- Para que alcance é esta antena?
- Non sei, comprobe.
- QUE?!?!
Como podes determinar que tipo de antena tes nas túas mans se non hai marcas nela? Como entender que antena é mellor ou peor? Este problema tenme acosado durante moito tempo.
O artigo describe en linguaxe sinxela a técnica para medir as características da antena e o método para determinar o rango de frecuencias da antena.
Para enxeñeiros de radio expertos, esta información pode parecer trivial e a técnica de medición pode non ser o suficientemente precisa. O artigo está pensado para aqueles que non entenden nada de radioelectrónica, coma min.
TL, RD Mediremos o ROE de antenas a varias frecuencias utilizando o dispositivo OSA 103 Mini e un acoplador direccional, representando a dependencia do ROE da frecuencia.
Teoría
Cando un transmisor envía un sinal a unha antena, parte da enerxía irradiase ao aire, e outra reflíctese e devólvese. A relación entre a enerxía radiada e a reflectida caracterízase pola relación de onda estacionaria (ROE ou ROE). Canto menor sexa o SWR, máis enerxía do transmisor se emite como ondas de radio. A SWR = 1 non hai reflexión (toda a enerxía irradiase). O ROE dunha antena real é sempre maior que 1.
Se envías un sinal de diferentes frecuencias á antena e mides simultaneamente o SWR, podes atopar a que frecuencia a reflexión será mínima. Este será o rango de funcionamento da antena. Tamén podes comparar diferentes antenas para a mesma banda e atopar cal é mellor.
Parte do sinal do transmisor reflíctese desde a antena
Unha antena deseñada para unha determinada frecuencia, en teoría, debería ter o SWR máis baixo nas súas frecuencias de funcionamento. Isto significa que abonda con irradiar á antena a diferentes frecuencias e atopar a que frecuencia é a menor reflexión, é dicir, a máxima cantidade de enerxía que escapa en forma de ondas de radio.
Ao poder xerar un sinal a diferentes frecuencias e medir a reflexión, podemos crear unha gráfica coa frecuencia no eixe X e a reflectividade do sinal no eixe Y. Como resultado, onde hai unha caída no gráfico (é dicir, o menor reflexo do sinal), haberá un rango operativo da antena.
Gráfica imaxinaria da reflexión fronte á frecuencia. En todo o rango, a reflexión é do 100%, excepto a frecuencia de funcionamento da antena.
Dispositivo Osa103 Mini
Para as medidas utilizaremos . Este é un dispositivo de medición universal que combina un osciloscopio, un xerador de sinal, un analizador de espectro, un medidor de resposta de amplitude-frecuencia/resposta de fase, un analizador de antenas vectoriales, un medidor LC e ata un transceptor SDR. O rango de operación do OSA103 Mini está limitado a 100 MHz, o módulo OSA-6G amplía o rango de frecuencia no modo IAFC a 6 GHz. O programa nativo con todas as funcións pesa 3 MB, funciona en Windows e via wine en Linux.
Osa103 Mini - un dispositivo de medición universal para radioafeccionados e enxeñeiros
Acoplador direccional
Un acoplador direccional é un dispositivo que desvía unha pequena parte dun sinal de RF que viaxa nunha dirección específica. No noso caso, debe ramificar parte do sinal reflectido (que vai dende a antena de volta ao xerador) para medilo.
Unha explicación visual do funcionamento dun acoplador direccional:
Principais características do acoplador direccional:
- Frecuencias de funcionamento - o rango de frecuencias en que os principais indicadores non superan os límites normais. O meu acoplador está deseñado para frecuencias de 1 a 1000 MHz
- Rama (acoplamento) - que parte do sinal (en decibelios) será quitada cando a onda se dirixa de IN a OUT
- Directividade — canto menos sinal se eliminará cando o sinal se mova na dirección oposta de OUT a IN
A primeira vista, isto parece bastante confuso. Para máis claridade, imaxinemos o acoplador como un tubo de auga, cunha pequena billa no interior. A drenaxe realízase de forma que cando a auga se move cara adiante (de IN a OUT), quítase unha parte importante da auga. A cantidade de auga que se descarga nesta dirección está determinada polo parámetro Coupling da folla de datos do acoplador.
