— Hvilken rækkevidde er denne antenne til?
- Jeg ved det ikke, tjek.
- HVAD?!?!
Hvordan kan du bestemme, hvilken slags antenne du har i hænderne, hvis der ikke er nogen markering på den? Hvordan forstår man, hvilken antenne der er bedre eller værre? Dette problem har plaget mig i lang tid.
Artiklen beskriver i et enkelt sprog teknikken til måling af antenneegenskaber og metoden til bestemmelse af antennens frekvensområde.
For erfarne radioingeniører kan denne information virke triviel, og måleteknikken er måske ikke nøjagtig nok. Artiklen er tiltænkt dem, der ikke forstår noget som helst om radioelektronik, som mig.
TL; DR Vi vil måle SWR af antenner ved forskellige frekvenser ved hjælp af OSA 103 Mini-enheden og en retningsbestemt kobling, der plotter SWR's afhængighed af frekvensen.
Теория
Når en sender sender et signal til en antenne, udstråles noget af energien i luften, og noget reflekteres og returneres tilbage. Forholdet mellem udstrålet og reflekteret energi er karakteriseret ved det stående bølgeforhold (SWR eller SWR). Jo lavere SWR, jo mere af senderens energi udsendes som radiobølger. Ved SWR = 1 er der ingen refleksion (al energi udstråles). SWR for en rigtig antenne er altid større end 1.
Hvis du sender et signal med forskellige frekvenser til antennen og samtidig måler SWR'en, kan du finde ud af, ved hvilken frekvens refleksionen vil være minimal. Dette vil være antennens driftsområde. Du kan også sammenligne forskellige antenner for det samme bånd og finde ud af, hvilken der er bedst.
En del af sendersignalet reflekteres fra antennen
En antenne designet til en bestemt frekvens burde i teorien have den laveste SWR ved dens driftsfrekvenser. Det betyder, at det er nok at stråle ind i antennen ved forskellige frekvenser og finde ved hvilken frekvens refleksionen er mindst, altså den maksimale mængde energi, der slipper ud i form af radiobølger.
Ved at kunne generere et signal ved forskellige frekvenser og måle refleksionen, kan vi lave en graf med frekvensen på X-aksen og signalets reflektivitet på Y-aksen. Som et resultat, hvor der er et dyk i grafen (det vil sige den mindste refleksion af signalet), vil der være et driftsområde for antennen.
Imaginær graf af refleksion versus frekvens. Over hele området er reflektionen 100 %, bortset fra antennens driftsfrekvens.
Enhed Osa103 Mini
Til målinger vil vi bruge . Dette er en universel måleenhed, der kombinerer et oscilloskop, en signalgenerator, en spektrumanalysator, en amplitude-frekvensrespons/faseresponsmåler, en vektorantenneanalysator, en LC-meter og endda en SDR-transceiver. Driftsområdet for OSA103 Mini er begrænset til 100 MHz, OSA-6G-modulet udvider frekvensområdet i IAFC-tilstand til 6 GHz. Det native program med alle funktioner vejer 3 MB, kører på Windows og via vin på Linux.
Osa103 Mini - en universel måleenhed til radioamatører og ingeniører
Retningskobling
En retningskobler er en enhed, der omdirigerer en lille del af et RF-signal, der bevæger sig i en bestemt retning. I vores tilfælde skal den forgrene en del af det reflekterede signal (går fra antennen tilbage til generatoren) for at måle det.
En visuel forklaring af betjeningen af en retningskobler:
Hovedkarakteristika for retningskobleren:
- Driftsfrekvenser - frekvensområdet, hvor hovedindikatorerne ikke overskrider normale grænser. Min kobler er designet til frekvenser fra 1 til 1000 MHz
- Afgrening (kobling) - hvilken del af signalet (i decibel) vil blive taget væk, når bølgen rettes fra IN til OUT
- Direktivitet — hvor meget mindre signal vil blive fjernet, når signalet bevæger sig i den modsatte retning fra OUT til IN
Ved første øjekast ser det ret forvirrende ud. For klarhedens skyld, lad os forestille os koblingen som et vandrør med et lille udløb indeni. Afløbet er lavet på den måde, at når vandet bevæger sig i fremadgående retning (fra IN til UD), fjernes en væsentlig del af vandet. Mængden af vand, der udledes i denne retning, bestemmes af koblingsparameteren i koblingsdatabladet.
