- Per quale distanza hè sta antenna ?
- Ùn sò micca, verificate.
- CHE?!?!
Cumu pudete stabilisce quale tipu d'antenna avete in manu s'ellu ùn ci hè micca marcatu? Cumu capisce quale antenna hè megliu o peghju? Stu prublema m'hà afflittu per un bellu pezzu.
L'articulu descrive in lingua simplice a tecnica per a misurazione di e caratteristiche di l'antenna è u metudu per determinà a gamma di freccia di l'antenna.
À l'ingegneri di radiu sperimentati, sta infurmazione pò sembra triviale, è a tecnica di misurazione pò esse micca abbastanza precisa. L'articulu hè destinatu à quelli chì ùn capiscenu nunda di l'elettronica radio, cum'è mè.
TL; DR Misureremu u SWR di l'antenne à diverse frequenze utilizendu u dispositivu OSA 103 Mini è un accoppiatore direzionale, tracciandu a dipendenza di SWR da a frequenza.
Teoria
Quandu un trasmettitore manda un signalu à una antenna, una parte di l'energia hè radiata in l'aria, è una parte hè riflessa è tornata. A relazione trà l'energia radiata è riflessa hè carattarizata da u rapportu d'onda standing (SWR o SWR). U più bassu hè u SWR, più l'energia di u trasmettitore hè emessa cum'è onde radiu. À SWR = 1 ùn ci hè micca riflessione (tutta l'energia hè radiata). U SWR di una vera antenna hè sempre più grande di 1.
Se mandate un signalu di frequenze diverse à l'antenna è misurà simultaneamente u SWR, pudete truvà à quale frequenza a riflessione serà minima. Questu serà u range operativu di l'antenna. Pudete ancu paragunà diverse antenne per a stessa banda è truvà quale hè megliu.
Parte di u segnu trasmettitore hè riflessu da l'antenna
Una antenna pensata per una certa frequenza, in teoria, duverebbe avè u SWR più bassu à e so frequenze operative. Questu significa chì hè abbastanza per radiate in l'antenna à frequenze diverse è truvà à quale freccia a riflessione hè a più chjuca, vale à dì a quantità massima di energia chì scappa in forma di onde radiu.
Pudendu generà un signalu à frequenze diverse è misurà a riflessione, pudemu creà un graficu cù a freccia nantu à l'assi X è a riflettività di u signale nantu à l'assi Y. In u risultatu, induve ci hè un dip in u graficu (vale à dì, u minimu riflessu di u signale), ci sarà una gamma operativa di l'antenna.
Graficu imaginariu di riflessione versus frequenza. In tutta a gamma, a riflessione hè 100%, eccettu per a freccia operativa di l'antenna.
Dispositivu Osa103 Mini
Per e misurazioni useremu . Questu hè un dispositivu di misurazione universale chì combina un oscilloscopiu, un generatore di signali, un analizatore di spettru, un metru di risposta di amplitude-frequenza / risposta di fase, un analizzatore di antenna vettoriale, un metru LC, è ancu un transceiver SDR. A gamma operativa di l'OSA103 Mini hè limitata à 100 MHz, u modulu OSA-6G allarga a gamma di freccia in u modu IAFC à 6 GHz. U prugramma nativu cù tutte e funzioni pesa 3 MB, funziona in Windows è via vinu in Linux.
Osa103 Mini - un dispusitivu di misura universale per radioamatori è ingegneri
Accoppiatore direzionale
Un accoppiatore direzionale hè un dispositivu chì devia una piccula parte di un signalu RF chì viaghja in una direzzione specifica. In u nostru casu, deve ramificà una parte di u segnu riflessu (da l'antenna torna à u generatore) per misurà.
Una spiegazione visuale di l'operazione di un accoppiatore direzionale:
Caratteristiche principali di l'accoppiatore direzionale:
- Frequenze di u funziunamentu - a gamma di frequenze à quale l'indicatori principali ùn superanu micca i limiti normali. U mo accoppiatore hè pensatu per frequenze da 1 à 1000 MHz
- Ramu (accoppiamentu) - quale parte di u signale (in decibels) serà pigliatu quandu l'onda hè diretta da IN à OUT
- Direttività - quantu menu signale serà eliminatu quandu u signale si move in a direzzione opposta da OUT à IN
À u primu sguardu, questu pare abbastanza cunfusu. Per a chiarezza, imaginemu l'accoppiatore cum'è una pipa d'acqua, cù un picculu rubinettu à l'internu. U drenaje hè fattu in tale manera chì quandu l'acqua si move in a direzzione avanti (da IN à OUT), una parte significativa di l'acqua hè eliminata. A quantità di acqua chì hè scaricata in questa direzzione hè determinata da u paràmetru Coupling in a datasheet di l'accoppiatore.
