Za koji opseg je ova antena?
Ne znam, provjeri.
- ŠTA?!?!
Kako odrediti kakvu antenu imate u rukama ako na njoj nema oznake? Kako razumjeti koja je antena bolja ili lošija? Ovaj problem me muči već duže vrijeme.
U članku se jednostavnim riječima opisuje metoda za mjerenje karakteristika antene i metoda za određivanje frekvencijskog opsega antene.
Za iskusne radio inženjere ove informacije mogu izgledati banalne, a tehnika mjerenja možda neće biti dovoljno točna. Članak je namijenjen onima koji ne razumiju ništa u radio elektronici, poput mene.
TL; DR Mi ćemo mjeriti SWR antena na različitim frekvencijama koristeći OSA 103 Mini instrument i usmjereni sprežnik, prikazati SWR u odnosu na frekvenciju.
Teorija
Kada predajnik pošalje signal anteni, dio energije se zrači u zrak, a dio se reflektira i vraća nazad. Odnos između zračenja i reflektovane energije karakteriše odnos stojećeg talasa (SWR ili SWR). Što je SWR niži, to se više energije predajnika emituje kao radio talasi. Kod SWR = 1 nema refleksije (sva energija se zrači). SWR prave antene je uvijek veći od 1.
Ako na antenu pošaljete signal različitih frekvencija i istovremeno izmjerite SWR, možete pronaći na kojoj će frekvenciji refleksija biti minimalna. Ovo će biti radni domet antene. Također možete međusobno uporediti različite antene za isti domet i pronaći koja je bolja.
Dio signala predajnika reflektuje se od antene
Antena ocijenjena za određenu frekvenciju bi, u teoriji, trebala imati najniži SWR na svojim radnim frekvencijama. To znači da je dovoljno zračiti u antenu na različitim frekvencijama i pronaći na kojoj frekvenciji je odraz najmanji, odnosno maksimalnu količinu energije koja je odletjela u obliku radio valova.
Budući da smo u mogućnosti generirati signal na različitim frekvencijama i izmjeriti refleksiju, možemo nacrtati x-osu sa frekvencijom i y-os sa refleksijom signala. Kao rezultat, tamo gdje postoji pad na grafu (tj. najmanja refleksija signala), postojat će radni raspon antene.
Imaginarni prikaz refleksije u odnosu na frekvenciju. Refleksija je 100% u cijelom opsegu, osim radne frekvencije antene.
Uređaj Osa103 Mini
Za mjerenja ćemo koristiti . To je svestrani mjerni instrument koji integrira osciloskop, generator signala, analizator spektra, mjerač frekvencijskog/faznog odziva, vektorski antenski analizator, LC metar, pa čak i SDR primopredajnik. Radni opseg OSA103 Mini je ograničen na 100 MHz, modul OSA-6G proširuje opseg frekvencija u režimu frekventnog odziva do 6 GHz. Izvorni program sa svim funkcijama težak je 3 MB, radi pod Windowsom i kroz wine u Linuxu.
Osa103 Mini je univerzalni mjerni uređaj za radio amatere i inženjere
Usmjerena spojnica
Usmjereni spojnik je uređaj koji skreće mali dio RF signala koji putuje u određenom smjeru. U našem slučaju, on mora odvojiti dio reflektiranog signala (koji dolazi od antene nazad do generatora) da bi ga izmjerio.
Vizuelno objašnjenje rada usmjerenog spojnika:
Glavne karakteristike usmjerene spojnice:
- Radne frekvencije - frekvencijski raspon u kojem glavni indikatori ne prelaze normu. Moj spojnik je dizajniran za frekvencije od 1 do 1000 MHz
- grana (spojnica) - koji će dio signala (u decibelima) biti preusmjeren kada je val usmjeren od IN ka OUT
- Usmjerenost - koliko će manje signala biti preusmjereno kada se signal kreće u suprotnom smjeru od OUT ka IN
Na prvi pogled ovo izgleda prilično zbunjujuće. Radi jasnoće, zamislimo slavinu kao cijev za vodu, s malim izlazom unutra. Preusmjeravanje se vrši na način da kada se voda kreće u smjeru naprijed (od IN ka OUT), značajan dio vode se preusmjerava. Količina vode koja se preusmjerava u ovom smjeru određena je parametrom spajanja u podatkovnoj tablici spojnice.
