Για ποια μπάντα είναι αυτή η κεραία;
Δεν ξέρω, ελέγξτε.
- ΤΙ?!?!
Πώς να προσδιορίσετε τι είδους κεραία έχετε στα χέρια σας εάν δεν υπάρχει σήμανση σε αυτήν; Πώς να καταλάβετε ποια κεραία είναι καλύτερη ή χειρότερη; Αυτό το πρόβλημα με βασάνιζε εδώ και πολύ καιρό.
Το άρθρο περιγράφει με απλά λόγια μια μέθοδο για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών των κεραιών και μια μέθοδο για τον προσδιορισμό του εύρους συχνοτήτων μιας κεραίας.
Για έμπειρους μηχανικούς ραδιοφώνου, αυτές οι πληροφορίες μπορεί να φαίνονται απλές και η τεχνική μέτρησης μπορεί να μην είναι αρκετά ακριβής. Το άρθρο έχει σχεδιαστεί για όσους δεν καταλαβαίνουν απολύτως τίποτα από ραδιοηλεκτρονικά, όπως εγώ.
TL? DR Θα μετρήσουμε το SWR των κεραιών σε διάφορες συχνότητες χρησιμοποιώντας το όργανο OSA 103 Mini και έναν κατευθυντικό ζεύκτη, γραφική παράσταση SWR έναντι συχνότητας.
Θεωρία
Όταν ένας πομπός στέλνει ένα σήμα σε μια κεραία, ένα μέρος της ενέργειας ακτινοβολείται στον αέρα και ένα μέρος ανακλάται και επιστρέφει πίσω. Η αναλογία μεταξύ ακτινοβολούμενης και ανακλώμενης ενέργειας χαρακτηρίζεται από την αναλογία στάσιμων κυμάτων (SWR ή SWR). Όσο χαμηλότερο είναι το SWR, τόσο περισσότερη ενέργεια του πομπού ακτινοβολείται ως ραδιοκύματα. Στο SWR = 1 δεν υπάρχει ανάκλαση (όλη η ενέργεια ακτινοβολείται). Το SWR μιας πραγματικής κεραίας είναι πάντα μεγαλύτερο από 1.
Εάν στείλετε ένα σήμα διαφορετικών συχνοτήτων στην κεραία και μετρήσετε ταυτόχρονα το SWR, μπορείτε να βρείτε σε ποια συχνότητα η ανάκλαση θα είναι ελάχιστη. Αυτό θα είναι το εύρος λειτουργίας της κεραίας. Μπορείτε επίσης να συγκρίνετε διαφορετικές κεραίες για το ίδιο εύρος μεταξύ τους και να βρείτε ποια είναι καλύτερη.
Μέρος του σήματος του πομπού ανακλάται από την κεραία
Μια κεραία που έχει ονομαστική τιμή για μια συγκεκριμένη συχνότητα θα πρέπει, θεωρητικά, να έχει το χαμηλότερο SWR στις συχνότητες λειτουργίας της. Αυτό σημαίνει ότι αρκεί να ακτινοβοληθεί στην κεραία σε διαφορετικές συχνότητες και να βρει σε ποια συχνότητα η ανάκλαση είναι η μικρότερη, δηλαδή η μέγιστη ποσότητα ενέργειας που έχει πετάξει μακριά με τη μορφή ραδιοκυμάτων.
Με το να μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα σήμα σε διαφορετικές συχνότητες και να μετρήσουμε την ανάκλαση, μπορούμε να σχεδιάσουμε τον άξονα x με τη συχνότητα και τον άξονα y με την ανάκλαση του σήματος. Ως αποτέλεσμα, όπου υπάρχει μια βύθιση στο γράφημα (δηλαδή, η μικρότερη ανάκλαση σήματος), θα υπάρχει ένα εύρος λειτουργίας της κεραίας.
Μια φανταστική πλοκή ανάκλασης σε σχέση με τη συχνότητα. Η ανάκλαση είναι 100% σε όλο το εύρος, εκτός από τη συχνότητα λειτουργίας της κεραίας.