Quandu l'acqua si move in a direzzione opposta, hè eliminata significativamente menu acqua. Si deve esse pigliatu cum'è un effettu side. A quantità di acqua chì hè scaricata durante stu muvimentu hè determinata da u paràmetru di Directivity in a datasheet. U più chjucu hè stu paràmetru (u più grande u valore dB), u megliu per u nostru compitu.
Diagrama di u circuitu
Siccomu vulemu misurà u livellu di u signale riflessu da l'antenna, u cunnettamu à l'IN di l'accoppiatore, è u generatore à OUT. Cusì, una parte di u signale riflessu da l'antenna ghjunghjerà à u receptore per a misurazione.
Schema di cunnessione per u tap. U signale riflessu hè mandatu à u ricevitore
Configurazione di misurazione
Assemblamu un setup per a misurazione di SWR in cunfurmità cù u schema di circuitu. À l'output di u generatore di u dispusitivu, installemu in più un attenuatore cù una attenuazione di 15 dB. Questu hà da migliurà l'abbinamentu di l'accoppiatore cù l'output di u generatore è aumenterà a precisione di misurazione. L'attenuatore pò esse pigliatu cù una attenuazione di 5..15 dB. A quantità di attenuazione serà automaticamente presa in contu durante a calibrazione successiva.
Un attenuatore attenua u signale da un numeru fissu di decibels. A caratteristica principale di un attenuatore hè u coefficient d'attenuazione di u signale è a gamma di freccia operativa. À frequenze fora di a gamma operativa, a prestazione di l'attenuatore pò cambià in modu imprevisible.
Questu hè ciò chì l'installazione finali pare. Avete ancu ricurdate di furnisce un signalu di frequenza intermedia (IF) da u modulu OSA-6G à a scheda principale di u dispusitivu. Per fà questu, cunnette u portu IF OUTPUT in a scheda principale à l'INPUT in u modulu OSA-6G.
Per riduce u nivellu d'interferenza da l'alimentazione di l'alimentazione di u laptop, aghju realizatu tutte e misurazioni quandu u laptop hè alimentatu da a bateria.
Calibrazzioni
Prima di principià e misurazioni, avete bisognu di assicurà chì tutti i cumpunenti di u dispusitivu sò in bonu funziunamentu è a qualità di i cavi; per fà questu, cunnetta u generatore è u ricevitore direttamente cù un cable, accende u generatore è misurà a frequenza. risposta. Avemu un graficu quasi pianu à 0dB. Questu significa chì in tutta a gamma di freccia, tutta a putenza radiata di u generatore hà righjuntu u ricevitore.
Cunnettendu u generatore direttamente à u ricevitore
Aghjunghjemu un attenuatore à u circuitu. Una attenuazione di signale quasi uniforme di 15dB hè visibile in tutta a gamma.
Cunnettendu u generatore attraversu un attenuatore 15dB à u ricevitore
Cunnetteremu u generatore à u connettore OUT di l'accoppiatore, è u ricevitore à u cunnessu CPL di l'accoppiatore. Siccomu ùn ci hè micca una carica cunnessa à u portu IN, tuttu u signale generatu deve esse riflessu è una parte di ellu ramificata à u ricevitore. Sicondu a datasheet per u nostru accoppiatore (), u paràmetru Coupling hè ~ 15db, chì significa chì duvemu vede una linea horizontale à un livellu di circa -30 dB (coupling + attenuator attenuator). Ma postu chì a gamma operativa di l'accoppiatore hè limitata à 1 GHz, tutte e misurazioni sopra sta frequenza pò esse cunsiderate senza significatu. Questu hè chjaramente visibile in u graficu; dopu à 1 GHz, e letture sò caòtiche è senza significatu. Dunque, realiceremu tutte e misurazioni supplementari in a gamma operativa di l'accoppiatore.
Cunnette un tap senza carica. U limitu di a gamma operativa di l'accoppiatore hè visibile.
Siccomu i dati di misurazione sopra 1 GHz, in u nostru casu, ùn anu micca sensu, limiteremu a freccia massima di u generatore à i valori operativi di l'accoppiatore. Quandu si misurà, avemu una linea recta.
Limità a gamma di generatore à a gamma operativa di l'accoppiatore
Per misurà visualmente u SWR di l'antenne, avemu bisognu di fà una calibrazione per piglià i paràmetri attuali di u circuitu (riflessione 100%) cum'è un puntu di riferimentu, vale à dì zero dB. Per questu scopu, u prugramma OSA103 Mini hà una funzione di calibrazione integrata. A calibrazione hè realizata senza una antenna cunnessa (carica), i dati di calibrazione sò scritti in un schedariu è dopu sò automaticamente cunsiderati in a custruzzione di grafici.
Funzione di calibrazione di a risposta di frequenza in u prugramma OSA103 Mini
Appliendu i risultati di calibrazione è eseguendu e misure senza carica, avemu un graficu flat à 0dB.
