Jak obliczyć pole prostokątnej anteny ramowej RFID i zrozumieć jej kierunkowość?

Wed Mar 01, 2006 10:59 am   

Witam,

Usiłuję oszacować pole prostokątnej anteny czytnika RFID.
Przy dużej odległości kształt anteny przestaje mieć znaczenie - ważna jest
tylko jej powierzchnia.
Ale chciałem wiedzieć dokładniej blisko więc (według Resnick Holiday)
wyprowadziłem sobie wzory na pole magnetyczne (uwaga! statyczne) w osi
anteny prostokątnej.
Jestem na 99,9% pewien, że tu nie popełniłem błędu, bo dla większej
odległości mój wzór się redukuje do standardowej postaci dla anteny w formie
koła.
Ale z dawnych czasów pamiętałem, że antena ramowa najlepiej odbiera (więc i
emituje) z kierunku zgodnego z płaszczyzną jej zwojów.
Wyprowadziłem więc też wzór (tą samą metodą - jestem go pewien na jakieś
90%) na pole w tej płaszczyźnie i tu zaskoczenie - uzyskuję natężenie pola
(w dużej odległości) około 1/2 tego co w osi.

Nie podaję wzorów - są długaśne, ale pytam, czy jest możliwe, że moje wyniki
są prawidłowe ?
Zakładam, że wartości pola statycznego są takie same jak pola zmiennego
bliskiego.
Czyżby przy przejściu do pola dalekiego zmieniały się właściwości kierunkowe
?

Ogólnie na antenach się nie znam.

Na stronie:
http://www.elektronika.private.pl/index.php?Spanner=zasady
Na samym dole rysunek sugeruje, to samo, co pamiętam 'od zawsze'.

W pliku:
http://www.lke.wroc.pl/lke2_pl_bw.pdf
strona 9 - widać, że antenę ramową ustawili tak, aby odbierała w osi.

W normie ETSI EN 300 330-1 (do pobrania gratis ze strony ETSI) podają
(dodatek F, dla f<1MHz) tylko wzór na pole w osi anteny, co by sugerowało,
że ono jest największe bo norma ogranicza pola od góry i nie byłoby sensu
liczyć czegoś, co nie jest największe.
To mi sugeruje, że może moje wyniki są prawidłowe, tylko jak się to ma do
tej 'od zawsze' znanej kierunkowości.

Może ktoś po prostu wie dlaczego to mi się nie zgadza.

Pozdrawiam
P.G.

Wed Mar 01, 2006 3:33 pm   

Zrobiłem jeszcze proste oszacowanie od początku zakładając małe wymiary
anteny względem odległości - odpada całkowanie, bo odcinki można traktować
jako małe, i sinusy są równe tangensom.
Antena = kwadrat o boku a=10cm, odległość R=10m.
Pomijając czynnik jednakowy dla pól od wszystkich kawałków wychodzi mi:
Pole w osi od każdego kawałka = (a/R^2)*((a/2)/R). Od czterech wychodzi
2a^2/R^3 = 2E-5
Pole z boku:
- od bliższego pionowego = a/(R-a/2)^2 = 101E-5
- od dalszego pionowego = -a/(R+a/2)^2 = -99E-5
- od każdego poziomego = - (a/R^2)*((a/2)/R)=-0.5E-5
Razem wychodzi 101-99-0.5-0.5 = 1E-5

A więc pole z boku 2x mniejsze niż w osi. Co się zgadza z moim poprzednim
wynikiem, ale nadal nie zgadza się z wiedzą o kierunkowości anteny ramowej.

Coś mi się wydaje, że to jest tak, że jak pole E jest pionowo, to H ma
postać okręgów wokół masztu anteny. No i antenę ramową trzeba tak ustawić
aby strumień przenikający przez jej powierzchnię był największy. Z tego by
wynikało, że gdyby nadajnikiem była antena ramowa, to ustawienie anteny
odbiorczej (powierzchnią, czy kantem do nadajnika) byłoby zależne czy
jesteśmy w osi anteny nadawczej czy z jej boku.