Συσκευή Osa103 Mini
Για μετρήσεις θα χρησιμοποιήσουμε . Είναι ένα ευέλικτο όργανο μέτρησης που ενσωματώνει παλμογράφο, γεννήτρια σήματος, αναλυτή φάσματος, μετρητή απόκρισης συχνότητας/απόκρισης φάσης, αναλυτή διανυσματικής κεραίας, μετρητή LC και ακόμη και πομποδέκτη SDR. Το εύρος λειτουργίας OSA103 Mini περιορίζεται στα 100 MHz, η μονάδα OSA-6G επεκτείνει το εύρος συχνοτήτων στη λειτουργία της απόκρισης συχνότητας έως και 6 GHz. Το εγγενές πρόγραμμα με όλες τις λειτουργίες ζυγίζει 3 MB, λειτουργεί με Windows και μέσω wine σε Linux.
Το Osa103 Mini είναι μια καθολική συσκευή μέτρησης για ραδιοερασιτέχνες και μηχανικούς
Κατευθυντικός ζεύκτης
Ένας κατευθυντικός συζεύκτης είναι μια συσκευή που εκτρέπει ένα μικρό τμήμα ενός σήματος RF που ταξιδεύει σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Στην περίπτωσή μας, πρέπει να διακλαδώσει μέρος του ανακλώμενου σήματος (που έρχεται από την κεραία πίσω στη γεννήτρια) για να το μετρήσει.
Οπτική εξήγηση της λειτουργίας ενός κατευθυντικού συζεύκτη:
Τα κύρια χαρακτηριστικά του κατευθυντικού συζεύκτη:
- Συχνότητες λειτουργίας - το εύρος συχνοτήτων στο οποίο οι κύριοι δείκτες δεν υπερβαίνουν τον κανόνα. Ο ζεύκτης μου έχει σχεδιαστεί για συχνότητες από 1 έως 1000 MHz
- Υποκατάστημα (Σύζευξη) - ποιο μέρος του σήματος (σε ντεσιμπέλ) θα εκτραπεί όταν το κύμα κατευθύνεται από το IN στο OUT
- Κατευθυντικότητα - πόσο λιγότερο σήμα θα εκτραπεί όταν το σήμα κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση από το OUT στο IN
Με την πρώτη ματιά, αυτό φαίνεται μάλλον μπερδεμένο. Για λόγους σαφήνειας, ας φανταστούμε τη βρύση σαν σωλήνα νερού, με μια μικρή έξοδο μέσα. Η εκτροπή γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε όταν το νερό κινείται προς τα εμπρός (από IN προς OUT), σημαντικό μέρος του νερού να εκτρέπεται. Η ποσότητα του νερού που εκτρέπεται προς αυτή την κατεύθυνση καθορίζεται από την παράμετρο Coupling στο φύλλο δεδομένων του ζεύκτη.
Όταν το νερό κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση, αποβάλλεται πολύ λιγότερο νερό. Θα πρέπει να λαμβάνεται ως παρενέργεια. Η ποσότητα νερού που αφαιρείται κατά τη διάρκεια αυτής της κίνησης καθορίζεται από την παράμετρο Directivity στο φύλλο δεδομένων. Όσο μικρότερη είναι αυτή η παράμετρος (όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή dB), τόσο το καλύτερο για την εργασία μας.
διάγραμμα κυκλώματος
Εφόσον θέλουμε να μετρήσουμε το επίπεδο του σήματος που ανακλάται από την κεραία, το συνδέουμε στο IN του ζεύκτη και τη γεννήτρια στο OUT. Έτσι, ένα μέρος του σήματος που ανακλάται από την κεραία θα φτάσει στον δέκτη για μέτρηση.
