Mille kaistalle tämä antenni on tarkoitettu?
En tiedä, tarkista.
- MITÄ?!?!
Kuinka määrittää, millainen antenni sinulla on käsissäsi, jos siinä ei ole merkintää? Kuinka ymmärtää, mikä antenni on parempi tai huonompi? Tämä ongelma on vaivannut minua pitkään.
Artikkelissa kuvataan yksinkertaisella tavalla menetelmä antennien ominaisuuksien mittaamiseksi ja menetelmä antennin taajuusalueen määrittämiseksi.
Kokeneille radioinsinööreille tämä tieto saattaa tuntua banaalilta, ja mittaustekniikka ei välttämättä ole riittävän tarkka. Artikkeli on tarkoitettu niille, jotka eivät ymmärrä radioelektroniikasta yhtään mitään, kuten minä.
TL; DR Mittaamme antennien SWR:n eri taajuuksilla OSA 103 Mini -instrumentilla ja suuntakytkimellä, piirrä SWR taajuuden funktiona.
teoria
Kun lähetin lähettää signaalin antenniin, osa energiasta säteilee ilmaan ja osa heijastuu ja palautetaan takaisin. Säteilevän ja heijastuneen energian suhdetta kuvaa seisova aaltosuhde (SWR tai SWR). Mitä pienempi SWR, sitä enemmän lähettimen energiaa säteilee radioaaltoina. SWR = 1:ssä ei ole heijastusta (kaikki energia säteilee). Todellisen antennin SWR on aina suurempi kuin 1.
Jos lähetät eri taajuuksilla signaalin antenniin ja mittaat samanaikaisesti SWR:n, voit selvittää millä taajuudella heijastus on minimaalista. Tämä on antennin toiminta-alue. Voit myös verrata saman alueen eri antenneja keskenään ja selvittää, mikä on parempi.
Osa lähettimen signaalista heijastuu antennista
Tietylle taajuudelle mitoitetulla antennilla tulisi teoriassa olla alhaisin SWR toimintataajuuksillaan. Tämä tarkoittaa, että riittää säteilemään antenniin eri taajuuksilla ja selvittämään, millä taajuudella heijastus on pienin, eli suurin radioaaltojen muodossa lentänyt energiamäärä.
Pystymällä generoimaan signaalin eri taajuuksilla ja mittaamaan heijastuksen, voimme piirtää x-akselin taajuudella ja y-akselilla signaalin heijastuskyvyn. Seurauksena on, että missä kaaviossa on lasku (eli signaalin pienin heijastus), siellä on antennin toiminta-alue.
Kuvitteellinen käyrä heijastuksesta vs. taajuus. Heijastus on 100 % koko alueella antennin toimintataajuutta lukuun ottamatta.
Laite Osa103 Mini
Käytämme mittauksiin . Se on monipuolinen mittauslaite, joka yhdistää oskilloskoopin, signaaligeneraattorin, spektrianalysaattorin, taajuusvaste-/vaihevastemittarin, vektoriantennianalysaattorin, LC-mittarin ja jopa SDR-lähetin-vastaanottimen. Toiminta-alue OSA103 Mini on rajoitettu 100 MHz:iin, OSA-6G-moduuli laajentaa taajuusalueen taajuusvasteen tilassa jopa 6 GHz:iin. Natiiviohjelma kaikilla toiminnoineen painaa 3 MB, toimii Windowsissa ja Winin kautta Linuxissa.
Osa103 Mini on yleiskäyttöinen mittauslaite radioamatööreille ja insinööreille
Suuntakytkin
Suuntakytkin on laite, joka siirtää pienen osan RF-signaalista, joka kulkee tiettyyn suuntaan. Meidän tapauksessamme sen täytyy haarautua osa heijastuneesta signaalista (jotka tulee antennista takaisin generaattoriin) mitatakseen sitä.
Visuaalinen selitys suuntakytkimen toiminnasta:
Suuntakytkimen pääominaisuudet:
- Toimintataajuudet - taajuusalue, jolla pääindikaattorit eivät ylitä normia. Liittimeni on suunniteltu taajuuksille 1 - 1000 MHz
- Haara (kytkentä) - mikä osa signaalista (desibeleinä) siirtyy, kun aalto suunnataan IN:stä OUT:iin
- Suuntaus - kuinka paljon vähemmän signaalia siirretään, kun signaali liikkuu vastakkaiseen suuntaan OUT:sta IN
Ensi silmäyksellä tämä näyttää melko hämmentävältä. Selvyyden vuoksi kuvitellaan hana vesiputkeksi, jonka sisällä on pieni ulostulo. Ohjaus tehdään siten, että kun vesi liikkuu eteenpäin (SISÄÄN ULOSpäin), merkittävä osa vedestä ohjautuu. Tähän suuntaan ohjautuvan veden määrä määräytyy kytkimen tietolomakkeessa olevalla Coupling-parametrilla.
