Mis riba jaoks see antenn on? Mõõdame antenni omadusi

— Millise leviala jaoks see antenn on mõeldud?
- Ma ei tea, kontrollige.
- MIDA?!?!

Kuidas saate kindlaks teha, milline antenn teie käes on, kui sellel pole märgistust? Kuidas aru saada, milline antenn on parem või halvem? See probleem on mind vaevanud pikka aega.
Artiklis kirjeldatakse lihtsas keeles antenni omaduste mõõtmise tehnikat ja antenni sagedusvahemiku määramise meetodit.

Kogenud raadioinseneridele võib see teave tunduda triviaalne ja mõõtmistehnika ei pruugi olla piisavalt täpne. Artikkel on mõeldud neile, kes raadioelektroonikast üldse midagi aru ei saa, nagu mina.

TL; DR Mõõdame antennide SWR-i erinevatel sagedustel, kasutades OSA 103 Mini seadet ja suundsidurit, joonistades SWR-i sõltuvuse sagedusest.

Теория

Kui saatja saadab signaali antennile, kiirgatakse osa energiast õhku ning osa peegeldub ja tagastatakse tagasi. Kiirunud ja peegeldunud energia suhet iseloomustab seisulaine suhe (SWR või SWR). Mida madalam on SWR, seda suurem osa saatja energiast kiirgub raadiolainetena. SWR = 1 juures peegeldust ei toimu (kogu energia kiirgatakse). Pärisantenni SWR on alati suurem kui 1.

Kui saadate antennile erineva sagedusega signaali ja samal ajal mõõta SWR-i, ​​saate teada, millisel sagedusel on peegeldus minimaalne. See on antenni tööulatus. Samuti saate võrrelda sama sagedusala erinevaid antenne ja leida, milline neist on parem.

Osa saatja signaalist peegeldub antennilt

Teatud sagedusele mõeldud antenn peaks teoreetiliselt oma töösagedustel olema madalaima SWR-iga. See tähendab, et piisab, kui kiirata antenni erinevatel sagedustel ja leida, millisel sagedusel on peegeldus väikseim ehk maksimaalne energiahulk, mis raadiolainetena välja pääseb.

Olles võimeline genereerima erinevatel sagedustel signaali ja mõõtma peegeldust, saame luua graafiku, mille sagedus on X-teljel ja signaali peegeldusvõime Y-teljel. Selle tulemusel tekib seal, kus graafikul on langus (st signaali kõige väiksem peegeldus), antenni tööulatus.

Peegelduse ja sageduse kujuteldav graafik. Kogu ulatuses on peegeldus 100%, välja arvatud antenni töösagedus.

Seade Osa103 Mini

Mõõtmiseks kasutame OSA103 miniSee on universaalne mõõteriist, mis ühendab endas ostsilloskoobi, signaaligeneraatori, spektrianalüsaatori, sageduskarakteristiku/faasikarakteristiku mõõturi, vektorantenni analüsaatori, LC-meetri ja isegi SDR-transiiveri. OSA103 Mini tööulatus on piiratud 100 MHz-ni, samas kui OSA-6G moodul laiendab sagedusvahemikku sageduskarakteristiku režiimis 6 GHz-ni. Natiivne tarkvara koos kõigi funktsioonidega on 3 MB suurune ja töötab all... Windows ja veini kaudu Linux.

Osa103 Mini - universaalne mõõteseade raadioamatööridele ja inseneridele

Suunaühendus

Suunaühendus on seade, mis suunab väikese osa RF-signaalist, mis liigub kindlas suunas. Meie puhul peab see mõõtmiseks hargnema osa peegeldunud signaalist (läheb antennist tagasi generaatorisse).
Suunaühenduse töö visuaalne selgitus: youtube.com/watch?v=iBK9ZIx9YaY

Suunaühenduse peamised omadused:

• Töösagedused - sagedusvahemik, mille puhul põhinäitajad ei ületa normaalpiire. Minu sidur on mõeldud sagedustele 1 kuni 1000 MHz
• Filiaal (ühendus) - milline osa signaalist (detsibellides) võetakse ära, kui laine suunatakse IN-st VÄLJA
• Suunatus — kui palju vähem signaali eemaldatakse, kui signaal liigub vastassuunas VÄLJAST SISSE

Esmapilgul tundub see üsna segane. Selguse huvides kujutame ühendust veetoruna, mille sees on väike väljalaskeava. Drenaaž on tehtud nii, et kui vesi liigub ettepoole (IN-st VÄLJA), eemaldatakse oluline osa veest. Selles suunas välja juhitava vee koguse määrab siduri andmelehel parameeter Coupling.