Πατήστε το διάγραμμα σύνδεσης. Το ανακλώμενο σήμα αποστέλλεται στον δέκτη
Ρύθμιση μέτρησης
Ας συναρμολογήσουμε την εγκατάσταση για τη μέτρηση SWR σύμφωνα με το διάγραμμα κυκλώματος. Στην έξοδο της γεννήτριας της συσκευής, τοποθετούμε επιπλέον έναν εξασθενητή με εξασθένηση 15 dB. Αυτό θα βελτιώσει την αντιστοίχιση του ζεύκτη με την έξοδο της γεννήτριας και θα αυξήσει την ακρίβεια της μέτρησης. Ο εξασθενητής μπορεί να ληφθεί με εξασθένηση 5..15 dB. Η τιμή εξασθένησης λαμβάνεται αυτόματα υπόψη κατά την επόμενη βαθμονόμηση.
Ο εξασθενητής εξασθενεί το σήμα κατά σταθερό αριθμό ντεσιμπέλ. Το κύριο χαρακτηριστικό του εξασθενητή είναι ο συντελεστής εξασθένησης (εξασθένηση) του σήματος και το εύρος συχνοτήτων λειτουργίας. Σε συχνότητες εκτός του εύρους λειτουργίας, τα χαρακτηριστικά του εξασθενητή μπορεί να αλλάξουν απρόβλεπτα.
Έτσι φαίνεται η τελική ρύθμιση. Πρέπει επίσης να θυμάστε να εφαρμόζετε ένα σήμα ενδιάμεσης συχνότητας (IF) από τη μονάδα OSA-6G στην κύρια πλακέτα της συσκευής. Για να γίνει αυτό, συνδέουμε τη θύρα IF OUTPUT στην κύρια πλακέτα με το INPUT στη μονάδα OSA-6G.
Για να μειώσω το επίπεδο παρεμβολών από το τροφοδοτικό μεταγωγής του φορητού υπολογιστή, πραγματοποιώ όλες τις μετρήσεις όταν ο φορητός υπολογιστής τροφοδοτείται από την μπαταρία.
Βαθμονόμηση
Πριν ξεκινήσετε τις μετρήσεις, είναι απαραίτητο να βεβαιωθείτε ότι όλα τα εξαρτήματα της συσκευής είναι σε καλή κατάσταση και η ποιότητα των καλωδίων, γι 'αυτό συνδέουμε τη γεννήτρια και τον δέκτη με ένα καλώδιο απευθείας, ενεργοποιούμε τη γεννήτρια και μετράμε την απόκριση συχνότητας. Παίρνουμε ένα σχεδόν επίπεδο γράφημα στα 0dB. Αυτό σημαίνει ότι σε όλο το εύρος συχνοτήτων, ολόκληρη η ακτινοβολούμενη ισχύς της γεννήτριας έφτασε στον δέκτη.
Σύνδεση της γεννήτριας απευθείας στον δέκτη
Ας προσθέσουμε έναν εξασθενητή στο κύκλωμα. Μπορείτε να δείτε σχεδόν ομοιόμορφη εξασθένηση σήματος 15dB σε όλο το εύρος.
Σύνδεση της γεννήτριας μέσω εξασθενητή 15dB στον δέκτη
Συνδέστε τη γεννήτρια στο βύσμα OUT του ζεύκτη και το δέκτη στο CPL του συζεύκτη. Εφόσον δεν υπάρχει φορτίο συνδεδεμένο στη θύρα IN, όλο το παραγόμενο σήμα πρέπει να ανακλάται και μέρος του πρέπει να διακλαδωθεί στον δέκτη. Σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων για τον ζεύκτη μας (), η παράμετρος Coupling είναι ~15db, που σημαίνει ότι θα πρέπει να δούμε μια οριζόντια γραμμή στα -30 dB περίπου (σύζευξη + εξασθένηση εξασθενητή). Επειδή όμως το εύρος λειτουργίας του ζεύκτη περιορίζεται στο 1 GHz, όλες οι μετρήσεις πάνω από αυτή τη συχνότητα μπορούν να θεωρηθούν άνευ σημασίας. Αυτό φαίνεται καθαρά στο γράφημα, μετά από 1 GHz οι μετρήσεις είναι χαοτικές και δεν έχουν νόημα. Επομένως, θα πραγματοποιήσουμε όλες τις περαιτέρω μετρήσεις στο εύρος λειτουργίας του ζεύκτη.
