Векторный анализатор цепей Arinst VR 23 - 6200. Монополь от приёмника OrangeRX RX615X

Есть у меня несколько приёмников радиоуправления OrangeRX. В их короткоантенных версиях на входе приёмника стоит самая простейшая антенна-монополь. Ну и стало интересно узнать, какими параметрами обладают такие антенны. Вот несколько образцов из этой коллекции:

У ХК налажено серийное производство таких антенн, поэтому они абсолютно одинаковы, установлены на многих моделях приёмников OrangeRX, и представляют собой кусок провода AWG24 (AWG22?) в силиконовой изоляции с длиной активной части антенны 30 мм:

В теории такой монополь представляет собой одиночный четвертьволновый вибратор, и согласно формуле l=c/f для диапазона WiFi, в котором тоже работают системы радиоуправления 2,4 ГГц, его длина должна быть 31 мм для нижней частоты диапазона 2400 МГц и 30 мм для верхней частоты 2484 МГц (по частотам информация взята с Вики и ссылок 1 и 2). Что еще используется для расчетов таких моно- и диполей? Часто принимают упрощение о том, что электрическая длина такой антенны равна её геометрической длине. Иногда применяют коэффициент укорочения диполя по известной формуле l/d и графикам Ротхаммеля (п. 3.1.5 книги в последней редакции 2007 г). Совсем уж редко приходит на ум мысль о том, что если активная часть диполя представляет собой не просто голый металлический проводник на воздухе, но металлический проводник в среде диэлектрика (например, диэлектрик центральной части коаксиального кабеля), то тогда надо учитывать еще и коэффициент укорочения (коаксиального) кабеля (п. 5.1.3 той же книги), из центральной жилы которого изготовлен такой монополь. Но, мне кажется, ХК так не заморачивался, и для упрощения производства посчитал просто - 300 тыс. км./сек /2,442 ГГц/4=30,7 мм, что и видно на фотографии (+/- какая-то погрешность на очистку изоляции кабеля китайцем-школьником и мои замеры антенны штангенциркулем).

Что ж, приступим к проверке свойств такой антенны. Включаем прибор, прогреваем, калибруем на диапазон 2-3 ГГц. Диапазон сознательно взят шире, чем 2,4 ГГц, чтобы видеть, куда “улетают” антенны при неправильной настройке и сильном отходе от номинальной частоты. Но! Маркеры расставляю равномерно в границах WiFi диапазона 2,4 - 2,484 МГц (это частоты 2400, 2421, 2442, 2484 МГц). Беру монополь и аккуратно вставляю его в гнездо центрального контакта разъёма прибора. Результаты представлены:

Результаты опечалили… Видно что антенна находится далеко за пределами КСВ=2, и линейные графики КСВ это подтверждают. КСВ колеблется около 5. В импедансе антенны активная составляющая имеет величину около 75 Ом (+/-), и есть сильная реактивная составляющая - порядка 110 Ом. Характер реактивной составляющей - индуктивность (порядка 7 нГн). Согласно Интернету, индуктивный характер реактивной составляющей антенны говорит нам о том, что она имеет длину большую, чем надо для заданного частотного диапазона. Т.е. её геометрическая длина больше электрической длины для заданного диапазона. На линейном графике КСВ видно, что минимум КСВ (2,6) приходится на частоту 2,125 ГГц, т.е. эта антенна при размере 30,7 мм получилась на гораздо более низкую, чем надо, частоту. То же самое видно и на диаграмме Смита, но нужно иметь больше знаний, чтобы увидеть эту точку на кривой. Я подумал, и понял, что это точка на кривой, максимально близкая к центру окружности (ну или красному кругу ограничителя КСВ=2).

Конечно, и при КСВ=5 такая антенна будет работать. Но надо помнить, что эти приёмники рассчитаны на управление моделями рядом с собой в пределах прямой видимости, а это предполагает очень небольшие расстояния - не больше 50-100 метров (кому как зрение позволяет). На большие расстояния, по моему мнению, такие антенны совершенно не пригодны 😦. КСВ=5 означает, что 44% полученной такой антенной мощности радиосигнала будут потеряны, или, другими словами, приёмник получит на 44% менее мощный сигнал, чем мог бы получить в той же точке пространства с антенной, КСВ которой равен 1.

Будем думать, как это лечить 😦…