Czy ktoś, kto się zna (jakiś krótkofalowiec) mógłby te moje domysły
potwierdzić ?
P.G.

Thu Mar 02, 2006 9:05 am   

Użytkownik "Irek_K" <ixkuczek@poczta.onet.pl> napisał w wiadomości
news:du4k53$7fu$1@news.onet.pl...


W pierwszym poście zasugerowałem (zapytałem), czy może sytuacja zmienia się
przy przejściu z pola bliskiego do dalekiego.
Wtedy raczej w to nie wierzyłem, bo niby czemu - jak już pole poleciało w
daną stronę z jakąś mocą to dlaczego ma tu bardziej słabnąć niż w inną
stronę.

Znalazłem:
http://www.conformity.com/0102reflections.html

Z rysunku 2 (i wzorów przy nim) wychodzi mi, że jednak tak właśnie jest.
Czyli zgodnie z tym co piszesz.


Poszukam, choć mi nie tyle chodzi o zaprojektowanie, co o wykazanie w
dokumentacji (wzory i obliczenia) między innymi zgodności na przykład z
Council Recommendation 1999/915/EC na temat dopuszczalnego narażania ludzi
na pola elektromagnetyczne. Potrzebuję więc dość dokładnie obliczyć pole
bliskie (nawet bardzo bliskie ) dlatego zacząłem od wzorków. No i jak mi
wyszło coś innego niż się spodziewałem to zapytałem.

Dzięki za odpowiedź - chyba mi się wszystko wyjaśniło.
P.G.

Thu Mar 02, 2006 9:17 am   

Piotr Gałka napisał(a):

Małe zmiany pola magnetycznego w płaszczyźnie wywołają taki sam
skutek jak duże w osi
Wtedy wszystko by grało.







Albert

Thu Mar 02, 2006 9:28 am   

Użytkownik "MAc" <mac_dx@tosiewytnie.poczta.onet.pl> napisał w wiadomości
news:du4k8g$7s2$1@news.onet.pl...

krawędzi - czyli w kierunku wskazywanym przez boczną krawędź cewki, lub
przez płaszczyznę anteny ramowej.
P.G.

Thu Mar 02, 2006 10:41 am   

Albert Bartoszko napisał(a):

no właśnie o tym piszę Może bez rysunków nam się nomenklatura
pomieszała. na tej force to co nazywam "płaszczyzną anteny ramowej" jest
równoległe do nieba i ziemi.
Czyli wg mnie max promieniowania idzie "poziomo" (boże jeden
rysunek, ale nie mam gdzie powiesić)

Rama jest kierunkowa z maksymalnym zyskiem PROSTOPADŁYM do
płaszczyzny anteny.
Pierdołę napisałem koszmarną, wynikającą ze swoistego pojmowania
prostopadłości Jeżeli przez cewkę (oś) poprowadzimy prostą, to
maksimum jest prostopadłe do tej prostej )))))



Za "Poradnik radioamatora" :

nie rozumiem, jestem przed kawą.



no podstawowa sprzeczność robi mi się w różnicy pomiędzy dioplem
pętlowym a ramą - bo charakterystyki jakby nie patrzyć mają prostopadłe
do siebie.
ale (bez wkopywania się w teorię) pamięć mi mówi że tu o skłasowe e i m
chodzi

MAc

Thu Mar 02, 2006 10:48 am   

Piotr Gałka napisał(a):


- czyli w kierunku wskazywanym przez boczną krawędź cewki, lub

geometria mnie zabija )))

to jest antena ramowa: (w płaszczyźnie luminoforu)

-----
| |
| |
-----

moja antena ramowa promieniuje na boki, natomiast nie promieniuje na
mnie i na szyjkę mojego kineskopu.

Gdyby to był zwykły rozciągnięty dipol pętlowy to by promieniował na mnie

:-)
mac

Thu Mar 02, 2006 10:53 am   

Piotr Gałka napisał(a):




Albert

Thu Mar 02, 2006 11:08 am   

Użytkownik "MAc" <mac_dx@tosiewytnie.poczta.onet.pl> napisał w wiadomości
news:du6f2b$afm$1@news.onet.pl...