Kada se voda kreće u suprotnom smjeru, ispušta se mnogo manje vode. Treba ga shvatiti kao nuspojavu. Količina vode koja se uklanja tokom ovog kretanja određena je parametrom usmjerenosti u podatkovnoj tablici. Što je ovaj parametar manji (što je veća vrijednost dB), to bolje za naš zadatak.
Shematski dijagram
Pošto želimo da izmerimo nivo signala reflektovanog od antene, povezujemo ga na IN sprežnika, a generator na OUT. Tako će dio signala reflektiranog od antene doći do prijemnika radi mjerenja.
Tapni dijagram povezivanja. Reflektirani signal se šalje prijemniku
Postavka mjerenja
Sklopimo instalaciju za mjerenje SWR-a u skladu sa dijagramom strujnog kola. Na izlaz generatora uređaja dodatno ugrađujemo atenuator sa prigušenjem od 15 dB. Ovo će poboljšati usklađivanje spojnice sa izlazom generatora i povećati tačnost mjerenja. Atenuator se može uzeti sa prigušenjem od 5..15 dB. Vrijednost prigušenja se automatski uzima u obzir prilikom naknadne kalibracije.
Atenuator prigušuje signal za fiksni broj decibela. Glavna karakteristika atenuatora je koeficijent slabljenja (slabljenja) signala i radni frekvencijski opseg. Na frekvencijama izvan radnog raspona, karakteristike atenuatora mogu se nepredvidivo promijeniti.
Ovako izgleda konačna postavka. Također morate zapamtiti da primijenite signal srednje frekvencije (IF) sa OSA-6G modula na glavnu ploču uređaja. Da bismo to učinili, povezujemo IF OUTPUT port na glavnoj ploči sa INPUT na OSA-6G modulu.
Da bih smanjio nivo smetnji od prekidačkog napajanja laptopa, vršim sva merenja kada se laptop napaja iz baterije.
Kalibracija
Prije početka mjerenja potrebno je uvjeriti se da su sve komponente uređaja u dobrom stanju i kvalitetu kablova, za to direktno povezujemo generator i prijemnik kablom, uključujemo generator i mjerimo frekvencijski odziv. Dobijamo skoro ravan grafikon na 0dB. To znači da je u cijelom frekventnom opsegu cjelokupna izračena snaga generatora stigla do prijemnika.
Povezivanje generatora direktno na prijemnik
Dodajmo atenuator u kolo. Možete vidjeti gotovo ravnomjerno slabljenje signala od 15 dB u cijelom rasponu.
Povezivanje generatora preko 15dB atenuatora na prijemnik
Spojite generator na OUT konektor spojnice, a prijemnik na CPL spojnice. Budući da na IN port nije priključeno opterećenje, sav generirani signal mora se reflektirati, a dio se mora odvojiti do prijemnika. Prema podacima za naš spojnik (), parametar spajanja je ~15db, što znači da bismo trebali vidjeti horizontalnu liniju na oko -30 dB (spoj + slabljenje atenuatora). Ali budući da je radni opseg sprežnika ograničen na 1 GHz, sva mjerenja iznad ove frekvencije mogu se smatrati besmislenim. Ovo je jasno vidljivo na grafikonu, nakon 1 GHz očitavanja su haotična i nemaju smisla. Stoga ćemo sva dalja mjerenja izvršiti u radnom opsegu spojnice.
Priključak na slavinu bez opterećenja. Granica radnog opsega spojnice je vidljiva.
Budući da mjerni podaci iznad 1 GHz, u našem slučaju, nemaju smisla, ograničit ćemo maksimalnu frekvenciju generatora na radne vrijednosti spojnice. Prilikom mjerenja dobijamo pravu liniju.
Ograničavanje opsega generatora na radni opseg spojnice
Da bismo vizuelno izmjerili SWR antena, potrebno je kalibrirati da uzmemo trenutne parametre kola (100% refleksije) kao referentnu tačku, odnosno nula dB. Da biste to učinili, OSA103 Mini ima ugrađenu funkciju kalibracije. Kalibracija se izvodi bez priključene antene (opterećenja), podaci o kalibraciji se upisuju u datoteku i zatim se automatski uzimaju u obzir prilikom crtanja grafikona.
