3D и 3G: печатаем антенны

m0Ray
Идет загрузка
Загрузка
08.10.2019
3472
25
печатает на Magnum Creative 2 UNI
Мы печатаем

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

5

Одним из важнейших достоинств 3D-принтеров является способность точно воспроизвести размеры модели. Ей и может воспользоваться радиолюбитель для облегчения создания антенн. Конечно, типичный 3D-принтер не сможет напечатать проводящие элементы антенн, как и очень большие детали антенн КВ-диапазона, однако для гигагерцовых диапазонов вполне возможно создание шаблонов и опорных конструкций, что я и хочу продемонстрировать в этой статье. Для примера выбран диапазон 2100МГц, использующийся для сотовой связи в стандарте 3G (специалистов прошу не пинать меня ногами за такую формулировку, это же научпоп).

Модели выполнены в openSCAD и параметризованы, так что можно легко пересчитать их под другие частоты (например, под 4G 1800МГц или 2600МГц, под Wi-Fi 2400МГц).

Я сам живу в деревне, поэтому проблемы связи мне знакомы не понаслышке. К тому же я радиолюбитель. Ну и наличие 3D-принтера дало стимул к творчеству. Дешёвый модем-"свисток" с антенным выходом дополнил картину.

Cantenna, она же Банктенна

Одна из простейших конструкций, которую можно, в принципе, изготовить и из пивной банки, и её не надо паять: достаточно воткнуть на нужную глубину "свисток". Но для нашего диапазона не так-то просто подобрать подходящую по размерам банку: нужно найти пиво в литровой жестяной банке, что в деревенских условиях сложновато. Поэтому я набросал модель и напечатал её. Пришлось разделить цилиндр на три части: во-первых, целиком он не проходил в ограничения моего принтера по высоте, во-вторых, я рассудил, что при печати высоких тонкостенных деталей могут начаться проблемы, приводящие к деформации. Получилось следующее.

Сегмент с вырезом - 2шт.

Сегмент без выреза - 1шт.

Стойки - 2шт.

Напечатал (слегка упростив для скорости):

Обклеил цилиндр фольгой и собрал:

Всё, антенна готова.

Конечно, усиление у неё не ахти (3-6dBi), но при такой простоте изготовления и применения, как говорится, чего вы таки из-под неё хотели? Тем не менее она нашла своё место в одном из соседских домов: там модем не ловил практически совсем, разве что в хорошую погоду, а с ней стабильно находит сеть и выжимает из неё 1-2 Мбит/с.

Biquad, она же зигзагообразная, она же антенна Харченко

Эта антенна чуть посложнее: придётся попаять. Но и усиление она даёт чуть побольше (7-10dBi).

В этой конструкции важны размеры вибратора (гусары, молчать!) и расстояние до рефлектора. Соблюсти их позволит вот такой шаблончик:

Наклеиваем его по центру на металлическую пластину или что-нибудь ровное и обклеенное фольгой. Гнём из проволоки вибратор и подгоняем под шаблон. Сверлим отверстие, продеваем провод от модема и распаиваем на вибратор.

Ножки будут поддерживать изделие в вертикальном положении.

Теоретически можно добавить штангу для системы директоров, чтобы увеличить усиление, но это, скажем так, на любителя. Я этого делать не стал. Антенна и так проработала у меня больше года, пока я не купил крутую 4G-тарелку на крышу. Модем выжимал из хиленького сигнала до 3 Мбит/с.

Yagi, она же Уда-Яги, она же волновой канал

Эта антенна "масштабируемая", то есть её можно удлинять для получения лучшего усиления. Изготовление её относительно непростое, важно соблюдать размеры, к тому же, придётся рассчитать и изготовить согласующий трансформатор ("балун"). С размерами нам и поможет 3D-принтер.

Нарисовал 6-директорную, как раз влезает на стол. Усиление должно быть примерно 10-12dBi.

Остаётся нарезать и согнуть соответствующие элементы из проволоки и "вписать" их в шаблон.

Я же сделал вариант попроще: нарезать и согнуть проволоку по размеру я могу и руками, напечатал только продольную штангу ("бум").

Директоры и вибратор из медной проволоки вставляются в отверстия и при необходимости фиксируются клеем.