Når vandet bevæger sig i den modsatte retning, fjernes væsentligt mindre vand. Det skal tages som en bivirkning. Mængden af vand, der udledes under denne bevægelse, bestemmes af parameteren Direktivitet i dataarket. Jo mindre denne parameter er (jo større dB-værdien er), jo bedre for vores opgave.
kredsløbsdiagram
Da vi ønsker at måle signalniveauet, der reflekteres fra antennen, forbinder vi det til IN på kobleren og generatoren til OUT. Således vil en del af signalet, der reflekteres fra antennen, nå modtageren til måling.
Tilslutningsdiagram for vandhanen. Det reflekterede signal sendes til modtageren
Måleopsætning
Lad os sammensætte en opsætning til måling af SWR i overensstemmelse med kredsløbsdiagrammet. Ved udgangen af enhedsgeneratoren vil vi desuden installere en dæmper med en dæmpning på 15 dB. Dette vil forbedre koblingen af koblingen med generatorens output og øge målenøjagtigheden. Dæmperen kan tages med en dæmpning på 5..15 dB. Mængden af dæmpning vil automatisk blive taget i betragtning ved efterfølgende kalibrering.
En dæmper dæmper signalet med et fast antal decibel. Hovedkarakteristikken for en dæmper er dæmpningskoefficienten for signalet og driftsfrekvensområdet. Ved frekvenser uden for driftsområdet kan dæmperens ydeevne ændre sig uforudsigeligt.
Sådan ser den endelige installation ud. Du skal også huske at levere et mellemfrekvenssignal (IF) fra OSA-6G modulet til enhedens hovedkort. For at gøre dette skal du tilslutte IF OUTPUT-porten på hovedkortet til INPUT på OSA-6G-modulet.
For at reducere niveauet af interferens fra den bærbare computers skiftende strømforsyning, udfører jeg alle målinger, når den bærbare computer er drevet af batteri.
kalibrering
Før du starter målinger, skal du sikre dig, at alle komponenter i enheden er i god stand og kvaliteten af kablerne; For at gøre dette forbinder vi generatoren og modtageren direkte med et kabel, tænder for generatoren og måler frekvensen respons. Vi får en næsten flad graf ved 0dB. Det betyder, at over hele frekvensområdet nåede al den udstrålede effekt fra generatoren frem til modtageren.
Tilslutning af generatoren direkte til modtageren
Lad os tilføje en dæmper til kredsløbet. En næsten jævn signaldæmpning på 15dB er synlig over hele området.
Tilslutning af generatoren gennem en 15dB dæmper til modtageren
Lad os forbinde generatoren til OUT-stikket på kobleren og modtageren til CPL-stikket på kobleren. Da der ikke er nogen belastning forbundet til IN-porten, skal hele det genererede signal reflekteres og en del af det forgrenes til modtageren. I henhold til databladet for vores kobling (), Koblingsparameteren er ~15db, hvilket betyder, at vi bør se en vandret linje på et niveau på omkring -30 dB (kobling + dæmpning). Men da koblerens driftsområde er begrænset til 1 GHz, kan alle målinger over denne frekvens betragtes som meningsløse. Dette er tydeligt synligt i grafen; efter 1 GHz er aflæsningerne kaotiske og meningsløse. Derfor vil vi udføre alle yderligere målinger i koblingens driftsområde.
Tilslutning af en vandhane uden belastning. Grænsen for koblingens driftsområde er synlig.
Da måledata over 1 GHz, i vores tilfælde, ikke giver mening, vil vi begrænse generatorens maksimale frekvens til driftsværdierne for kobleren. Ved måling får vi en lige linje.
Begrænsning af generatorområdet til koblerens driftsområde
For visuelt at måle SWR af antenner, skal vi udføre en kalibrering for at tage de nuværende parametre for kredsløbet (100% refleksion) som referencepunkt, det vil sige nul dB. Til dette formål har OSA103 Mini-programmet en indbygget kalibreringsfunktion. Kalibrering udføres uden tilsluttet antenne (belastning), kalibreringsdata skrives til en fil og tages efterfølgende automatisk i betragtning ved opbygning af grafer.
Frekvensrespons kalibreringsfunktion i OSA103 Mini-programmet
Ved at anvende kalibreringsresultaterne og køre målinger uden belastning, får vi en flad graf ved 0dB.
