Pro jaké pásmo je tato anténa určena?
Nevím, zkontrolujte.
- CO?!?!
Jak zjistit, jakou anténu máte v rukou, pokud na ní není žádné označení? Jak pochopit, která anténa je lepší nebo horší? Tento problém mě trápí už delší dobu.
Článek zjednodušeně popisuje způsob měření charakteristik antén a způsob určení frekvenčního rozsahu antény.
Zkušeným radiotechnikům se tyto informace mohou zdát banální a technika měření nemusí být dostatečně přesná. Článek je určen pro ty, kteří v radioelektronice nerozumí vůbec ničemu, jako já.
TL, DR Změříme SWR antén na různých frekvencích pomocí přístroje OSA 103 Mini a směrového vazebního členu, vyneseme SWR proti frekvenci.
Teorie
Když vysílač vyšle signál do antény, část energie je vyzařována do vzduchu a část se odráží a vrací zpět. Poměr mezi vyzařovanou a odraženou energií je charakterizován poměrem stojatých vln (SWR nebo SWR). Čím nižší je SWR, tím více energie vysílače je vyzařováno jako rádiové vlny. Při SWR = 1 nedochází k odrazu (veškerá energie je vyzářena). SWR skutečné antény je vždy větší než 1.
Pokud do antény pošlete signál různých frekvencí a současně změříte SWR, můžete zjistit, na jaké frekvenci bude odraz minimální. To bude provozní dosah antény. Můžete také porovnat různé antény pro stejný dosah mezi sebou a zjistit, která je lepší.
Část signálu vysílače se odráží od antény
Anténa dimenzovaná pro určitou frekvenci by teoreticky měla mít nejnižší SWR na svých pracovních frekvencích. To znamená, že stačí vyzařovat do antény na různých frekvencích a zjistit, na jaké frekvenci je odraz nejmenší, tedy maximální množství energie, která odletěla v podobě rádiových vln.
Tím, že jsme schopni generovat signál na různých frekvencích a měřit odraz, můžeme vykreslit osu x s frekvencí a osu y s odrazivostí signálu. V důsledku toho tam, kde je pokles v grafu (tj. nejmenší odraz signálu), bude provozní dosah antény.
Pomyslný graf odrazu versus frekvence. Odraz je 100% v celém rozsahu kromě pracovní frekvence antény.
Zařízení Osa103 Mini
Pro měření použijeme . Je to všestranný měřicí přístroj, který integruje osciloskop, generátor signálu, spektrální analyzátor, měřič frekvenční odezvy/fázové odezvy, vektorový anténní analyzátor, LC měřič a dokonce i SDR transceiver. Pracovní rozsah OSA103 Mini je omezen na 100 MHz, modul OSA-6G rozšiřuje frekvenční rozsah v režimu frekvenční odezvy až na 6 GHz. Nativní program se všemi funkcemi váží 3 MB, funguje pod Windows a přes wine v Linuxu.
Osa103 Mini je univerzální měřicí přístroj pro radioamatéry a inženýry
Směrová spojka
Směrový vazební člen je zařízení, které odvádí malou část vysokofrekvenčního signálu putujícího určitým směrem. V našem případě musí odbočit část odraženého signálu (přicházející z antény zpět do generátoru), aby jej mohl měřit.
Vizuální vysvětlení činnosti směrové spojky:
Hlavní vlastnosti směrové spojky:
- Provozní frekvence - frekvenční rozsah, ve kterém hlavní indikátory nepřekračují normu. Můj vazební člen je určen pro frekvence od 1 do 1000 MHz
- Větev (spojka) - jaká část signálu (v decibelech) bude odkloněna, když je vlna směrována z IN do OUT
- Směrovost - o kolik méně signálu bude odkloněno, když se signál pohybuje v opačném směru z OUT na IN
Na první pohled to vypadá dost zmateně. Pro názornost si kohoutek představme jako vodovodní potrubí, s malým vývodem uvnitř. Odklon je proveden tak, že při pohybu vody směrem vpřed (ze DVEŘE DO VEN) je značná část vody odkloněna. Množství vody, které je odváděno tímto směrem, je určeno parametrem Coupling v datovém listu spojky.
