ما هو النطاق لهذا الهوائي؟
لا أعرف ، تحقق.
- ماذا؟!؟!
كيف تحدد نوع الهوائي الذي في يديك إذا لم يكن هناك علامة عليه؟ كيف نفهم أي هوائي أفضل أم أسوأ؟ لقد ابتليتني هذه المشكلة لفترة طويلة.
توضح المقالة بلغة بسيطة تقنية قياس خصائص الهوائي وطريقة تحديد نطاق تردد الهوائي.
بالنسبة لمهندسي الراديو ذوي الخبرة ، قد تبدو هذه المعلومات عادية ، وقد لا تكون تقنية القياس دقيقة بما فيه الكفاية. المقال مصمم لأولئك الذين لا يفهمون أي شيء على الإطلاق في الإلكترونيات اللاسلكية ، مثلي.
TL؛ DR سنقوم بقياس SWR للهوائيات على ترددات مختلفة باستخدام الأداة الصغيرة OSA 103 ومقرن اتجاهي ، مؤامرة SWR مقابل التردد.
نظرية
عندما يرسل جهاز إرسال إشارة إلى هوائي ، يتم إشعاع بعض الطاقة في الهواء ، وينعكس البعض ويعود مرة أخرى. تتميز النسبة بين الطاقة المشعة والمنعكسة بنسبة الموجة الدائمة (SWR أو SWR). كلما انخفض SWR ، زادت طاقة المرسل المشعة على شكل موجات راديوية. عند SWR = 1 لا يوجد انعكاس (تُشع كل الطاقة). يكون SWR للهوائي الحقيقي دائمًا أكبر من 1.
إذا قمت بإرسال إشارة بترددات مختلفة إلى الهوائي وقمت بقياس SWR في نفس الوقت ، يمكنك معرفة التردد الذي سيكون الانعكاس فيه ضئيلاً. سيكون هذا هو نطاق تشغيل الهوائي. يمكنك أيضًا مقارنة الهوائيات المختلفة لنفس النطاق مع بعضها البعض ومعرفة أيهما أفضل.
ينعكس جزء من إشارة المرسل من الهوائي
يجب أن يكون للهوائي المصنف لتردد معين ، من الناحية النظرية ، أدنى SWR عند تردداته التشغيلية. هذا يعني أنه يكفي أن تشع في الهوائي بترددات مختلفة وأن تجد عند أي تردد يكون الانعكاس هو الأصغر ، أي الحد الأقصى من الطاقة التي تطير بعيدًا في شكل موجات الراديو.
من خلال القدرة على توليد إشارة بترددات مختلفة وقياس الانعكاس، يمكننا إنشاء رسم بياني بالتردد على المحور X وانعكاس الإشارة على المحور Y. ونتيجة لذلك، حيثما يكون هناك تراجع في الرسم البياني (أي أقل انعكاس للإشارة)، سيكون هناك نطاق تشغيل للهوائي.
حبكة خيالية للانعكاس مقابل التردد. يكون الانعكاس 100٪ على النطاق بأكمله ، باستثناء تردد تشغيل الهوائي.
جهاز Osa103 ميني
للقياسات سوف نستخدم . إنها أداة قياس متعددة الاستخدامات تدمج راسم الذبذبات ومولد الإشارة ومحلل الطيف واستجابة التردد / مقياس استجابة الطور ومحلل هوائي ناقل ومقياس LC وحتى جهاز إرسال واستقبال SDR. نطاق التشغيل OSA103 Mini يقتصر على 100 ميجاهرتز ، تعمل وحدة OSA-6G على توسيع نطاق التردد في وضع استجابة التردد حتى 6 جيجاهرتز. البرنامج الأصلي مع جميع الوظائف يزن 3 ميجا بايت ، ويعمل تحت Windows ومن خلال النبيذ في Linux.
Osa103 Mini هو جهاز قياس عالمي لهواة ومهندسي الراديو
مقرنة اتجاهي
المقرن الاتجاهي هو جهاز يحول جزءًا صغيرًا من إشارة التردد اللاسلكي التي تنتقل في اتجاه معين. في حالتنا ، يجب أن يتفرع جزء من الإشارة المنعكسة (القادمة من الهوائي إلى المولد) من أجل قياسها.
