Per a quina banda és aquesta antena?
No ho sé, comproveu.
- QUÈ?!?!
Com determinar quin tipus d'antena tens a les mans si no hi ha cap marca? Com entendre quina antena és millor o pitjor? Aquest problema m'ha afectat durant molt de temps.
L'article descriu en termes senzills un mètode per mesurar les característiques de les antenes i un mètode per determinar el rang de freqüències d'una antena.
Per als enginyers de ràdio experimentats, aquesta informació pot semblar banal i la tècnica de mesura pot no ser prou precisa. L'article està pensat per a aquells que no entenen res de radioelectrònica, com jo.
TL; DR Mesurarem el SWR de les antenes a diverses freqüències mitjançant l'instrument OSA 103 Mini i un acoblador direccional, traçarem el SWR en funció de la freqüència.
Теория
Quan un transmissor envia un senyal a una antena, una part de l'energia s'irradia a l'aire i una part es reflecteix i retorna. La relació entre l'energia radiada i la reflectida es caracteritza per la relació d'ones estacionàries (SWR o SWR). Com més baix sigui el SWR, més energia del transmissor s'irradia com a ones de ràdio. A SWR = 1 no hi ha reflexió (tota l'energia s'irradia). El SWR d'una antena real sempre és superior a 1.
Si envieu un senyal de diferents freqüències a l'antena i mesureu simultàniament el SWR, podeu trobar a quina freqüència la reflexió serà mínima. Aquest serà el rang de funcionament de l'antena. També podeu comparar diferents antenes del mateix rang entre elles i trobar quina és la millor.
Part del senyal del transmissor es reflecteix per l'antena
Una antena classificada per a una determinada freqüència hauria de tenir, en teoria, el SWR més baix a les seves freqüències de funcionament. Això vol dir que n'hi ha prou amb irradiar a l'antena a diferents freqüències i trobar a quina freqüència la reflexió és la més petita, és a dir, la màxima quantitat d'energia que s'ha volat en forma d'ones de ràdio.
En poder generar un senyal a diferents freqüències i mesurar la reflexió, podem traçar l'eix x amb la freqüència i l'eix y amb la reflectància del senyal. Com a resultat, quan hi hagi una caiguda al gràfic (és a dir, la reflexió del senyal més petita), hi haurà un rang de funcionament de l'antena.
Una trama imaginària de reflexió versus freqüència. La reflexió és del 100% en tot el rang, excepte la freqüència de funcionament de l'antena.
Dispositiu Osa103 Mini
Per a les mesures utilitzarem . És un instrument versàtil que integra un oscil·loscopi, un generador de senyals, un analitzador d'espectre, un mesurador de resposta de freqüència/resposta de fase, un analitzador d'antena vectorial, un mesurador LC i fins i tot un transceptor SDR. El rang de funcionament OSA103 Mini està limitat a 100 MHz, el mòdul OSA-6G amplia el rang de freqüència en el mode de resposta de freqüència fins a 6 GHz. El programa natiu amb totes les funcions pesa 3 MB, funciona a Windows i a través de wine a Linux.
Osa103 Mini és un dispositiu de mesura universal per a radioaficionats i enginyers
Acoblador direccional
Un acoblador direccional és un dispositiu que desvia una petita part d'un senyal de RF que viatja en una direcció determinada. En el nostre cas, ha de ramificar part del senyal reflectit (procedent de l'antena de nou al generador) per mesurar-lo.
Explicació visual del funcionament d'un acoblador direccional:
Les principals característiques de l'acoblador direccional:
- Freqüències de funcionament - el rang de freqüència en què els principals indicadors no van més enllà de la norma. El meu acoblador està dissenyat per a freqüències d'1 a 1000 MHz
- Branca (acoblament) - quina part del senyal (en decibels) es desviarà quan l'ona es dirigeixi de IN a OUT
- Directivitat - quant menys senyal es desviarà quan el senyal es mogui en sentit contrari de OUT a IN
A primera vista, això sembla bastant confús. Per a més claredat, imaginem l'aixeta com una canonada d'aigua, amb una petita sortida a l'interior. El desviament es fa de manera que quan l'aigua es desplaça cap endavant (d'ENTRADA a SORTIDA), una part important de l'aigua es desvia. La quantitat d'aigua que es desvia en aquesta direcció ve determinada pel paràmetre d'acoblament del full de dades de l'acoblador.