P.G.

Thu Mar 02, 2006 11:30 am   

Użytkownik "Albert Bartoszko" <albertb@nt.kegel.com.pl> napisał w wiadomości
news:du6eue$mce$1@nemesis.news.tpi.pl...

sprzeczne z tym co pamiętam o antenie ramowej.
Sądziłem, że jak pole w osi (daleko względem wymiarów anteny, ale w polu
bliskim) wychodzi mi większe niż z boku to przy oddalaniu się od anteny (do
pola dalekiego) ta zależność kierunkowa nadal będzie taka sama.
Podejrzewając błąd w obliczeniach zapytałem, czy taki wynik może być
prawidłowy. Nie interesuje mnie w tej chwili pole dalekie, ale chciałem
wiedzieć, że moje obliczenia pola bliskiego są prawidłowe.

Teraz to się zastanawiam, czy to, że wartości E i H w:
http://www.conformity.com/0102reflections.html
są liczbami zespolonymi to chodzi o przesunięcie fazy względem prądu w pętli
czy o coś innego.
Takie wzory widziałem ostatnio wieki temu.

P.G.

Thu Mar 02, 2006 12:06 pm   

Piotr Gałka napisał(a):

[...]


odległości od źródła.

Analogicznie jak prąd sinusoidalny ma w wykładniku t tutaj masz r



Albert

Thu Mar 02, 2006 12:45 pm   

Użytkownik "Albert Bartoszko" <albertb@nt.kegel.com.pl> napisał w wiadomości
news:du6j8c$58e$1@nemesis.news.tpi.pl...

Widzę, że ten ostatni czynnik będzie miał co lambda taką samą fazę - czyli
dla odpowiednio dużych r (jak się już nawiasy zdecydują, czy są rzeczywiste
czy urojone) faza jest taka sama co lambda od źródła - co się jakby zgadza.
Ale nie jestem pewien względem czego jest ta faza. Jedyne co mi przychodzi
do głowy to względem prądu w pętli.
Czyli, jak gdzieś w przestrzeni, dla któregoś z wektorów wychodzi faza=0 to
znaczy, że jest dokładnie synchroniczny z prądem w pętli.
Chyba już sam siebie przekonałem, że tak jest.


Dla mnie I=sin(wt) nie ma wykładnika.
Co to jest e^-j(coś tam) musiałem poszukać w książkach, ale teraz nie mam
ich pod ręką, aby szukać jak można zwykły sinus równie zagmatwać
P.G.

Thu Mar 02, 2006 2:54 pm   

On Thu, 2 Mar 2006 11:30:58 +0100, Piotr Gałka wrote:

Tak mi sie wydaje ze masz trzy obszary. Dla niskiej czestotliwosci
to jest zwykla cewka, a wiec:

- w duzej bliskosci [srodek cewki, chyba nie dalej niz promien od
plaszczyzny] to masz powolny zanik pola.

- w sredniej odleglosci .. to jest dipol magnetyczny,
a pole dipola jest ~1/r^3 .. czyli szybko zanika.
Hm, jak zanika pole w fali ?
Moc ~1/r^2, to pole H i E chyba ~1/r ?


- jeszcze dalej .. a tu juz sie nie znam, bo to trzeba falowo.
Swoja droga .. prostopadle do cewki fala sie niby nie rozchodzi,
a przeciez 1/r^3 to ciagle nie jest zero.
Hm, a moze jednak promieniuje ? W koncu dipol petlowy promieniuje ..


Dla samego pola magnetycznego jak najbardziej, ale czy przy 10m
to juz jest wystarczajace to sam jestem ciekaw :-)

J/

Mon Mar 06, 2006 12:19 pm   

Piotr Gałka napisał(a):

Tak mi się rzuciło w oczy:

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00710c.pdf

Albert