شرح مرئي لتشغيل المقرن الاتجاهي:
الخصائص الرئيسية للمقرن الاتجاهي:
- ترددات التشغيل - مدى التردد الذي لا تتجاوز فيه المؤشرات الرئيسية القاعدة. قارنة التوصيل الخاصة بي مصممة للترددات من 1 إلى 1000 ميجا هرتز
- فرع (اقتران) - أي جزء من الإشارة (بالديسيبل) سيتم تحويله عندما يتم توجيه الموجة من IN إلى OUT
- الاتجاهية - ما هو مقدار الإشارة الأقل التي سيتم تحويلها عندما تتحرك الإشارة في الاتجاه المعاكس من OUT إلى IN
للوهلة الأولى ، يبدو هذا محيرًا إلى حد ما. من أجل الوضوح ، دعنا نتخيل الحنفية على أنها أنبوب ماء ، مع مخرج صغير بالداخل. يتم التحويل بطريقة أنه عندما يتحرك الماء في الاتجاه الأمامي (من الداخل إلى الخارج) ، يتم تحويل جزء كبير من الماء. يتم تحديد كمية المياه التي يتم تحويلها في هذا الاتجاه بواسطة معلمة اقتران في ورقة البيانات الخاصة بالمقرن.
عندما يتحرك الماء في الاتجاه المعاكس ، يتم تصريف كمية أقل من الماء. يجب أن يؤخذ كأثر جانبي. يتم تحديد كمية المياه التي تتم إزالتها أثناء هذه الحركة بواسطة معلمة الاتجاهية في ورقة البيانات. كلما كانت هذه المعلمة أصغر (كلما زادت قيمة dB) ، كان ذلك أفضل لمهمتنا.
رسم تخطيطي
نظرًا لأننا نريد قياس مستوى الإشارة المنعكسة من الهوائي، فإننا نقوم بتوصيله بمدخل المقرنة والمولد بالخارج. وبالتالي فإن جزءًا من الإشارة المنعكسة من الهوائي سيصل إلى جهاز الاستقبال للقياس.
مخطط اتصال للصنبور. يتم إرسال الإشارة المنعكسة إلى جهاز الاستقبال
قياس الإعداد
دعنا نجمع التثبيت لقياس SWR وفقًا لمخطط الدائرة. عند إخراج المولد للجهاز ، نقوم أيضًا بتثبيت مخفف بتوهين قدره 15 ديسيبل. سيؤدي ذلك إلى تحسين مطابقة المقرن مع خرج المولد وزيادة دقة القياس. يمكن أخذ المخفف بتوهين قدره 5..15 ديسيبل. يتم أخذ قيمة التوهين في الاعتبار تلقائيًا أثناء المعايرة اللاحقة.
يخفف المخفف الإشارة بعدد ثابت من الديسيبل. السمة الرئيسية للمخفف هي معامل التوهين (التوهين) للإشارة ونطاق تردد التشغيل. عند الترددات خارج نطاق التشغيل ، قد تتغير خصائص المخفف بشكل غير متوقع.
وهذا ما يبدو عليه التثبيت النهائي. يجب أن تتذكر أيضًا توفير إشارة التردد المتوسط (IF) من وحدة OSA-6G إلى اللوحة الرئيسية للجهاز. للقيام بذلك، قم بتوصيل منفذ IF OUTPUT الموجود على اللوحة الرئيسية بمنفذ INPUT الموجود على وحدة OSA-6G.
لتقليل مستوى التداخل من مصدر الطاقة الخاص بالكمبيوتر المحمول، أقوم بإجراء جميع القياسات عندما يتم تشغيل الكمبيوتر المحمول بالبطارية.
معايرة
قبل البدء بالقياسات ، من الضروري التأكد من أن جميع مكونات الجهاز في حالة جيدة ومن جودة الكابلات ، لذلك نقوم بتوصيل المولد والمستقبل بكابل مباشرة وتشغيل المولد وقياس استجابة التردد. نحصل على رسم بياني مسطح تقريبًا عند 0 ديسيبل. وهذا يعني أنه على مدى النطاق الترددي بأكمله ، وصلت القدرة المشعة للمولد بالكامل إلى المستقبل.