Když se voda pohybuje opačným směrem, vytéká mnohem méně vody. Mělo by se to brát jako vedlejší účinek. Množství vody, které je během tohoto pohybu odstraněno, je určeno parametrem Směrovost v datovém listu. Čím menší je tento parametr (čím větší je hodnota dB), tím lépe pro naši úlohu.
Obvodový diagram
Protože chceme měřit úroveň signálu odraženého od antény, připojíme ji na IN spojky a generátor na OUT. Část signálu odraženého od antény se tak dostane do přijímače k měření.
Klepněte na schéma zapojení. Odražený signál je odeslán do přijímače
Nastavení měření
Sestavme instalaci pro měření SWR podle schématu zapojení. Na výstup generátoru zařízení dodatečně instalujeme atenuátor s útlumem 15 dB. Tím se zlepší přizpůsobení spojky s výstupem generátoru a zvýší se přesnost měření. Tlumič lze odebírat s útlumem 5..15 dB. Hodnota útlumu je automaticky zohledněna při následné kalibraci.
Atenuátor zeslabuje signál o pevný počet decibelů. Hlavní charakteristikou atenuátoru je koeficient útlumu (útlum) signálu a rozsah pracovní frekvence. Při frekvencích mimo provozní rozsah se charakteristiky útlumového členu mohou nepředvídatelně změnit.
Takto vypadá finální nastavení. Musíte také pamatovat na to, abyste přivedli mezifrekvenční (IF) signál z modulu OSA-6G na hlavní desku zařízení. K tomu propojíme port IF OUTPUT na hlavní desce s INPUT na modulu OSA-6G.
Pro snížení úrovně rušení ze spínaného zdroje notebooku provádím všechna měření při napájení notebooku z baterie.
Kalibrace
Před zahájením měření je nutné se ujistit, že všechny komponenty zařízení jsou v dobrém stavu a kvalita kabelů, k tomu propojíme generátor a přijímač kabelem přímo, zapneme generátor a změříme frekvenční charakteristiku. Získáme téměř plochý graf při 0 dB. To znamená, že v celém frekvenčním rozsahu se k přijímači dostal celý vyzářený výkon generátoru.
Připojení generátoru přímo k přijímači
Do obvodu přidáme atenuátor. V celém rozsahu je vidět téměř rovnoměrný útlum signálu 15dB.
Připojení generátoru přes 15dB atenuátor k přijímači
Připojte generátor ke konektoru OUT spojky a přijímač k CPL spojky. Vzhledem k tomu, že k portu IN není připojena žádná zátěž, musí se veškerý generovaný signál odrážet a část musí být odbočena do přijímače. Podle datového listu pro naši spojku (), parametr Coupling je ~15db, což znamená, že bychom měli vidět vodorovnou čáru přibližně -30 dB (vazba + útlum útlumového členu). Protože je ale pracovní rozsah vazebního členu omezen na 1 GHz, lze všechna měření nad touto frekvencí považovat za nesmyslná. Na grafu je to dobře vidět, po 1 GHz jsou odečty chaotické a nedávají smysl. Všechna další měření proto provedeme v pracovním rozsahu spojky.
Klepněte na připojení bez zatížení. Hranice pracovního rozsahu spojky je viditelná.
Protože naměřená data nad 1 GHz v našem případě nedávají smysl, omezíme maximální frekvenci generátoru na provozní hodnoty vazebního členu. Při měření dostaneme přímku.
Omezení dosahu generátoru na provozní rozsah spojky
Abychom mohli vizuálně změřit SWR antén, musíme provést kalibraci tak, aby byly jako referenční bod použity aktuální parametry obvodu (100% odraz), to znamená nula dB. K tomu má OSA103 Mini vestavěnou funkci kalibrace. Kalibrace se provádí bez připojené antény (zátěž), kalibrační data se zapisují do souboru a poté se automaticky berou v úvahu při vykreslování grafů.
Funkce kalibrace frekvenční odezvy v softwaru OSA103 Mini
Aplikováním výsledků kalibrace a prováděním měření bez zátěže získáme plochý graf při 0 dB.