Funkcija kalibracije frekvencijskog odziva u softveru OSA103 Mini
Primjenom rezultata kalibracije i izvođenjem mjerenja bez opterećenja, dobijamo ravan grafikon na 0dB.
Grafikon nakon kalibracije
Merimo antene
Sada možete početi s mjerenjem antena. Kroz kalibraciju ćemo vidjeti i izmjeriti smanjenje refleksije nakon povezivanja antene.
Antena sa Aliexpressa na 433MHz
Antena označena 443MHz. Vidi se da antena najefikasnije radi na opsegu od 446MHz, na ovoj frekvenciji SWR je 1.16. Istovremeno, na deklariranoj frekvenciji performanse su znatno lošije, na 433MHz SWR 4,2.
Nepoznata antena 1
Antena bez oznaka. Sudeći po rasporedu, dizajniran je za 800 MHz, vjerovatno za GSM opseg. Iskreno rečeno, ova antena također radi na 1800 MHz, ali zbog ograničenja spojnice ne mogu napraviti ispravna mjerenja na ovim frekvencijama.
Nepoznata antena 2
Još jedna antena koja već dugo leži u mojim kutijama. Navodno i za GSM opseg, ali bolje od prethodnog. Na frekvenciji od 764 MHz, SWR je blizu jedinice, na 900 MHz SWR je 1.4.
Nepoznata antena 3
Izgleda kao Wi-Fi antena, ali iz nekog razloga konektor je SMA-muški, a ne RP-SMA, kao sve Wi-Fi antene. Sudeći po mjerenjima, na frekvencijama do 1 MHz ova antena je beskorisna. Opet, zbog ograničenja spojnice, nećemo znati o kakvoj se anteni radi.
Teleskopska antena
Pokušajmo izračunati koliko vam je potrebno da proširite teleskopsku antenu za opseg od 433MHz. Formula za izračunavanje talasne dužine: λ = C/f, gde je C brzina svetlosti, f je frekvencija.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
puna talasna dužina - 69,24 cm
pola talasne dužine - 34,62 cm
četvrtina talasne dužine - 17,31 cm
Ovako izračunata antena pokazala se apsolutno beskorisnom. Na frekvenciji od 433MHz, SWR vrijednost je 11.
Eksperimentalnim produžavanjem antene uspeo sam da postignem minimalni SWR od 2.8 sa dužinom antene od oko 50 cm.Ispostavilo se da je debljina sekcija od velikog značaja. Odnosno, kada su samo tanki krajnji delovi produženi, rezultat je bio bolji nego kada su samo debeli delovi produženi na istu dužinu. Ne znam dokle se treba oslanjati na ove proračune sa dužinom teleskopske antene, jer u praksi ne funkcionišu. Možda sa drugim antenama ili frekvencijama radi drugačije, ne znam.
Komad žice na 433MHz
Često u raznim uređajima, kao što su radio prekidači, možete vidjeti komad ravne žice kao antenu. Odsjekao sam komad žice četvrtine talasne dužine od 433 MHz (17,3 cm) i kalajisao kraj tako da dobro stane u SMA ženski konektor.
Rezultat se pokazao čudnim: takva žica dobro radi na 360 MHz, ali je beskorisna na 433 MHz.
Počeo sam rezati žicu s kraja dio po dio i gledati očitanja. Pad na grafikonu počeo je polako da se pomera udesno, prema 433 MHz. Kao rezultat toga, na žici dužine oko 15,5 cm uspio sam dobiti najnižu vrijednost SWR-a od 1.8 na frekvenciji od 438 MHz. Dalje skraćivanje kabla dovelo je do povećanja SWR-a.
zaključak
Zbog ograničenja spojnice, nije bilo moguće mjeriti antene na opsezima iznad 1 GHz, kao što su Wi-Fi antene. Ovo bi se moglo uraditi da imam širu spojnicu.
Spojnica, kablovi za povezivanje, uređaj, pa čak i laptop su delovi rezultirajućeg antenskog sistema. Njihova geometrija, položaj u prostoru i okolni objekti utiču na rezultat mjerenja. Nakon podešavanja na pravu radio stanicu ili modem, frekvencija se može pomjeriti, jer. tijelo radio stanice, modem, tijelo operatera će postati dio antene.
OSA103 Mini je vrlo cool multifunkcionalni uređaj. Izražavam svoju zahvalnost njegovom developeru za savjete tokom mjerenja.
izvor: www.habr.com