توصيل المولد مباشرة بجهاز الاستقبال
دعونا نضيف المخفف إلى الدائرة. يمكنك أن ترى توهينًا متساويًا للإشارة يبلغ 15 ديسيبل على النطاق بأكمله.
توصيل المولد من خلال مخفف 15 ديسيبل بجهاز الاستقبال
قم بتوصيل المولد بموصل OUT الخاص بالمقرن ، وجهاز الاستقبال بـ CPL الخاص بالمقرن. نظرًا لعدم وجود حمل متصل بمنفذ IN ، يجب أن تنعكس كل الإشارة المولدة ، ويجب أن يتفرع جزء منها إلى جهاز الاستقبال. وفقًا لورقة البيانات الخاصة بالمقرن () ، تكون معلمة الاقتران ~ 15 ديسيبل، مما يعني أننا يجب أن نرى خطًا أفقيًا عند مستوى حوالي -30 ديسيبل (اقتران + توهين المخفف). ولكن بما أن نطاق تشغيل المقرنة يقتصر على 1 جيجا هرتز، فإن جميع القياسات فوق هذا التردد يمكن اعتبارها بلا معنى. وهذا واضح في الرسم البياني، فبعد 1 غيغاهرتز تكون القراءات فوضوية ولا معنى لها. لذلك، سنقوم بإجراء جميع القياسات الإضافية في نطاق تشغيل قارنة التوصيل.
اضغط على الاتصال دون تحميل. يمكن رؤية حدود نطاق التشغيل للقارنة.
نظرًا لأن بيانات القياس التي تزيد عن 1 جيجاهرتز ، في حالتنا ، لا معنى لها ، فسوف نحصر الحد الأقصى لتردد المولد على قيم التشغيل الخاصة بالمقرن. عند القياس ، نحصل على خط مستقيم.
تحديد نطاق المولد لنطاق تشغيل قارنة التوصيل
من أجل قياس SWR للهوائيات بصريًا ، نحتاج إلى المعايرة لأخذ معلمات الدائرة الحالية (انعكاس 100٪) كنقطة مرجعية ، أي صفر ديسيبل. للقيام بذلك ، يحتوي OSA103 Mini على وظيفة معايرة مضمنة. يتم إجراء المعايرة بدون هوائي متصل (تحميل) ، تتم كتابة بيانات المعايرة في ملف ثم يتم أخذها تلقائيًا في الاعتبار عند رسم الرسوم البيانية.
وظيفة معايرة استجابة التردد في برنامج OSA103 Mini
بتطبيق نتائج المعايرة وتشغيل القياسات بدون تحميل ، نحصل على رسم بياني مسطح عند 0 ديسيبل.
رسم بياني بعد المعايرة
نقيس الهوائيات
الآن يمكنك البدء في قياس الهوائيات. من خلال المعايرة ، سنرى ونقيس انخفاض الانعكاس بعد توصيل الهوائي.
هوائي من Aliexpress بسرعة 433 ميجا هرتز
الهوائي ملحوظ 443 ميجا هرتز. يمكن ملاحظة أن الهوائي يعمل بكفاءة أكبر على النطاق 446 ميجاهرتز ، في هذا التردد يكون SWR 1.16. في الوقت نفسه ، عند التردد المعلن ، يكون الأداء أسوأ بشكل ملحوظ ، عند 433 ميجا هرتز SWR 4,2.
هوائي غير معروف 1
هوائي بدون علامات. إذا حكمنا من خلال الرسم البياني، فهو مصمم لـ 800 ميجا هرتز، ويفترض أن يكون لنطاق GSM. لكي نكون منصفين، يعمل هذا الهوائي أيضًا بتردد 1800 ميجاهرتز، ولكن نظرًا للقيود المفروضة على المقرنة، لا يمكنني إجراء قياسات صحيحة على هذه الترددات.
هوائي غير معروف 2
هوائي آخر موجود في الصناديق الخاصة بي لفترة طويلة. على ما يبدو ، أيضًا لشريط GSM ، ولكنه أفضل من السابق. عند تردد 764 ميجاهرتز ، فإن SWR قريبة من الوحدة ، عند 900 ميجاهرتز ، SWR هي 1.4.
