосмугових аналізаторів спектру та рекомендації щодо застосування. Класично, для всебендовостi та визначення азимуту та кута мiсця на джерело - антени LPDA та Вiвальдi. В LPDA антенах на кожній частотній ділянці працює 2-3 елементи, що вже дає невелике пiдсилення 5..6 dBi. Звісно монобендові вузькополосні антени мають більший КНД, тобто "підсилення" та вужчiй головний пелюсток ДС, але в режимі обзору, коли ви не знаєте де БПЛА буде працювати по частоті, а може навіть на декількох бендах - це реалії. Тому використання монобендових антен може призвести до гибелі побратимів, коли вже буде запізно...

Для моніторингу, коли не змiнюють частоти, це дiйсно кращій варіант, але давно вiдомi випадки змiни частот (бендiв) ворожих БПЛА та зменьшення потужностi, при пiдльотах до цiлi. Дiверсiти та триверсiтi, як приклад. При виборi спрямованних та широкосмугових антен як LPDA (ЛПА), Вiвальдi, рупорнi, конуснi Helical (Дайсона) чи спрямованих монобендових антен як Uda-Yagi, Helical, Moxon, квадрати, Харченко також треба розумiти взаємозв'язок мiж КНД, кутом розкриття ДС антени та дальності (без врахування ефектів рефракції та дифракції) в межах прямої видимостi:

1. Для всебендовостi з круговою ДС пiдiйдуть бiконiчнi антени, але вони мають "дирку" зверху
2. Рупорнi як спрямованi антени ефективнi на НВЧ, але на нижнiх бендах мають великi розмiри для роботи в декiлькох октавах
3. LPDA та Вiвальдi теж ефективнi на НВЧ, але на нижнiх бендах мають великi розмiри для роботи в декiлькох октавах
4. На рахунок Omni (колiнеарних) антен - чим бiльше пiдсилення та довжина колiнеару, тим бiльше "дирка" зверху в ДС, тому обирати треба саму коротку з цих антен вертикальної поляризації. Окрiм того, що колiнеари - вузькосмуговi, головний пелюсток їх ДС буде змiщуватися на межах смуги пропускання й свiтити не в горизонт, а нижче та вище (певною мірою цей нюанс можна враховувати під час роботи з низькорбітальними супутниками, але це не той випадок)
5. На рахунок - клеверу (конюшини), турнiкетних/ATA чи квадрифiлярiв (QFH) з купольною (напiвсферичною) діаграмою спрямованості та круговою поляризацією... вони усi - дiапазоннi монобендовi антени. Тому, якщо обирати такi, тодi на кожний бенд треба по антеннi та ставити RF-комутатори (RF-switch з потрiбним рiвнем розв'язки). Одночасно спостерiгати всю смугу 6 GHz не вийде. Хоча можна використати диплексери, триплексери, тобто смугові фільтри на кожний бенд на один вхід приймача
6. Класичний дискоконус при широкосмуговостi має ті ж недоліки, що і колінеарні антени - "дирку" в ДС зверху. Окрiм цього негативне "пiдсилення" та нерiвномiрнiсть ДС на рiзних частотах
7. Ще як варiант всебендовостi та малою спрямованностю - конусна Helical антена на декiлька обертiв або пласка Log Helical вiд Hex Flex. Має навколонульове "пiдсилення", за рахунок цього досить широкий головний пелюсток ДС
8. Цилiндрiчнi Helical антени з круговою правою чи лiвою поляризацією можна використати у якостi ефективних спрямованих монобендових антен для прийому сигналiв вiд передавачiв з антенами лінійних поляризацій у будь-яких положеннях, але зі втратою рівня до -2.5dB або з такою самою круговою поляризацією без втрат (але для протилежної кругової поляризації втрати будуть сягати -25 dB)
9. Конуснi Helical антени з круговою правою чи лiвою поляризацією можна використати у якостi ефективних спрямованих надширокосмугових антен (з тими ж перевагами та недолiками з поляризації як й цилiндрiчнi Helical антени). Яскравий приклад роботи конусних спиральних антен в декiлькох октавах - це антени Дайсона (промислово антена Дайсона виробляється компанією BAE Systems на діапазони S, L та X від 1.0 до 12 ГГц)

Як зменьшити бiчнi пелюстки в дiаграмi спрямованностi Helical антени

Просто використати конусний рефлектор:

Наглядно як зміниться діаграма спрямованості спиральної антени при використаннi конусного рефлектора замість плоского відбивача:

    

Чому параболічні дзеркала не використовують на низьких частотах, 2m чи 1m?

Це тому, що параболіки на таких частотах не ефективні при допустимих габаритах. Щоби було якесь "підсилення", скажімо на 300 MHz, потрібно декілька метрів в діаметрі й більше. Це прямо можна побачити з розрахунку "підсилення дзеркала":

Ga = 10lg(k(πD / λ)2cos(Φ))

Чим більше довжина хвилі, тим меньше підсилення. На 1 метрі діаметра на 300 MHz це лише 6 dBi, що еквівалентно 2 елементам крос-ягі. Яка по габаритам, вазі та вітровому навантаженні значно легше параболіка. При 2 метрах діаметру це вже 12 dBi, що ~ 7 обертам Helical антени. А от для частот 1800 MHz й вище параболіки невеликі при значному підсиленні й конкурувати з ними ще можуть тіж ж Helical або стеки з класичних антен хвилі, що біжить.