Kun vesi liikkuu vastakkaiseen suuntaan, vettä poistuu paljon vähemmän. Se on otettava sivuvaikutuksena. Tämän liikkeen aikana poistuvan veden määrä määräytyy tietolomakkeen Directivity-parametrilla. Mitä pienempi tämä parametri (mitä suurempi dB-arvo), sitä parempi tehtävämme kannalta.
Kytkentäkaavio
Koska haluamme mitata antennista heijastuneen signaalin tasoa, yhdistämme sen kytkimen IN-liitäntään ja generaattorin OUT-liitäntään. Siten osa antennista heijastuvasta signaalista pääsee vastaanottimeen mittausta varten.
Napauta kytkentäkaavio. Heijastunut signaali lähetetään vastaanottimeen
Mittausasetukset
Kootaan SWR:n mittauslaitteisto kytkentäkaavion mukaisesti. Laitteen generaattorilähtöön asennamme lisäksi vaimennuksen, jonka vaimennus on 15 dB. Tämä parantaa kytkimen yhteensopivuutta generaattorin ulostulon kanssa ja lisää mittauksen tarkkuutta. Vaimennin voidaan ottaa 5...15 dB:n vaimennuksena. Vaimennusarvo otetaan automaattisesti huomioon myöhemmän kalibroinnin yhteydessä.
Vaimennin vaimentaa signaalia kiinteällä desibeleillä. Vaimentimen pääominaisuus on signaalin vaimennuskerroin (vaimennus) ja toimintataajuusalue. Toiminta-alueen ulkopuolisilla taajuuksilla vaimentimen ominaisuudet voivat muuttua arvaamattomasti.
Lopullinen kokoonpano näyttää tältä. Sinun tulee myös muistaa siirtää välitaajuus (IF) signaali OSA-6G-moduulista laitteen emolevylle. Tätä varten yhdistämme emolevyn IF OUTPUT -portin OSA-6G-moduulin INPUT-liittimeen.
Kannettavan tietokoneen hakkurivirtalähteen aiheuttamien häiriöiden vähentämiseksi teen kaikki mittaukset, kun kannettava tietokone saa virtansa akusta.
kalibrointi
Ennen mittausten aloittamista on varmistettava, että laitteen kaikki komponentit ovat hyvässä kunnossa ja kaapelien laatu, tätä varten yhdistämme generaattorin ja vastaanottimen suoraan kaapelilla, käynnistämme generaattorin ja mittaamme taajuusvasteen. Saamme lähes litteän kaavion 0dB:llä. Tämä tarkoittaa, että generaattorin koko säteilyteho saavutti vastaanottimen koko taajuusalueella.
Generaattorin kytkeminen suoraan vastaanottimeen
Lisätään piiriin vaimennin. Näet lähes tasaisen 15 dB:n signaalin vaimennuksen koko alueella.
Generaattorin kytkeminen vastaanottimeen 15 dB:n vaimentimen kautta
Liitä generaattori kytkimen OUT-liittimeen ja vastaanotin kytkimen CPL:ään. Koska IN-porttiin ei ole kytketty kuormaa, kaiken generoidun signaalin on heijastuttava ja osa siitä on haarautunut vastaanottimeen. Kytkimemme teknisten tietojen mukaan (), Coupling-parametri on ~15 db, mikä tarkoittaa, että meidän pitäisi nähdä vaakasuora viiva noin -30 dB:ssä (kytkentä + vaimentimen vaimennus). Mutta koska kytkimen toiminta-alue on rajoitettu 1 GHz:iin, kaikkia tämän taajuuden yläpuolella olevia mittauksia voidaan pitää merkityksettöminä. Tämä näkyy selvästi kaaviossa, 1 GHz:n jälkeen lukemat ovat kaoottisia ja niissä ei ole järkeä. Siksi teemme kaikki lisämittaukset kytkimen toiminta-alueella.
Napauta yhteys ilman kuormaa. Kytkimen toiminta-alueen raja on näkyvissä.
Koska yli 1 GHz:n mittaustiedoissa meidän tapauksessamme ei ole järkeä, rajoitamme generaattorin maksimitaajuuden kytkimen käyttöarvoihin. Mittaamalla saamme suoran.
Generaattorin toiminta-alueen rajoittaminen kytkimen toiminta-alueelle
Antennin SWR:n visuaalista mittaamista varten meidän on kalibroitava ottamaan vertailupisteeksi virtapiirin parametrit (100 % heijastus), eli nolla dB. Tätä varten OSA103 Minissä on sisäänrakennettu kalibrointitoiminto. Kalibrointi suoritetaan ilman kytkettyä antennia (kuormaa), kalibrointitiedot kirjoitetaan tiedostoon ja otetaan sitten automaattisesti huomioon kaavioita piirrettäessä.