Graf po kalibraci
Měříme antény
Nyní můžete začít měřit antény. Prostřednictvím kalibrace uvidíme a změříme snížení odrazu po připojení antény.
Anténa z Aliexpress na 433MHz
Anténa označená 443MHz. Je vidět, že anténa pracuje nejefektivněji na pásmu 446MHz, na této frekvenci je SWR 1.16. Přitom na deklarované frekvenci je výkon výrazně horší, na 433MHz SWR 4,2.
Neznámá anténa 1
Anténa neoznačená. Soudě podle harmonogramu je určen pro 800 MHz, pravděpodobně pro pásmo GSM. Abych byl spravedlivý, tato anténa také pracuje na 1800 MHz, ale kvůli omezením vazebního členu nemohu na těchto frekvencích provést správná měření.
Neznámá anténa 2
Další anténa, která se mi dlouho povalovala v krabicích. Prý také pro pásmo GSM, ale lepší než to předchozí. Na frekvenci 764 MHz se SWR blíží jednotce, na 900 MHz je SWR 1.4.
Neznámá anténa 3
Vypadá to jako anténa Wi-Fi, ale z nějakého důvodu je konektor SMA-Male a ne RP-SMA, jako všechny antény Wi-Fi. Soudě podle měření je při frekvencích do 1 MHz tato anténa k ničemu. Opět se kvůli omezením vazebního členu nedozvíme, o jakou anténu se jedná.
Teleskopická anténa
Zkusme si spočítat, jak moc je potřeba prodloužit teleskopickou anténu pro pásmo 433MHz. Vzorec pro výpočet vlnové délky: λ = C/f, kde C je rychlost světla, f je frekvence.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
plná vlnová délka - 69,24 cm
poloviční vlnová délka - 34,62 cm
čtvrtinová vlnová délka - 17,31 cm
Takto vypočítaná anténa se ukázala jako absolutně zbytečná. Při frekvenci 433 MHz je hodnota SWR 11.
Experimentálním prodloužením antény se mi při délce antény cca 2.8 cm podařilo dosáhnout minimálního SWR 50. Ukázalo se, že tloušťka sekcí má velký význam. To znamená, že když byly prodlouženy pouze tenké koncové části, byl výsledek lepší, než když byly na stejnou délku prodlouženy pouze tlusté části. Nevím, jak moc by se měl dále spoléhat na tyto výpočty s délkou teleskopické antény, protože v praxi nefungují. Možná s jinými anténami nebo frekvencemi to funguje jinak, nevím.
Kus drátu na 433MHz
Často v různých zařízeních, jako jsou rádiové spínače, můžete vidět kus rovného drátu jako anténu. Odřízl jsem kus čtvrtvlnového drátu 433 MHz (17,3 cm) a konec pocínoval tak, aby těsně zapadl do konektoru SMA Female.
Výsledek se ukázal být zvláštní: takový drát funguje dobře na 360 MHz, ale na 433 MHz je k ničemu.
Začal jsem odstřihávat drát od konce kus po kusu a prohlížet si údaje. Pokles na grafu se začal pomalu posouvat doprava, směrem k 433 MHz. Ve výsledku se mi na délce drátu cca 15,5 cm podařilo získat nejnižší hodnotu SWR 1.8 při frekvenci 438 MHz. Další zkracování kabelu vedlo ke zvýšení SWR.
Závěr
Kvůli omezením vazebních členů nebylo možné měřit antény na pásmech nad 1 GHz, jako jsou antény Wi-Fi. To by šlo udělat, kdybych měl širší spojku.
Součástí výsledného anténního systému je spojka, propojovací kabely, zařízení a dokonce i notebook. Jejich geometrie, poloha v prostoru a okolní objekty ovlivňují výsledek měření. Po nastavení na skutečnou rozhlasovou stanici nebo modem se frekvence může posunout, protože. tělo radiostanice, modem, tělo operátora se stane součástí antény.
OSA103 Mini je velmi cool multifunkční zařízení. Vyjadřuji svůj vděk jeho vývojáři za rady při měření.
Zdroj: www.habr.com