Graficu dopu a calibrazione
Misuremu l'antenne
Avà pudete cumincià à misurà l'antenne. Grazie à a calibrazione, videremu è misurà a riduzzione di riflessione dopu à cunnette l'antenna.
Antenna da Aliexpress à 433MHz
Antenna marcata 443MHz. Pò esse vistu chì l'antenna opera in modu più efficace in a gamma 446MHz, à questa freccia u SWR hè 1.16. À u listessu tempu, à a frequenza dichjarata u rendiment hè significativamente peghju, à 433MHz u SWR hè 4,2.
Antenna scunnisciuta 1
Antenna senza marcatura. A ghjudicà da u graficu, hè designatu per 800 MHz, presumibbilmente per a banda GSM. Per esse ghjustu, sta antenna opera ancu à 1800 MHz, ma per via di e limitazioni di l'accoppiatore, ùn possu micca fà misure valide à queste frequenze.
Antenna scunnisciuta 2
Un'altra antenna chì hè stata in giru in i mo scatuli per un bellu pezzu. Apparentemente, ancu per a gamma GSM, ma megliu cà u precedente. À una freccia di 764 MHz, u SWR hè vicinu à l'unità, à 900 MHz u SWR hè 1.4.
Antenna scunnisciuta 3
Sembra una antenna Wi-Fi, ma per una certa ragione u cunnessu hè SMA-Male, è micca RP-SMA, cum'è tutte l'antenne Wi-Fi. A ghjudicà da e misurazioni, à frequenze finu à 1 MHz sta antenna hè inutile. In novu, per via di e limitazioni di l'accoppiatore, ùn sapemu micca chì tipu d'antenna hè.
Antenna telescopica
Pruvemu di calculà quantu l'antenna telescopica deve esse allargata per a gamma 433MHz. A formula per u calculu di a lunghezza d'onda hè: λ = C/f, induve C hè a velocità di a luce, f hè a frequenza.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Lunghezza d'onda piena - 69,24 cm
mezza lunghezza d'onda - 34,62 cm
Quartu di lunghezza d'onda - 17,31 cm
L'antenna calculata in questu modu hè stata assulutamente inutile. À una frequenza di 433MHz, u valore SWR hè 11.
Allargendu sperimentalmente l'antenna, aghju sappiutu ottene un SWR minimu di 2.8 cù una lunghezza di l'antenna di circa cm 50. Risultava chì u grossu di e rùbbriche hè di grande impurtanza. Hè vale à dì, quandu si stende solu e rùbbriche sottili, u risultatu hè megliu cà quandu si stende solu e seccioni grossi à a stessa lunghezza. Ùn sò micca sapè quantu duvete cunfidassi in questi calculi cù a durata di una antenna telescopica in u futuru, perchè in pratica ùn anu micca travagliatu. Forsi funziona in modu diversu cù altre antenne o frequenze, ùn sò micca.
Un pezzu di filu à 433MHz
Spessu in parechji dispositi, cum'è l'interruttori di radiu, pudete vede un pezzu di filu drittu cum'è una antenna. Aghju tagliatu un pezzu di filu uguale à un quartu di lunghezza d'onda di 433 MHz (17,3 cm) è stagnatu l'estremità in modu chì si mette bè in u connector SMA Female.
U risultatu era stranu: un tali filu funziona bè à 360 MHz, ma hè inutile à 433 MHz.
Aghju cuminciatu à taglià u filu da u pezzu finitu per pezzu è fighjendu e letture. U dip in u graficu hà cuminciatu à passà lentamente à a diritta, versu 433 MHz. In u risultatu, nantu à una lunghezza di filu di circa 15,5 cm, aghju sappiutu ottene u valore SWR più chjucu di 1.8 à una freccia di 438 MHz. Un accorciamentu ulteriore di u cable hà purtatu à un aumentu di u SWR.
cunchiusioni
A causa di limitazioni di l'accoppiatore, ùn era micca pussibule di misurà l'antenne in bande sopra 1 GHz, cum'è l'antenne Wi-Fi. Questu puderia esse fattu se aghju avutu un accoppiatore di larghezza di banda più altu.
Un accoppiatore, cables di cunnessione, un dispositivu, è ancu un laptop sò tutte e parte di u sistema di antenna resultanti. A so geometria, a pusizione in u spaziu è l'uggetti circundanti influenzanu u risultatu di a misura. Dopu a stallazione in una vera stazione di radiu o modem, a freccia pò cambià, perchè u corpu di a stazione di radiu, u modem, è u corpu di l'operatore diventeranu parti di l'antenna.
OSA103 Mini hè un dispositivu multifunzionale assai cool. Esprimu a mo gratitùdine à u so sviluppatore per a cunsultazione durante e misurazioni.
Source: www.habr.com