Kui vesi liigub vastassuunas, eemaldatakse vett oluliselt vähem. Seda tuleks võtta kui kõrvalmõju. Selle liikumise käigus välja voolava veekoguse määrab andmelehel olev parameeter Suunatus. Mida väiksem on see parameeter (mida suurem on dB väärtus), seda parem meie ülesande jaoks.

Elektriskeem

Kuna soovime mõõta antennilt peegelduva signaali taset, siis ühendame selle siduri sisendiga ja generaatori väljundiga OUT. Seega jõuab osa antennilt peegelduvast signaalist mõõtmiseks vastuvõtjasse.

Kraani ühendusskeem. Peegeldunud signaal saadetakse vastuvõtjasse

Mõõtmise seadistus

Koostame SWR-i mõõtmise seadistuse vastavalt vooluringiskeemile. Seadme generaatori väljundisse paigaldame lisaks summuti 15 dB. See parandab siduri sobitumist generaatori väljundiga ja suurendab mõõtmise täpsust. Atenuaatorit saab võtta summutusega 5...15 dB. Summutuse suurust võetakse järgneval kalibreerimisel automaatselt arvesse.

Atenuaator summutab signaali kindla arvu detsibellide võrra. Atenuaatori peamine omadus on signaali sumbumiskoefitsient ja töösagedusvahemik. Töövahemikust väljapoole jäävatel sagedustel võib atenuaatori jõudlus ettearvamatult muutuda.

Selline näeb välja lõplik paigaldus. Peate meeles pidama ka OSA-6G mooduli vahesageduse (IF) signaali edastamist seadme põhiplaadile. Selleks ühendage põhiplaadi IF OUTPUT port OSA-6G mooduli sisendiga.

Sülearvuti lülitustoiteallikast tulenevate häirete taseme vähendamiseks teostan kõik mõõtmised, kui sülearvuti töötab akutoitel.

Kalibreerimine

Enne mõõtmiste alustamist tuleb veenduda, et seadme kõik komponendid on töökorras ja kaablite kvaliteet, selleks ühendame generaatori ja vastuvõtja otse kaabliga, lülitame sisse generaatori ja mõõdame sagedust. vastuseks. Saame peaaegu lame graafiku 0dB juures. See tähendab, et kogu sagedusvahemikus jõudis kogu generaatori kiirgusvõimsus vastuvõtjani.

Generaatori ühendamine otse vastuvõtjaga

Lisame ahelasse summuti. Peaaegu ühtlane signaali sumbumine 15 dB on nähtav kogu ulatuses.

Generaatori ühendamine läbi 15dB summuti vastuvõtjaga

Ühendame generaatori siduri OUT-pistikuga ja vastuvõtja siduri CPL-pistikuga. Kuna sisendpordiga pole ühendatud koormust, peab kogu genereeritud signaal peegelduma ja osa sellest vastuvõtjasse hargnema. Vastavalt meie siduri andmelehele (ZEDC-15-2B), on sidestuse parameeter ~ 15 db, mis tähendab, et peaksime nägema horisontaalset joont tasemel umbes -30 dB (sidestus + summuti sumbumine). Aga kuna siduri tööpiirkond on piiratud 1 GHz-ga, siis võib kõiki üle selle sageduse tehtud mõõtmisi pidada mõttetuks. See on graafikul selgelt näha, pärast 1 GHz on näidud kaootilised ja mõttetud. Seetõttu viime kõik edasised mõõtmised läbi siduri tööpiirkonnas.

Kraani ühendamine ilma koormuseta. Siduri tööpiirkonna piir on nähtav.

Kuna üle 1 GHz mõõtmisandmetel pole meie puhul mõtet, piirame generaatori maksimaalset sagedust siduri tööväärtustega. Mõõtmisel saame sirge.

Generaatori tööpiirkonna piiramine siduri tööpiirkonnaga

Antennide SWR-i visuaalseks mõõtmiseks peame tegema kalibreerimise, et võtta võrdluspunktiks vooluahela praegused parameetrid (100% peegeldus), see tähendab null dB. Selleks on OSA103 Mini programmil sisseehitatud kalibreerimisfunktsioon. Kalibreerimine toimub ilma ühendatud antennita (koormuseta), kalibreerimisandmed kirjutatakse faili ja võetakse edaspidi automaatselt arvesse graafikute koostamisel.

Sageduskarakteristiku kalibreerimisfunktsioon programmis OSA103 Mini

Kalibreerimistulemusi rakendades ja koormuseta mõõtmisi teostades saame tasase graafiku 0dB juures.

