За какъв обхват е тази антена?
Не знам, проверете.
- КАКВО?!?!
Как да определите каква антена имате в ръцете си, ако няма маркировка върху нея? Как да разберем коя антена е по-добра или по-лоша? Този проблем ме измъчва от доста време.
Статията описва с прости думи метод за измерване на характеристиките на антените и метод за определяне на честотния обхват на антената.
За опитни радиоинженери тази информация може да изглежда банална и техниката на измерване може да не е достатъчно точна. Статията е предназначена за тези, които изобщо не разбират нищо от радиоелектрониката, като мен.
TL; DR Ще измерим КСВ на антени при различни честоти с помощта на инструмента OSA 103 Mini и насочен съединител, начертайте КСВ спрямо честотата.
теория
Когато предавател изпраща сигнал към антена, част от енергията се излъчва във въздуха, а част се отразява и връща обратно. Съотношението между излъчената и отразената енергия се характеризира с коефициента на стояща вълна (КСВ или КСВ). Колкото по-нисък е SWR, толкова по-голяма част от енергията на предавателя се излъчва като радиовълни. При КСВ = 1 няма отражение (цялата енергия се излъчва). SWR на истинска антена винаги е по-голям от 1.
Ако изпратите сигнал с различни честоти към антената и едновременно с това измерите SWR, можете да разберете при каква честота отражението ще бъде минимално. Това ще бъде работният обхват на антената. Можете също така да сравните различни антени за един и същ обхват една с друга и да намерите коя е по-добра.
Част от сигнала на предавателя се отразява от антената
Една антена, предназначена за определена честота, на теория трябва да има най-нисък КСВ при работните си честоти. Това означава, че е достатъчно да се излъчи в антената на различни честоти и да се намери при коя честота отражението е най-малко, тоест максималното количество енергия, което е отлетяло под формата на радиовълни.
Като можем да генерираме сигнал на различни честоти и да измерваме отражението, можем да начертаем честотата по оста x и коефициента на отражение на сигнала по оста y. В резултат на това там, където има спад на графиката (т.е. най-малкото отражение на сигнала), ще има работен обхват на антената.
Въображаем график на отражение срещу честота. Отражението е 100% в целия диапазон, с изключение на работната честота на антената.
Устройство Osa103 Mini
За измервания ще използваме . Това е универсален измервателен уред, който интегрира осцилоскоп, генератор на сигнали, спектрален анализатор, измервател на честотна характеристика/фазова характеристика, анализатор на векторна антена, LC метър и дори SDR трансивър. Работният диапазон OSA103 Mini е ограничен до 100 MHz, модулът OSA-6G разширява честотния диапазон в режим на честотна характеристика до 6 GHz. Родната програма с всички функции тежи 3 MB, работи под Windows и през wine в Linux.
Osa103 Mini е универсален измервателен уред за радиолюбители и инженери
Насочен съединител
Насочен съединител е устройство, което отклонява малка част от RF сигнал, пътуващ в определена посока. В нашия случай той трябва да разклони част от отразения сигнал (идва от антената обратно към генератора), за да го измери.
Визуално обяснение на работата на насочен съединител:
Основните характеристики на насочения съединител:
- Работни честоти - честотният диапазон, при който основните показатели не надхвърлят нормата. Моят съединител е предназначен за честоти от 1 до 1000 MHz
- Разклонение (съединител) - каква част от сигнала (в децибели) ще бъде отклонена, когато вълната е насочена от IN към OUT
- Насоченост - колко по-малко сигнал ще бъде пренасочен, когато сигналът се движи в обратна посока от OUT към IN
На пръв поглед това изглежда доста объркващо. За по-голяма яснота нека си представим чешмата като водопроводна тръба с малък изход вътре. Отклонението е направено по такъв начин, че когато водата се движи в посока напред (от IN към OUT), значителна част от водата се отклонява. Количеството вода, което се отклонява в тази посока, се определя от параметъра на съединителя в листа с данни на съединителя.