Cando a auga se move na dirección oposta, elimina significativamente menos auga. Debe tomarse como un efecto secundario. A cantidade de auga que se descarga durante este movemento vén determinada polo parámetro Directividad da folla de datos. Canto menor sexa este parámetro (canto maior sexa o valor en dB), mellor para a nosa tarefa.
Esquema esquemático
Xa que queremos medir o nivel de sinal reflectido pola antena, conectámolo á entrada do acoplador e o xerador á saída. Así, parte do sinal reflectido pola antena chegará ao receptor para a súa medición.
Diagrama de conexión da billa. O sinal reflectido envíase ao receptor
Configuración de medición
Imos montar unha configuración para medir SWR de acordo co diagrama de circuíto. Na saída do xerador do dispositivo, instalaremos adicionalmente un atenuador cunha atenuación de 15 dB. Isto mellorará a coincidencia do acoplador coa saída do xerador e aumentará a precisión da medición. O atenuador pódese tomar cunha atenuación de 5..15 dB. A cantidade de atenuación terase en conta automaticamente durante a calibración posterior.
Un atenuador atenúa o sinal nun número fixo de decibelios. A principal característica dun atenuador é o coeficiente de atenuación do sinal e o rango de frecuencias de funcionamento. En frecuencias fóra do rango operativo, o rendemento do atenuador pode cambiar de forma imprevisible.
Así se ve a instalación final. Tamén debe lembrar de proporcionar un sinal de frecuencia intermedia (IF) desde o módulo OSA-6G á placa principal do dispositivo. Para iso, conecte o porto IF OUTPUT da placa principal á INPUT do módulo OSA-6G.
Para reducir o nivel de interferencia da fonte de alimentación conmutada do portátil, realizo todas as medicións cando o portátil está alimentado por batería.
Calibración
Antes de comezar as medicións, cómpre asegurarse de que todos os compoñentes do dispositivo estean en bo estado de funcionamento e da calidade dos cables; para iso, conectamos o xerador e o receptor directamente cun cable, acendemos o xerador e medimos a frecuencia. resposta. Obtemos un gráfico case plano a 0 dB. Isto significa que en todo o rango de frecuencias, toda a potencia radiada do xerador chegou ao receptor.
Conectando o xerador directamente ao receptor
Imos engadir un atenuador ao circuíto. Unha atenuación do sinal case uniforme de 15 dB é visible en todo o rango.
Conectando o xerador a través dun atenuador de 15 dB ao receptor
Conectemos o xerador ao conector OUT do acoplador e o receptor ao conector CPL do acoplador. Dado que non hai carga conectada ao porto IN, todo o sinal xerado debe reflectirse e parte del debe ramificarse ao receptor. Segundo a folla de datos do noso acoplador (), o parámetro de acoplamento é de ~15 dB, o que significa que deberíamos ver unha liña horizontal a un nivel duns -30 dB (acoplamento + atenuación do atenuador). Pero dado que o rango operativo do acoplador está limitado a 1 GHz, todas as medicións por riba desta frecuencia poden considerarse sen sentido. Isto é claramente visible no gráfico; despois de 1 GHz as lecturas son caóticas e carecen de sentido. Polo tanto, realizaremos todas as medicións posteriores no rango de funcionamento do acoplador.
Conectando unha billa sen carga. O límite do rango de funcionamento do acoplador é visible.
Dado que os datos de medición superiores a 1 GHz, no noso caso, non teñen sentido, limitaremos a frecuencia máxima do xerador aos valores de funcionamento do acoplador. Ao medir, obtemos unha liña recta.
Limitar o rango do xerador ao rango de funcionamento do acoplador
Para medir visualmente o ROE das antenas é preciso realizar unha calibración para tomar como punto de referencia os parámetros actuais do circuíto (reflexión 100%), é dicir, cero dB. Para este fin, o programa OSA103 Mini ten unha función de calibración integrada. A calibración realízase sen unha antena conectada (carga), os datos de calibración escríbense nun ficheiro e, posteriormente, téñense en conta automaticamente ao construír gráficos.
Función de calibración de resposta en frecuencia no programa OSA103 Mini
Aplicando os resultados da calibración e realizando medicións sen carga, obtemos un gráfico plano a 0 dB.