Quan l'aigua es mou en sentit contrari, es descarrega molta menys aigua. S'ha de prendre com un efecte secundari. La quantitat d'aigua que s'elimina durant aquest moviment ve determinada pel paràmetre Directivitat del full de dades. Com més petit sigui aquest paràmetre (com més gran sigui el valor dB), millor serà la nostra tasca.
Diagrama esquemàtic
Com que volem mesurar el nivell del senyal reflectit des de l'antena, el connectem a l'entrada de l'acoblador i el generador a la sortida. Així, una part del senyal reflectit per l'antena arribarà al receptor per a la seva mesura.
Toqueu el diagrama de connexió. El senyal reflectit s'envia al receptor
Configuració de mesura
Muntem la instal·lació per mesurar SWR d'acord amb l'esquema del circuit. A la sortida del generador del dispositiu, instal·lem addicionalment un atenuador amb una atenuació de 15 dB. Això millorarà la concordança de l'acoblador amb la sortida del generador i augmentarà la precisió de la mesura. L'atenuador es pot prendre amb una atenuació de 5..15 dB. El valor d'atenuació es té en compte automàticament durant la calibració posterior.
L'atenuador atenua el senyal en un nombre fix de decibels. La característica principal de l'atenuador és el coeficient d'atenuació (atenuació) del senyal i el rang de freqüències de funcionament. A freqüències fora del rang de funcionament, les característiques de l'atenuador poden canviar de manera imprevisible.
Així és com es veu la configuració final. També heu de recordar aplicar un senyal de freqüència intermèdia (IF) del mòdul OSA-6G a la placa principal del dispositiu. Per fer-ho, connectem el port IF OUTPUT de la placa principal amb INPUT del mòdul OSA-6G.
Per reduir el nivell d'interferència de la font d'alimentació de commutació de l'ordinador portàtil, faig totes les mesures quan l'ordinador portàtil s'alimenta des de la bateria.
Calibratge
Abans de començar les mesures, cal assegurar-nos que tots els components del dispositiu estan en bon estat i la qualitat dels cables, per això connectem directament el generador i el receptor amb un cable, encenem el generador i mesurem la resposta en freqüència. Obtenim un gràfic gairebé pla a 0 dB. Això significa que en tot el rang de freqüències, tota la potència radiada del generador va arribar al receptor.
Connectant el generador directament al receptor
Afegim un atenuador al circuit. Podeu veure una atenuació del senyal gairebé uniforme de 15 dB en tot el rang.
Connexió del generador mitjançant un atenuador de 15 dB al receptor
Connecteu el generador al connector OUT de l'acoblador i el receptor al CPL de l'acoblador. Com que no hi ha cap càrrega connectada al port IN, tot el senyal generat s'ha de reflectir i una part s'ha de connectar al receptor. Segons el full de dades del nostre acoblador (), el paràmetre d'acoblament és ~ 15 dB, el que significa que hauríem de veure una línia horitzontal a uns -30 dB (acoblament + atenuació de l'atenuador). Però com que el rang de funcionament de l'acoblador està limitat a 1 GHz, totes les mesures per sobre d'aquesta freqüència es poden considerar sense sentit. Això és clarament visible al gràfic, després d'1 GHz les lectures són caòtiques i no tenen sentit. Per tant, realitzarem totes les mesures posteriors en el rang de funcionament de l'acoblador.
Toqueu connexió sense càrrega. El límit del rang de funcionament de l'acoblador és visible.
Com que les dades de mesura per sobre d'1 GHz, en el nostre cas, no tenen sentit, limitarem la freqüència màxima del generador als valors de funcionament de l'acoblador. Quan mesurem, obtenim una línia recta.
Limitació del rang del generador al rang de funcionament de l'acoblador
Per mesurar visualment el SWR de les antenes, hem de calibrar per prendre els paràmetres actuals del circuit (reflexió del 100%) com a punt de referència, és a dir, zero dB. Per fer-ho, OSA103 Mini té una funció de calibratge integrada. La calibració es realitza sense una antena connectada (càrrega), les dades de calibratge s'escriuen en un fitxer i després es tenen en compte automàticament a l'hora de dibuixar gràfics.
Funció de calibratge de resposta en freqüència al programari OSA103 Mini
Aplicant els resultats de la calibració i executant les mesures sense càrrega, obtenim un gràfic pla a 0 dB.