Сделаем подставочку:

Испытать антенну не довелось - с установкой хорошего коммерческого решения надобность в "колхозе" отпала. Так что если кто заморочится этим вариантом - отпишитесь, насколько оно хорошо в конструкции и работе..

На этом всё. Мораль сей басни такова: 3D-принтер - годный инструмент радиолюбителя не только для изготовления корпусов аппаратуры и ручек верньеров.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

5
Комментарии к статье

Комментарии

08.10.2019 в 19:58
0

А что все какое то некруглое, почти квадратное?

08.10.2019 в 20:10
2

А нет особого смысла в сильной круглости. Печать замедляет, а эффекта особого на характеристики антенн и уж тем более подставок не даёт. Вот я и уменьшаю количество полигонов, пока круг хотя бы примерно остаётся кругом.

08.10.2019 в 20:26
0

Пасяп про скорость не в курсе нуно попробовать катить квадратное.

08.10.2019 в 20:43
0

Никогда не замечал замедлений, разве что совсем уже мелкие сегменты, меньше 0,2мм.

08.10.2019 в 20:48
0

Возможно, я преувеличиваю. Но более частое изменение скорости двигателей при печати плавных линий мне чисто интуитивно кажется более затратным. G-код пухнет опять же.

08.10.2019 в 20:52
0

И что с того? Пускай себе пухнет жикот и проц считает больше.

08.10.2019 в 20:57
2

Понимаете ли, я программист. Мало того, что я ленив от природы, так ещё и учили меня сему ремеслу, кладя в основу принцип "да не будет делать лишнего твоё предписание счетоводческое". Привычка сия глубоко въелась в сущность мою.

08.10.2019 в 21:05
1

Ну тут не тот случай, когда надо бросаться на баррикады ультимативной оптимизации :) Пока рюшки не в ущерб производительности - всё норм. Но вот когда твоя прога перестаёт помещаться в 1024*600 и тормозит интерфейс на камушке N2600 - вот тогда пора.

09.10.2019 в 06:24
1

Для этапа моделирования — 16–20–гранников достаточно. При финальном рендеренге — 36–72–120 граней по обстановке.

09.10.2019 в 06:36
1

Мне для цилиндров и окружностей в openSCAD хватает $fn=32 на все случаи жизни. Ни разу не сталкивался с необходимостью ставить больше.

А усложнение моделей мне претит.

11.10.2019 в 19:17
0

Первая антенна – это по мотивам «баночной антенны» (Cantenna). Зачем печатать то, что за полчаса делается из жестяной консервной банки – всё же не совсем понятно. Что касается влияния точности геометрии окружностей – тут всё зависит от диапазона (длины волны). Программистские подходы здесь не работают – антенны это достаточно точная наука.

11.10.2019 в 19:21
0

Я же написал: не так легко найти банку нужных размеров под данный диапазон. И даже написал, что это и есть Cantenna.

11.10.2019 в 19:22
0

Я там немного дополнил.

11.10.2019 в 19:53
0

Что касается влияния точности геометрии окружностей – на таких диапазонах аппроксимация окружности 32-угольником вполне допустима.

В любом случае, если кому надо покруглее - в openSCAD к услугам пользователя параметр $fn в директиве cylinder.

Я, напомню, хотел изложить идею, что 3D-принтер в радиолюбительстве может печатать не только коробки и ручки, а вполне себе и детали антенн, требующие точности. Красота чисто утилитарных деталей меня мало волнует.

11.10.2019 в 21:41
0

на таких диапазонах аппроксимация окружности 32-угольником вполне допустима


15.10.2019 в 22:46
0

у вас же принтер!  напечатайте нормальную параболу и оклейте фольгой  

16.10.2019 в 08:42
0

Во-первых, парабола - это не сама антенна, а только рефлектор. Хороший, конечно, рефлектор, хоть и геморройный в настройке. Но надо будет изготовить ещё и активный элемент - ту же Харченко хотя бы. Или искать способ закрепить в фокусе антенны непосредственно модем и изолировать его от внешних погодных условий. Я это уже проходил с нормальной металлической параболичкой.

Во-вторых, её размеры на такие частоты потребуют склейки их десятка деталей.

В-третьих, сплошной параболический рефлектор таких размеров будет нещадно трепать ветром, и я не говорю уже о том, что большинство популярных пластмасс для принтеров очень плохо переносят ультрафиолетовое освещение. Даже "outdoor", "UV-resistant" ящики из пластика (дешёвые, правда) разваливаются за три-четыре года в труху.