Graf efter kalibrering
Vi måler antenner
Nu kan du begynde at måle antennerne. Takket være kalibrering vil vi se og måle reduktionen i refleksion efter tilslutning af antennen.
Antenne fra Aliexpress på 433MHz
Antenne mærket 443MHz. Det kan ses, at antennen fungerer mest effektivt i 446MHz-området, ved denne frekvens er SWR 1.16. Samtidig er ydeevnen ved den deklarerede frekvens væsentligt dårligere, ved 433MHz er SWR 4,2.
Ukendt antenne 1
Antenne uden markeringer. At dømme efter grafen er den designet til 800 MHz, formentlig til GSM-båndet. For at være retfærdig opererer denne antenne også på 1800 MHz, men på grund af koblerens begrænsninger kan jeg ikke foretage valide målinger på disse frekvenser.
Ukendt antenne 2
Endnu en antenne, der har ligget i mine kasser længe. Tilsyneladende også for GSM-serien, men bedre end den forrige. Ved en frekvens på 764 MHz er SWR tæt på enhed, ved 900 MHz er SWR 1.4.
Ukendt antenne 3
Det ligner en Wi-Fi-antenne, men af en eller anden grund er stikket SMA-Male, og ikke RP-SMA, som alle Wi-Fi-antenner. At dømme efter målinger er denne antenne ubrugelig ved frekvenser op til 1 MHz. Igen, på grund af koblingens begrænsninger, ved vi ikke, hvilken slags antenne det er.
Teleskopantenne
Lad os prøve at beregne, hvor langt teleskopantennen skal forlænges for 433MHz-området. Formlen til beregning af bølgelængden er: λ = C/f, hvor C er lysets hastighed, f er frekvensen.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Fuld bølgelængde - 69,24 cm
Halv bølgelængde - 34,62 cm
Kvart bølgelængde - 17,31 cm
Antennen beregnet på denne måde viste sig at være absolut ubrugelig. Ved en frekvens på 433MHz er SWR-værdien 11.
Ved eksperimentelt at forlænge antennen lykkedes det at opnå en minimum SWR på 2.8 med en antennelængde på omkring 50 cm Det viste sig, at tykkelsen af sektionerne har stor betydning. Det vil sige, at når man kun forlængede de tynde ydre sektioner, var resultatet bedre end ved kun at forlænge de tykke sektioner til samme længde. Jeg ved ikke, hvor meget du skal stole på disse beregninger med længden af en teleskopantenne i fremtiden, for i praksis virker de ikke. Måske fungerer det anderledes med andre antenner eller frekvenser, jeg ved det ikke.
Et stykke ledning på 433MHz
Ofte i forskellige enheder, såsom radiokontakter, kan du se et stykke lige ledning som en antenne. Jeg klippede et stykke ledning svarende til en kvart bølgelængde på 433 MHz (17,3 cm) og fortinnede enden, så den passer godt ind i SMA Female-stikket.
Resultatet var mærkeligt: sådan en ledning fungerer godt ved 360 MHz, men er ubrugelig ved 433 MHz.
Jeg begyndte at skære ledningen af enden stykke for stykke og kigge på aflæsningerne. Dykket i grafen begyndte langsomt at bevæge sig til højre mod 433 MHz. Som et resultat, over en ledningslængde på omkring 15,5 cm, lykkedes det mig at få den mindste SWR-værdi på 1.8 ved en frekvens på 438 MHz. Yderligere afkortning af kablet førte til en stigning i SWR.
Konklusion
På grund af begrænsninger af kobleren var det ikke muligt at måle antenner i bånd over 1 GHz, såsom Wi-Fi-antenner. Dette kunne have været gjort, hvis jeg havde en kobler med højere båndbredde.
En kobling, tilslutningskabler, en enhed og endda en bærbar computer er alle dele af det resulterende antennesystem. Deres geometri, position i rummet og omgivende objekter påvirker måleresultatet. Efter installation på en rigtig radiostation eller modem kan frekvensen skifte, pga radiostationens krop, modemmet og operatørens krop bliver en del af antennen.
OSA103 Mini er en meget cool multifunktionel enhed. Jeg udtrykker min taknemmelighed til dens udvikler for høring under målinger.
Kilde: www.habr.com