Graafik pärast kalibreerimist

Mõõdame antenne

Nüüd saate hakata antenne mõõtma. Tänu kalibreerimisele näeme ja mõõdame peegelduse vähenemist pärast antenni ühendamist.

Aliexpressi antenn sagedusel 433 MHz

Antenn märgistatud 443MHz. On näha, et antenn töötab kõige tõhusamalt 446MHz vahemikus, sellel sagedusel on SWR 1.16. Samal ajal on deklareeritud sagedusel jõudlus oluliselt halvem, sagedusel 433MHz on SWR 4,2.

Tundmatu antenn 1

Antenn ilma märgistuseta. Graafiku järgi otsustades on see mõeldud 800 MHz jaoks, arvatavasti GSM sagedusala jaoks. Ausalt öeldes töötab see antenn ka 1800 MHz, kuid siduri piirangute tõttu ei saa ma nendel sagedustel kehtivaid mõõtmisi teha.

Tundmatu antenn 2

Järjekordne antenn, mis on pikka aega mu kastides lebanud. Ilmselt ka GSM levialale, aga parem kui eelmine. Sagedusel 764 MHz on SWR ühtsuse lähedal, 900 MHz juures on SWR 1.4.

Tundmatu antenn 3

See näeb välja nagu Wi-Fi antenn, kuid millegipärast on pistik SMA-Male, mitte RP-SMA, nagu kõik Wi-Fi antennid. Mõõtmiste järgi otsustades on sagedustel kuni 1 MHz see antenn kasutu. Jällegi, siduri piirangute tõttu ei saa me teada, mis tüüpi antenn see on.

Teleskoopantenn

Proovime välja arvutada, kui kaugele tuleb teleskoopantenni 433MHz vahemiku jaoks pikendada. Lainepikkuse arvutamise valem on: λ = C/f, kus C on valguse kiirus, f on sagedus.

299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279

Täis lainepikkus - 69,24 cm
Poollainepikkus - 34,62 cm
Kvartal lainepikkus - 17,31 cm

Selliselt disainitud antenn osutus täiesti kasutuks. Sagedusel 433 MHz on SWR väärtus 11.

Antenni katseliselt pikendades õnnestus mul saavutada antenni pikkusega ca 2.8 cm minimaalseks SWR-iks 50. Selgus, et sektsioonide paksusel on suur tähtsus. See tähendab, et ainult õhukesi välimisi sektsioone pikendades oli tulemus parem kui ainult paksude osade sama pikkusega pikendamisel. Ma ei tea, kui palju peaksite edaspidi teleskoopantenni pikkusega nendele arvutustele lootma, sest praktikas need ei tööta. Võib-olla töötab see teiste antennide või sagedustega teisiti, ma ei tea.

Traadijupp sagedusel 433MHz

Tihtipeale on erinevates seadmetes, näiteks raadiolülitites, näha antennina sirget traati. Lõikasin juhtmejupi, mis võrdub veerandlainepikkusega 433 MHz (17,3 cm) ja tinatasin selle otsa nii, et see sobiks tihedalt SMA Female konnektorisse.

Tulemus oli kummaline: selline juhe töötab hästi sagedusel 360 MHz, kuid on kasutu sagedusel 433 MHz.


Hakkasin jupphaaval traati otsast maha lõikama ja näitu vaatama. Graafiku langus hakkas aeglaselt liikuma paremale, 433 MHz suunas. Selle tulemusel õnnestus mul umbes 15,5 cm pikkuse juhtme pikkusega saada väikseim SWR väärtus 1.8 sagedusel 438 MHz. Kaabli edasine lühendamine tõi kaasa terastrosside suurenemise.

Järeldus

Ühenduse piirangute tõttu ei olnud võimalik mõõta antenne üle 1 GHz sagedusalades, näiteks Wi-Fi antenne. Seda oleks saanud teha, kui mul oleks olnud suurema ribalaiusega sidur.

Ühendus, ühenduskaablid, seade ja isegi sülearvuti on kõik saadud antennisüsteemi osad. Nende geomeetria, asend ruumis ja ümbritsevad objektid mõjutavad mõõtmistulemust. Pärast installimist päris raadiojaamale või modemile võib sagedus nihkuda, kuna raadiojaama korpus, modem ja operaatori korpus muutuvad antenni osaks.

OSA103 Mini on väga lahe multifunktsionaalne seade. Tänan selle arendajat mõõtmiste ajal konsulteerimise eest.

Allikas: www.habr.com