Taajuusvasteen kalibrointitoiminto OSA103 Mini -ohjelmistossa
Käyttämällä kalibroinnin tuloksia ja suorittamalla mittaukset ilman kuormaa, saadaan tasainen käyrä 0dB:llä.
Kaavio kalibroinnin jälkeen
Mittaamme antennit
Nyt voit aloittaa antennien mittaamisen. Kalibroinnin avulla näemme ja mittaamme heijastuksen vähenemisen antennin kytkemisen jälkeen.
Aliexpressin antenni taajuudella 433 MHz
Antenni merkitty 443MHz. On nähtävissä, että antenni toimii tehokkaimmin 446 MHz:n kaistalla, tällä taajuudella SWR on 1.16. Samaan aikaan ilmoitetulla taajuudella suorituskyky on huomattavasti huonompi, 433MHz SWR 4,2.
Tuntematon antenni 1
Antenni merkitsemätön. Aikataulun perusteella se on suunniteltu 800 MHz:lle, oletettavasti GSM-kaistalle. Rehellisyyden nimissä tämä antenni toimii myös 1800 MHz:llä, mutta kytkimen rajoitusten vuoksi en voi tehdä oikeita mittauksia näillä taajuuksilla.
Tuntematon antenni 2
Toinen antenni, joka on ollut laatikoissani pitkään. Ilmeisesti myös GSM-kaistalle, mutta parempi kuin edellinen. Taajuudella 764 MHz SWR on lähellä yhtenäisyyttä, 900 MHz:n SWR on 1.4.
Tuntematon antenni 3
Se näyttää Wi-Fi-antennilta, mutta jostain syystä liitin on SMA-Male, eikä RP-SMA, kuten kaikki Wi-Fi-antennit. Mittausten perusteella 1 MHz:n taajuuksilla tämä antenni on hyödytön. Jälleen kytkimen rajoitusten vuoksi emme tiedä, millainen antenni se on.
Teleskooppinen antenni
Yritetään laskea kuinka paljon teleskooppiantennia pitää laajentaa 433 MHz:n kaistalle. Aallonpituuden laskentakaava: λ = C/f, missä C on valon nopeus, f on taajuus.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
täysi aallonpituus - 69,24 cm
puoli aallonpituutta - 34,62 cm
neljännesaallonpituus - 17,31 cm
Tällä tavalla laskettu antenni osoittautui täysin hyödyttömäksi. 433 MHz:n taajuudella SWR-arvo on 11.
Kokeellisesti antennia pidentämällä onnistuin saavuttamaan vähintään SWR 2.8 antennin pituudella noin 50 cm. Osoittautui, että osien paksuudella on suuri merkitys. Eli kun vain ohuita päätyosia pidennettiin, tulos oli parempi kuin vain paksuja osia pidennettäessä samalle pituudelle. En tiedä kuinka pitkälle näihin laskelmiin pitäisi luottaa teleskooppisen antennin pituuden kanssa, koska käytännössä ne eivät toimi. Ehkä muilla antenneilla tai taajuuksilla se toimii eri tavalla, en tiedä.
Johdin 433 MHz taajuudella
Usein eri laitteissa, kuten radiokytkimissä, voit nähdä suoran langan antennina. Katkaisin langasta 433 MHz:n (17,3 cm) neljänneksen aallonpituuden vastaavan palan ja tinasin sen pään niin, että se sopii tiukasti SMA Female -liittimeen.
Tulos osoittautui oudoksi: tällainen johto toimii hyvin 360 MHz:llä, mutta on hyödytön 433 MHz:llä.
Aloin leikata lankaa päästä pala palalta ja katsoa lukemia. Kuvaajan notkahdus alkoi hitaasti siirtyä oikealle, kohti 433 MHz. Tuloksena noin 15,5 cm:n johdon pituudella onnistuin saamaan alimman SWR-arvon 1.8 taajuudella 438 MHz. Kaapelin edelleen lyhentäminen johti teräsvaijerien määrän kasvuun.
Johtopäätös
Kytkimen rajoitusten vuoksi ei ollut mahdollista mitata antenneja yli 1 GHz:n taajuuksilla, kuten Wi-Fi-antenneja. Tämän voisi tehdä, jos minulla olisi leveämpi liitin.
Liitin, liitäntäkaapelit, laite ja jopa kannettava tietokone ovat osa tuloksena olevaa antennijärjestelmää. Niiden geometria, sijainti avaruudessa ja ympäröivät esineet vaikuttavat mittaustulokseen. Oikealle radioasemalle tai modeemille asettamisen jälkeen taajuus voi muuttua, koska. radioaseman rungosta, modeemista, operaattorin rungosta tulee osa antennia.
OSA103 Mini on erittäin siisti monitoimilaite. Kiitän sen kehittäjää neuvoista mittausten aikana.
Lähde: will.com