Πατήστε σύνδεση χωρίς φορτίο. Το όριο του εύρους λειτουργίας του ζεύκτη είναι ορατό.
Δεδομένου ότι τα δεδομένα μέτρησης πάνω από 1 GHz, στην περίπτωσή μας, δεν έχουν νόημα, θα περιορίσουμε τη μέγιστη συχνότητα της γεννήτριας στις τιμές λειτουργίας του ζεύκτη. Κατά τη μέτρηση, παίρνουμε μια ευθεία γραμμή.
Περιορισμός της εμβέλειας της γεννήτριας στην περιοχή λειτουργίας του ζεύκτη
Για να μετρήσουμε οπτικά το SWR των κεραιών, πρέπει να βαθμονομήσουμε για να πάρουμε τις παραμέτρους του ρεύματος του κυκλώματος (100% ανάκλαση) ως σημείο αναφοράς, δηλαδή μηδέν dB. Για να γίνει αυτό, το OSA103 Mini διαθέτει ενσωματωμένη λειτουργία βαθμονόμησης. Η βαθμονόμηση εκτελείται χωρίς συνδεδεμένη κεραία (φορτίο), τα δεδομένα βαθμονόμησης εγγράφονται σε ένα αρχείο και στη συνέχεια λαμβάνονται αυτόματα υπόψη κατά τη σχεδίαση γραφημάτων.
Λειτουργία βαθμονόμησης απόκρισης συχνότητας στο λογισμικό OSA103 Mini
Εφαρμόζοντας τα αποτελέσματα της βαθμονόμησης και εκτελώντας τις μετρήσεις χωρίς φορτίο, παίρνουμε ένα επίπεδο γράφημα στα 0dB.
Γράφημα μετά τη βαθμονόμηση
Μετράμε κεραίες
Τώρα μπορείτε να ξεκινήσετε τη μέτρηση των κεραιών. Μέσω της βαθμονόμησης, θα δούμε και θα μετρήσουμε τη μείωση της ανάκλασης μετά τη σύνδεση της κεραίας.
Κεραία από το Aliexpress στα 433 MHz
Κεραία με σήμανση 443 MHz. Μπορεί να φανεί ότι η κεραία λειτουργεί πιο αποτελεσματικά στη ζώνη των 446 MHz, σε αυτή τη συχνότητα το SWR είναι 1.16. Ταυτόχρονα, στη δηλωμένη συχνότητα, η απόδοση είναι σημαντικά χειρότερη, στα 433MHz SWR 4,2.
Άγνωστη κεραία 1
Η κεραία δεν έχει επισημανθεί. Κρίνοντας από το χρονοδιάγραμμα, έχει σχεδιαστεί για 800 MHz, πιθανώς για τη ζώνη GSM. Για να είμαι δίκαιος, αυτή η κεραία λειτουργεί και στα 1800 MHz, αλλά λόγω περιορισμών του ζεύκτη, δεν μπορώ να κάνω σωστές μετρήσεις σε αυτές τις συχνότητες.
Άγνωστη κεραία 2
Άλλη μια κεραία που βρισκόταν εδώ και καιρό στα κουτιά μου. Προφανώς, και για τη μπάντα GSM, αλλά καλύτερη από την προηγούμενη. Σε συχνότητα 764 MHz, το SWR είναι κοντά στη μονάδα, στα 900 MHz, το SWR είναι 1.4.
Άγνωστη κεραία 3
Μοιάζει με κεραία Wi-Fi, αλλά για κάποιο λόγο η υποδοχή είναι SMA-Male και όχι RP-SMA, όπως όλες οι κεραίες Wi-Fi. Αν κρίνουμε από τις μετρήσεις, σε συχνότητες έως 1 MHz, αυτή η κεραία είναι άχρηστη. Και πάλι, λόγω των περιορισμών του ζεύκτη, δεν θα ξέρουμε τι είδους κεραία είναι.