Когато водата се движи в обратна посока, се отделя много по-малко вода. Трябва да се приема като страничен ефект. Количеството вода, което се отстранява по време на това движение, се определя от параметъра Directivity в листа с данни. Колкото по-малък е този параметър (колкото по-голяма е стойността на dB), толкова по-добре за нашата задача.
Схема на верига
Тъй като искаме да измерим нивото на сигнала, отразен от антената, свързваме я към IN на съединителя, а генератора към OUT. Така част от сигнала, отразен от антената, ще стигне до приемника за измерване.
Схема на свързване на кран. Отразеният сигнал се изпраща към приемника
Настройка за измерване
Нека сглобим инсталацията за измерване на КСВ в съответствие с електрическата схема. На изхода на генератора на устройството допълнително монтираме атенюатор със затихване 15 dB. Това ще подобри съвпадението на съединителя с изхода на генератора и ще увеличи точността на измерването. Атенюаторът може да се вземе със затихване от 5..15 dB. Стойността на затихване се взема автоматично предвид по време на последващото калибриране.
Атенюаторът отслабва сигнала с фиксиран брой децибели. Основната характеристика на атенюатора е коефициентът на затихване (затихване) на сигнала и работният честотен диапазон. При честоти извън работния диапазон характеристиките на атенюатора могат да се променят непредсказуемо.
Ето как изглежда окончателната настройка. Също така трябва да запомните да подадете сигнал с междинна честота (IF) от модула OSA-6G към основната платка на устройството. За да направите това, свързваме порта IF OUTPUT на основната платка с INPUT на модула OSA-6G.
За да намаля нивото на смущения от импулсното захранване на лаптопа, извършвам всички измервания, когато лаптопът се захранва от батерията.
калибровка
Преди да започнете измерванията, е необходимо да се уверите, че всички компоненти на устройството са в добро състояние и качеството на кабелите, за това свързваме генератора и приемника директно с кабел, включваме генератора и измерваме честотната характеристика. Получаваме почти плоска графика при 0dB. Това означава, че в целия честотен диапазон цялата излъчена мощност на генератора достига до приемника.
Свързване на генератора директно към приемника
Нека добавим атенюатор към веригата. Можете да видите почти равномерно затихване на сигнала от 15 dB в целия диапазон.
Свързване на генератора чрез 15dB атенюатор към приемника
Свържете генератора към OUT конектора на съединителя, а приемника към CPL на съединителя. Тъй като към IN порта няма свързан товар, целият генериран сигнал трябва да бъде отразен и част от него трябва да бъде разклонена към приемника. Според листа с данни за нашия съединител (), параметърът за свързване е ~15db, което означава, че трябва да видим хоризонтална линия при около -30 dB (свързване + затихване на атенюатора). Но тъй като работният диапазон на съединителя е ограничен до 1 GHz, всички измервания над тази честота могат да се считат за безсмислени. Това се вижда ясно на графиката, след 1 GHz показанията са хаотични и нямат смисъл. Следователно ние ще извършим всички допълнителни измервания в работния диапазон на съединителя.
Докоснете връзка без натоварване. Лимитът на работния диапазон на съединителя е видим.
Тъй като данните от измерванията над 1 GHz в нашия случай нямат смисъл, ще ограничим максималната честота на генератора до работните стойности на съединителя. При измерване получаваме права линия.
Ограничаване на обхвата на генератора до работния обхват на съединителя
За да измерим визуално КСВ на антените, трябва да калибрираме, за да вземем текущите параметри на веригата (100% отражение) като референтна точка, тоест нула dB. За целта OSA103 Mini има вградена функция за калибриране. Калибрирането се извършва без свързана антена (товар), данните за калибриране се записват във файл и след това автоматично се вземат предвид при изчертаване на графики.