Gràfic després del calibratge
Mesurem les antenes
Ara podeu començar a mesurar les antenes. Mitjançant el calibratge, veurem i mesurarem la reducció de la reflexió després de connectar l'antena.
Antena d'Aliexpress a 433MHz
Antena marcada 443MHz. Es pot veure que l'antena funciona de manera més eficient a la banda de 446MHz, a aquesta freqüència el SWR és d'1.16. Al mateix temps, a la freqüència declarada, el rendiment és significativament pitjor, a 433MHz SWR 4,2.
Antena desconeguda 1
Antena sense marcar. A jutjar per la programació, està dissenyat per a 800 MHz, presumiblement per a la banda GSM. Per ser justos, aquesta antena també funciona a 1800 MHz, però a causa de les limitacions de l'acoblador, no puc fer mesures correctes a aquestes freqüències.
Antena desconeguda 2
Una altra antena que fa molt de temps que es troba a les meves caixes. Pel que sembla, també per a la banda GSM, però millor que l'anterior. A una freqüència de 764 MHz, el SWR és proper a la unitat, a 900 MHz, el SWR és 1.4.
Antena desconeguda 3
Sembla una antena Wi-Fi, però per alguna raó el connector és SMA-Male, i no RP-SMA, com totes les antenes Wi-Fi. A jutjar per les mesures, a freqüències de fins a 1 MHz, aquesta antena és inútil. De nou, a causa de les limitacions de l'acoblador, no sabrem quin tipus d'antena és.
Antena telescòpica
Intentem calcular quant necessiteu per estendre l'antena telescòpica per a la banda de 433MHz. La fórmula per calcular la longitud d'ona: λ = C/f, on C és la velocitat de la llum, f és la freqüència.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
longitud d'ona completa - 69,24 cm
mitja longitud d'ona - 34,62 cm
quart de longitud d'ona - 17,31 cm
L'antena calculada d'aquesta manera va resultar absolutament inútil. A una freqüència de 433 MHz, el valor SWR és 11.
Amb l'extensió experimental de l'antena, vaig aconseguir un ROE mínim de 2.8 amb una longitud d'antena d'uns 50 cm, va resultar que el gruix de les seccions és de gran importància. És a dir, quan només es van estendre seccions extremes primes, el resultat va ser millor que quan només es van estendre seccions gruixudes a la mateixa longitud. No sé quant més s'ha de confiar en aquests càlculs amb la longitud de l'antena telescòpica, perquè a la pràctica no funcionen. Potser amb altres antenes o freqüències funciona diferent, no ho sé.
Tros de cable a 433MHz
Sovint, en diversos dispositius, com ara interruptors de ràdio, podeu veure un tros de cable recte com a antena. Vaig tallar un tros de cable igual a un quart de longitud d'ona de 433 MHz (17,3 cm) i vaig entallar l'extrem perquè encaixi perfectament al connector SMA Femella.
El resultat va resultar estrany: aquest cable funciona bé a 360 MHz, però és inútil a 433 MHz.
Vaig començar a tallar el filferro de l'extrem peça per peça i mirar les lectures. La caiguda del gràfic va començar a desplaçar-se lentament cap a la dreta, cap a 433 MHz. Com a resultat, amb una longitud de cable d'uns 15,5 cm, vaig aconseguir obtenir el valor SWR més baix d'1.8 a una freqüència de 438 MHz. L'escurçament addicional del cable va provocar un augment del SWR.
Conclusió
A causa de les limitacions de l'acoblador, no va ser possible mesurar antenes en bandes superiors a 1 GHz, com ara les antenes Wi-Fi. Això es podria fer si tingués un acoblador més ample.
Un acoblador, cables de connexió, un dispositiu i fins i tot un ordinador portàtil són parts del sistema d'antena resultant. La seva geometria, posició a l'espai i objectes circumdants afecten el resultat de la mesura. Després de configurar una emissora de ràdio o un mòdem real, la freqüència pot canviar, perquè. el cos de l'estació de ràdio, el mòdem, el cos de l'operador passarà a formar part de l'antena.
OSA103 Mini és un dispositiu multifuncional molt interessant. Expresso el meu agraïment al seu desenvolupador pels consells durant les mesures.
Font: www.habr.com