Τηλεσκοπική κεραία
Ας προσπαθήσουμε να υπολογίσουμε πόσο χρειάζεστε για να επεκτείνετε την τηλεσκοπική κεραία για τη ζώνη των 433 MHz. Ο τύπος για τον υπολογισμό του μήκους κύματος: λ = C/f, όπου C είναι η ταχύτητα του φωτός, f είναι η συχνότητα.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
πλήρες μήκος κύματος - 69,24 εκ
μισού μήκους κύματος - 34,62 εκ
τέταρτο του μήκους κύματος - 17,31 εκ
Η κεραία που υπολογίστηκε με αυτόν τον τρόπο αποδείχθηκε απολύτως άχρηστη. Σε συχνότητα 433 MHz, η τιμή SWR είναι 11.
Επεκτείνοντας πειραματικά την κεραία, κατάφερα να πετύχω ελάχιστο SWR 2.8 με μήκος κεραίας περίπου 50 εκ. Αποδείχθηκε ότι το πάχος των τμημάτων έχει μεγάλη σημασία. Δηλαδή, όταν επεκτάθηκαν μόνο λεπτά ακραία τμήματα, το αποτέλεσμα ήταν καλύτερο από ό,τι όταν επεκτάθηκαν μόνο παχιά τμήματα στο ίδιο μήκος. Δεν ξέρω πόσο περισσότερο πρέπει να βασιστεί κανείς σε αυτούς τους υπολογισμούς με το μήκος της τηλεσκοπικής κεραίας, γιατί στην πράξη δεν λειτουργούν. Ίσως με άλλες κεραίες ή συχνότητες να λειτουργεί διαφορετικά, δεν ξέρω.
Κομμάτι σύρματος στα 433 MHz
Συχνά σε διάφορες συσκευές, όπως διακόπτες ραδιοφώνου, μπορείτε να δείτε ένα κομμάτι ευθύγραμμου σύρματος ως κεραία. Έκοψα ένα κομμάτι σύρματος ίσο με το ένα τέταρτο του μήκους κύματος των 433 MHz (17,3 cm) και επικασσιτέρωσα το άκρο έτσι ώστε να εφαρμόζει άνετα στον σύνδεσμο SMA Female.
Το αποτέλεσμα αποδείχθηκε περίεργο: ένα τέτοιο καλώδιο λειτουργεί καλά στα 360 MHz, αλλά είναι άχρηστο στα 433 MHz.
Άρχισα να κόβω το σύρμα από την άκρη κομμάτι κομμάτι και να κοιτάζω τις ενδείξεις. Η βουτιά στο γράφημα άρχισε να μετατοπίζεται αργά προς τα δεξιά, προς τα 433 MHz. Ως αποτέλεσμα, σε ένα μήκος καλωδίου περίπου 15,5 cm, κατάφερα να πάρω τη χαμηλότερη τιμή SWR 1.8 σε συχνότητα 438 MHz. Η περαιτέρω βράχυνση του καλωδίου οδήγησε σε αύξηση του SWR.
Συμπέρασμα
Λόγω των περιορισμών του συζεύκτη, δεν ήταν δυνατή η μέτρηση κεραιών σε ζώνες άνω του 1 GHz, όπως κεραίες Wi-Fi. Αυτό θα μπορούσε να γίνει αν είχα έναν φαρδύτερο ζεύκτη.
Ένας ζεύκτης, τα καλώδια σύνδεσης, μια συσκευή, ακόμη και ένας φορητός υπολογιστής είναι μέρη του συστήματος κεραίας που προκύπτει. Η γεωμετρία τους, η θέση τους στο χώρο και τα γύρω αντικείμενα επηρεάζουν το αποτέλεσμα της μέτρησης. Μετά τη ρύθμιση σε πραγματικό ραδιοφωνικό σταθμό ή μόντεμ, η συχνότητα μπορεί να αλλάξει, επειδή. το σώμα του ραδιοφωνικού σταθμού, το μόντεμ, το σώμα του χειριστή θα γίνει μέρος της κεραίας.
Το OSA103 Mini είναι μια πολύ δροσερή πολυλειτουργική συσκευή. Εκφράζω την ευγνωμοσύνη μου στον προγραμματιστή του για συμβουλές κατά τη διάρκεια των μετρήσεων.
Πηγή: www.habr.com