هوائي غير معروف 3
يبدو وكأنه هوائي Wi-Fi ، ولكن لسبب ما يكون الموصل هو SMA-Male وليس RP-SMA ، مثل جميع هوائيات Wi-Fi. إذا حكمنا من خلال القياسات ، عند ترددات تصل إلى 1 ميجاهرتز ، فإن هذا الهوائي عديم الفائدة. مرة أخرى ، نظرًا لقيود قارنة التوصيل ، لن نعرف نوع الهوائي.
هوائي تلسكوبي
دعنا نحاول حساب المقدار الذي تحتاجه لتمديد الهوائي التلسكوبي لنطاق 433 ميجاهرتز. معادلة حساب الطول الموجي: λ = C / f ، حيث C هي سرعة الضوء ، و f التردد.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
الطول الموجي الكامل - 69,24 سم
نصف الطول الموجي - 34,62 سم
ربع الطول الموجي - 17,31 سم
تبين أن الهوائي المحسوب بهذه الطريقة عديم الفائدة على الإطلاق. عند تردد 433 ميجاهرتز ، تكون قيمة SWR هي 11.
من خلال تمديد الهوائي تجريبيًا ، تمكنت من تحقيق حد أدنى من SWR يبلغ 2.8 مع طول هوائي يبلغ حوالي 50 سم ، واتضح أن سمك المقاطع له أهمية كبيرة. أي أنه عندما يتم تمديد المقاطع الطرفية الرفيعة فقط ، كانت النتيجة أفضل مما لو تم تمديد المقاطع السميكة فقط بنفس الطول. لا أعرف إلى أي مدى ينبغي للمرء أن يعتمد على هذه الحسابات مع طول الهوائي التلسكوبي ، لأنها في الواقع لا تعمل. ربما مع هوائيات أو ترددات أخرى تعمل بشكل مختلف ، لا أعرف.
قطعة من الأسلاك في 433 ميجا هرتز
غالبًا في الأجهزة المختلفة ، مثل مفاتيح الراديو ، يمكنك رؤية قطعة من السلك المستقيم كهوائي. لقد قطعت قطعة من السلك تساوي ربع طول الموجة 433 ميجاهرتز (17,3 سم) وعلبت النهاية بحيث تتلاءم بإحكام مع موصل SMA Female.
وكانت النتيجة غريبة: مثل هذا السلك يعمل بشكل جيد عند 360 ميجاهرتز ولكنه عديم الفائدة عند 433 ميجاهرتز.
بدأت في قطع السلك من النهاية قطعة قطعة وإلقاء نظرة على القراءات. بدأ الانخفاض على الرسم البياني في التحول ببطء إلى اليمين ، نحو 433 ميجا هرتز. نتيجة لذلك ، تمكنت من الحصول على أقل قيمة SWR تبلغ 15,5 عند تردد 1.8 ميجاهرتز على طول سلك يبلغ حوالي 438 سم. أدى المزيد من تقصير الكابل إلى زيادة SWR.
اختتام
نظرًا للقيود المفروضة على المقرنة، لم يكن من الممكن قياس الهوائيات في النطاقات التي تزيد عن 1 جيجا هرتز، مثل هوائيات Wi-Fi. كان من الممكن أن يتم ذلك لو كان لدي قارنة توصيل ذات نطاق ترددي أعلى.
تعتبر قارنة التوصيل وكابلات التوصيل والجهاز وحتى الكمبيوتر المحمول جزءًا من نظام الهوائي الناتج. تؤثر هندستها وموقعها في الفضاء والأشياء المحيطة على نتيجة القياس. بعد الضبط على محطة راديو حقيقية أو مودم ، قد يتغير التردد بسبب. جسم محطة الراديو والمودم وجسم المشغل سيصبح جزءًا من الهوائي.
OSA103 Mini هو جهاز متعدد الوظائف رائع جدًا. أعرب عن امتناني لمطورها للحصول على المشورة أثناء القياسات.
المصدر: www.habr.com