Gráfico despois da calibración
Medimos antenas
Agora podes comezar a medir as antenas. Grazas á calibración, veremos e mediremos a redución da reflexión despois de conectar a antena.
Antena de Aliexpress a 433MHz
Antena marcada 443MHz. Pódese ver que a antena funciona de forma máis eficiente no rango de 446MHz, a esta frecuencia o SWR é de 1.16. Ao mesmo tempo, na frecuencia declarada o rendemento é significativamente peor, a 433MHz o SWR é de 4,2.
Antena descoñecida 1
Antena sen marcas. A xulgar polo gráfico, está deseñado para 800 MHz, presumiblemente para a banda GSM. Para ser xustos, esta antena tamén funciona a 1800 MHz, pero debido ás limitacións do acoplador, non podo facer medicións válidas nestas frecuencias.
Antena descoñecida 2
Outra antena que leva moito tempo tirada nas miñas caixas. Ao parecer, tamén para a gama GSM, pero mellor que a anterior. A unha frecuencia de 764 MHz, o SWR está preto da unidade, a 900 MHz o SWR é de 1.4.
Antena descoñecida 3
Parece unha antena Wi-Fi, pero por algún motivo o conector é SMA-Male e non RP-SMA, como todas as antenas Wi-Fi. A xulgar polas medidas, a frecuencias de ata 1 MHz esta antena é inútil. De novo, debido ás limitacións do acoplador, non saberemos que tipo de antena é.
Antena telescópica
Intentemos calcular ata que punto hai que estender a antena telescópica para o rango de 433 MHz. A fórmula para calcular a lonxitude de onda é: λ = C/f, onde C é a velocidade da luz, f é a frecuencia.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Lonxitude de onda completa - 69,24 cm
Media lonxitude de onda - 34,62 cm
Cuarto de lonxitude de onda - 17,31 cm
A antena calculada deste xeito resultou absolutamente inútil. A unha frecuencia de 433 MHz o valor de SWR é 11.
Ao estender experimentalmente a antena, conseguín acadar un SWR mínimo de 2.8 cunha lonxitude da antena duns 50 cm.Resultou que o grosor das seccións é de gran importancia. É dicir, ao estender só as seccións exteriores finas, o resultado foi mellor que ao estender só as seccións grosas á mesma lonxitude. Non sei canto deberías confiar nestes cálculos coa lonxitude dunha antena telescópica no futuro, porque na práctica non funcionan. Quizais funcione de forma diferente con outras antenas ou frecuencias, non o sei.
Un anaco de cable a 433 MHz
Moitas veces, en varios dispositivos, como interruptores de radio, podes ver un anaco de cable recto como antena. Cortei un anaco de fío igual a un cuarto de lonxitude de onda de 433 MHz (17,3 cm) e fixei o extremo para que encaixase perfectamente no conector SMA Female.
O resultado foi estraño: tal cable funciona ben a 360 MHz pero é inútil a 433 MHz.
Comecei a cortar o fío do extremo peza a peza e a mirar as lecturas. A caída no gráfico comezou a moverse lentamente cara á dereita, cara aos 433 MHz. Como resultado, nunha lonxitude de cable duns 15,5 cm, conseguín obter o menor valor de SWR de 1.8 a unha frecuencia de 438 MHz. Un maior acurtamento do cable levou a un aumento do SWR.
Conclusión
Debido ás limitacións do acoplador, non foi posible medir antenas en bandas superiores a 1 GHz, como as antenas Wi-Fi. Isto podería terse feito se tivese un acoplador de ancho de banda maior.
Un acoplador, cables de conexión, un dispositivo e ata un portátil son todas partes do sistema de antena resultante. A súa xeometría, a súa posición no espazo e os obxectos circundantes inflúen no resultado da medición. Despois da instalación nunha estación de radio ou módem real, a frecuencia pode cambiar, porque o corpo da estación de radio, o módem e o corpo do operador pasarán a formar parte da antena.
OSA103 Mini é un dispositivo multifuncional moi xenial. Expreso o meu agradecemento ao seu desenvolvedor pola consulta durante as medicións.
Fonte: www.habr.com