В общем, прикинул я этот вариант и не стал его даже пытаться делать. Вместо этого взял вот что: https://mikrotik.com/product/lhg_lte_kit - надеюсь, не сочтут за рекламу. В этой штуке всё хорошо продумано и, надеюсь, с пластиком они не накосячили. Фирма серьёзная.

16.10.2019 в 12:37
0

ну не знаааю... я лет 10 назад просто из бумаги и фольги склеил, и модем в фокус поставил. Стоял на даче, на чердаке пока вышку рядом не поставили. Работало шикарно  

16.10.2019 в 12:49
0

Так то-то и оно, что параболический рефлектор на принтере делать гораздо менее удобно, чем руками.

А можно просто купить спутниковую тарелку, стоит она копейки сама по себе. Мне так вообще на халяву досталась.

Однако наши края таковы, что для "шикарного" приёма приходится ставить всё на крышу. А там солнце, воздух и вода...

Предложенные же антенны маленькие и шатко-валко позволяют поднять сеть в доме. Не на чердаке - крыши у нас металлические, экранируют всё нафиг.

И на установку вышки рядом рассчитывать не приходится.

16.10.2019 в 13:33
0

Каждому свое) 

Сейчас, имея принтер, я бы все равно также делал бы однокоординатную параболу.  только скелет бы напечатал теперь из petg 

16.10.2019 в 19:16
0

Принтер нормальный стОит не менее 40тыр. А с  большим столом, которого хватит на параболический рефлектор на пару гигагерц - на порядок больше. Пластик нормальный тож недёшев. Плюс время, оторванное от основной работы.

А я вот пока ни разу не проклянул покупную 4G тарелочку за 10тыр.

Как ни крути: промышленное производство дешевле кустарного.

Кустарное имеет смысл только тогда, когда не существует промышленных аналогов.

16.10.2019 в 19:24
0

ПО цене принтера согласен. 

Площадь рефлектора от частоты не зависит никак.  Вот качество поверхности должно быть тем выше, чем выше частота 

Пластик как раз недорог, я обычно печатаю теми, что по 700-800 руб за кило. Все отлично 

В целом покупная да, лучше. Но и кустарное бывает всякое... я делал с коллегами очень кустарные приборы по 5К$, которые были довольно неказисты, но покупались. Так как функционально не уступали красивым импортным аналогам на 60К $  

А, бывает и просто прикольно что -то свое сделать   

08.11.2019 в 23:17
0

Но это же не антенна, а типа параболы  к ней. Директоры и вибраторы тоже ручками нужно делать из подручных материалов. А вот еще,, кто чем печатает? Какое прохождение волн через него? Много я  антенн делал, не все они работают. Для начинающих - четверть волны или Харченко! Вот держатель для Харченко, это можно. Извините если кому нагрубил. Много антенн уже перепробовал ( 144, 433)...  Есть токопроводящий пластик, но думаю ВЧ сигнал в в нем просто потухнет, больше мощи и расплавит. Думаю он "шершавый" для волн.

25.01.2020 в 16:01
0

У автора поста, последняя антенна не рабочая. Распечатал, все сделал, припаял, итог - не работает. Вот нормально рассчитанная под частоту 2100 МГц.  https://3dtoday.ru/3d-models/gadgets/computers/3g-antenna-uda-yagi

Испытана в условиях старого кирпичного здания, где сеть еле пробивалась.

26.01.2020 в 08:22
0

Этой антенне тоже нужен согласующий трансформатор, и его расчётов я не привёл, каюсь. А разница между антеннами невелика. У меня вибратор петлевой, а у вас - дипольный, вот и всё. В параметрах директоров и рефлектора я не нашёл отличий, да и откуда они возьмутся, если обе антенны на одном и том же калькуляторе посчитаны. ;) Я тоже "срезаю углы" на 3g-aerial.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Закрытая камера для Prism Mini.

Видео обзор обновленного 3D принтера Bizon 2 2020 от 3Dtool . Новинка весны 2020 года.

Совместимость SBS-Pro и SBS Filamentarno.

Косяки случаются :-(

Настройка Smoothie для работы на SKR 1.3 с драйверами TMC2130 и TMC5160 через SPI

Эндорское Чудище - ABLо...