Приклади антен для монiторингу

Бiконiчна антена:

LPDA:

Широкосмуговий вертикальний диполь:

Вiвальдi:

Для розумiння габаритiв Вiвальдi для перекриття 70..210 MHz:

Конюшина та ATA з геометрично вигнутими елементами для двох полярiзацiй:

Квадрифiляр або QFH антена:

Пласка LogHelical антена:

Цилiндрiчна Helical антена:

Конусна Helical антена:

Промислова реалiзацiя LogHelical на 300-3000 MHz

Пiдсилення LogHelical антени на фото нижче ~4 dBi, але на нижньому бендi буде навколонульове (треба збiльшувати дiаметр з 330 mm до 894 mm).

Поведiнка ДС такого LogHelical в залежностi вiд частоти:

    

Нюанси з декiлькома антенами PEP

1. Чи можна підключити дві антени різних діапазонів на один вхід чи вихід суматора? - Ні. Потрібен дуплексер
2. Чи можна підключити через суматор дві однакові антени, але у різних поляризаціях? - Можна. Але результат залежатиме від довжин кабелів (кратність довжини хвилі)
3. Втрати сигналу на суматорi/дiльнику Pm/Nout портiв? - Нi, власнi втрати на суматорi/дiльнику не перевищують 0.1..0.3 dB при якiсних конекторах та ЕМ ізоляції. А ось сам сигнал розподіляється по портах залежно від коефіцієнта поділу. У разі рівності поділу потужності по двум портам буде -3 dB
4. Чи можна підключити через суматор спрямовані антени одного бенду у різні боки? - Можна. Працює чудово
5. Чи можна підключити через суматор дві спрямовані антени в один бік або спрямовану та всеспрямовану (колiнеар)? - Можна, але потрiбне правильне фазування. Якщо цього не зробити, то може вийти зворотний результат і дві антени заглушать одна одну

Також додам важливий нюанс з суматорами, про який часто забувають - власнi втрати на суматорi/дiльнику не перевищують 0.1..0.3 dB при якiсних конекторах та ЕМ ізоляції. А ось сам сигнал розподіляється по портах залежно від коефіцієнта поділу. У разі рівності поділу потужності по двум портам буде -3 dB.

Додатковi курси по РЕБ та РЕР

По рекомендацiям для пiдроздiлiв дотичних до PEP та РЕБ пропоную передивитись серію лекцій по методикам використання детекторів та аналізаторів:

1. Застосування радіо спектроаналізатора для виявлення джерел радіо опромінення
2. Інтелектуальнии‌ РЕБ або Spot Jamming. Теорія та практичні рішення на базі SDR
3. Все що треба знати про засоби РЕБ
4. Засоби РЕР. Що треба знати біи‌цю про засоби РЕР на фронті
5. Антени. Лекція. Антени, підсилювачі та кабелі. Потужність та дальність. Децибели та рази v2.0

Постскриптум

Шановні читачі, якщо мої дописи вас зацікавили – пiдтримайте збiр або ставайте спонсорами Youtube-каналу LaboratoryW з ексклюзивними лайфхаками.

Кориснi матерiали

1. Робота РЕБ та PEP в комплексi та захист PEP приймачiв вiд впливу РЕБ в ближньому полi
2. Увімкнення модуля РЕБ в автоматичному режимі з TinySA Ultra
3. Завади для керування БПЛА. На сьогодні існує кілька видів атак на Lora
4. Для чого розносити РЕБ та РЕР в просторi та за часом
5. LR-FHSS. Як працює ППРЧ в Lora
6. Запис сигналу БПЛА Суперкам для перевірки детекторів дронів
7. SAW (ПАВ) фiльтр для збiльшення дальностi польотiв БПЛА
8. P-I-N діоди, чи все так просто (звичайнi, обмежувальнi або RF лiмiтери)
9. Модулi завад РЕБ та проблематика гонки дiапазонiв
10. Автомаяк в FM при виявленнi в спектрi на Lora та вiдео з БПЛА
11. Детектор дронiв "Цукорок Ванiльний" з захистом вiд РЕБ
12. Про фiдер замовте слово...
13. Як правильно тестувати антени
14. Як скласти сигнали спіральних антен з одностороннім намотуванням або антен лiнiйних полярізацiй
15. Індуктивності та BIAS дроселi, чи все так просто?
16. Не забувайте пiдтягувати потенцiали вiльних пiнiв власних девайсiв
17. Як оцінити підсилення рупорної антени
18. Приклад, коли лiмiтер лiплять прямо в саморобну антену для PEP
19. Антени для PEP детекторів дронів. Рекомендації щодо застосування
20. Передача відеосигналу PAL, NTSC, SECAM, D/D2-MAC з HackRF
21. Кориснi ресурси та лайфхаки з HackRF для РЕР