Функция за калибриране на честотната характеристика в софтуера OSA103 Mini
Прилагайки резултатите от калибрирането и извършвайки измерванията без натоварване, получаваме плоска графика при 0dB.
Графика след калибриране
Измерваме антени
Сега можете да започнете да измервате антените. Чрез калибриране ще видим и измерим намаляването на отражението след свързване на антената.
Антена от Aliexpress на 433MHz
Антена с маркировка 443MHz. Вижда се, че антената работи най-ефективно на обхват 446MHz, при тази честота КСВ е 1.16. В същото време, при декларираната честота, производителността е значително по-лоша, при 433MHz SWR 4,2.
Непозната антена 1
Антената без забележки. Съдейки по графика, той е проектиран за 800 MHz, вероятно за GSM обхвата. Честно казано, тази антена също работи на 1800 MHz, но поради ограничения на съединителя не мога да направя правилни измервания на тези честоти.
Непозната антена 2
Друга антена, която лежи в кутиите ми от дълго време. Явно и за GSM обхвата, но по-добър от предишния. При честота от 764 MHz КСВ е близо до единица, при 900 MHz КСВ е 1.4.
Непозната антена 3
Изглежда като Wi-Fi антена, но по някаква причина конекторът е SMA-Male, а не RP-SMA, както всички Wi-Fi антени. Съдейки по измерванията, при честоти до 1 MHz тази антена е безполезна. Отново, поради ограниченията на съединителя, няма да знаем какъв вид антена е.
Телескопична антена
Нека се опитаме да изчислим колко трябва да разширите телескопичната антена за честотната лента 433MHz. Формулата за изчисляване на дължината на вълната: λ = C/f, където C е скоростта на светлината, f е честотата.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
пълна дължина на вълната - 69,24 см
половин дължина на вълната - 34,62 см
четвърт дължина на вълната - 17,31 см
Така изчислената антена се оказа абсолютно безполезна. При честота от 433MHz стойността на SWR е 11.
Чрез експериментално удължаване на антената успях да постигна минимален КСВ от 2.8 при дължина на антената около 50 см. Оказа се, че дебелината на секциите е от голямо значение. Тоест, когато са удължени само тънки крайни секции, резултатът е по-добър, отколкото когато само дебели секции са удължени до същата дължина. Не знам колко повече трябва да се разчита на тези изчисления с дължината на телескопичната антена, защото на практика не работят. Може би с други антени или честоти работи по различен начин, не знам.
Парче тел на 433MHz
Често в различни устройства, като радиопревключватели, можете да видите парче прав проводник като антена. Отрязах парче от 433 MHz (17,3 см) проводник с четвърт дължина на вълната и калайдисах края, така че да пасне плътно в женския конектор SMA.
Резултатът се оказа странен: такъв проводник работи добре при 360 MHz, но е безполезен при 433 MHz.
Започнах да режа проводника от края парче по парче и да гледам показанията. Спадът на графиката започна бавно да се измества надясно, към 433 MHz. В резултат на това при дължина на проводника от около 15,5 cm успях да получа най-ниската стойност на SWR от 1.8 при честота 438 MHz. По-нататъшното скъсяване на кабела доведе до увеличаване на КСВ.
Заключение
Поради ограниченията на съединителя не беше възможно да се измерват антени в обхвати над 1 GHz, като например Wi-Fi антени. Това можеше да стане, ако имах по-широк съединител.
Съединител, свързващи кабели, устройство и дори лаптоп са части от получената антенна система. Тяхната геометрия, позиция в пространството и околните обекти влияят върху резултата от измерването. След настройка на истинска радиостанция или модем честотата може да се промени, т.к. тялото на радиостанцията, модема, тялото на оператора ще стане част от антената.
OSA103 Mini е много яко мултифункционално устройство. Изразявам своята благодарност на неговия разработчик за съвети по време на измерванията.
Източник: www.habr.com