આ એન્ટેના કયું બેન્ડ છે? અમે એન્ટેનાની લાક્ષણિકતાઓને માપીએ છીએ

આ એન્ટેના કયા બેન્ડ માટે છે?
મને ખબર નથી, તપાસો.
- શું?!?!

જો તેના પર કોઈ નિશાન ન હોય તો તમારા હાથમાં કયા પ્રકારનું એન્ટેના છે તે કેવી રીતે નક્કી કરવું? કઈ એન્ટેના વધુ સારી કે ખરાબ છે તે કેવી રીતે સમજવું? આ સમસ્યા મને લાંબા સમયથી સતાવી રહી છે.
લેખ સરળ શબ્દોમાં એન્ટેનાની લાક્ષણિકતાઓને માપવા માટેની પદ્ધતિ અને એન્ટેનાની આવર્તન શ્રેણી નક્કી કરવા માટેની પદ્ધતિનું વર્ણન કરે છે.

અનુભવી રેડિયો એન્જિનિયરો માટે, આ માહિતી મામૂલી લાગે છે, અને માપન તકનીક પૂરતી સચોટ હોઈ શકે નહીં. આ લેખ મારા જેવા રેડિયો ઈલેક્ટ્રોનિક્સમાં બિલકુલ સમજતા ન હોય તેવા લોકો માટે રચાયેલ છે.

TL; DR અમે OSA 103 મિની ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ અને ડાયરેક્શનલ કપ્લર, પ્લોટ SWR વિરુદ્ધ ફ્રીક્વન્સીનો ઉપયોગ કરીને વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝ પર એન્ટેનાના SWRને માપીશું.

થિયરી

જ્યારે ટ્રાન્સમીટર એન્ટેનાને સિગ્નલ મોકલે છે, ત્યારે કેટલીક ઉર્જા હવામાં રેડાય છે, અને કેટલીક પ્રતિબિંબિત થાય છે અને પાછી આવે છે. વિકિરણ અને પ્રતિબિંબિત ઊર્જા વચ્ચેનો ગુણોત્તર સ્ટેન્ડિંગ વેવ રેશિયો (SWR અથવા SWR) દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. SWR જેટલું નીચું છે, ટ્રાન્સમીટરની વધુ ઊર્જા રેડિયો તરંગો તરીકે વિકિરણ થાય છે. SWR = 1 પર કોઈ પ્રતિબિંબ નથી (બધી ઊર્જા વિકિરણ થાય છે). વાસ્તવિક એન્ટેનાનો SWR હંમેશા 1 કરતા વધારે હોય છે.

જો તમે એન્ટેનાને વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝનો સિગ્નલ મોકલો છો અને એક સાથે SWR ને માપો છો, તો તમે શોધી શકો છો કે પ્રતિબિંબ કઈ આવર્તન પર ન્યૂનતમ હશે. આ એન્ટેનાની ઓપરેટિંગ રેન્જ હશે. તમે સમાન શ્રેણી માટેના વિવિધ એન્ટેનાની એકબીજા સાથે તુલના પણ કરી શકો છો અને શોધી શકો છો કે કયું વધુ સારું છે.

ટ્રાન્સમીટર સિગ્નલનો ભાગ એન્ટેનામાંથી પ્રતિબિંબિત થાય છે

ચોક્કસ આવર્તન માટે રેટ કરેલ એન્ટેના, સિદ્ધાંતમાં, તેની ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સીઝ પર સૌથી ઓછો SWR હોવો જોઈએ. આનો અર્થ એ છે કે વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝ પર એન્ટેનામાં પ્રસારિત થવા અને પ્રતિબિંબ સૌથી નાનું છે તે શોધવા માટે તે પૂરતું છે, એટલે કે, રેડિયો તરંગોના સ્વરૂપમાં ઉડી ગયેલી ઊર્જાની મહત્તમ માત્રા.

વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝ પર સિગ્નલ જનરેટ કરવામાં અને પરાવર્તનને માપવામાં સક્ષમ થવાથી, અમે આવર્તન સાથે x-અક્ષ અને સિગ્નલના પરાવર્તન સાથે y-અક્ષને પ્લોટ કરી શકીએ છીએ. પરિણામે, જ્યાં ગ્રાફ પર ડિપ હશે (એટલે ​​​​કે, સૌથી નાનું સિગ્નલ પ્રતિબિંબ), ત્યાં એન્ટેના ઓપરેટિંગ રેન્જ હશે.

આવર્તન વિરુદ્ધ પ્રતિબિંબનો કાલ્પનિક પ્લોટ. એન્ટેનાની ઓપરેટિંગ આવર્તન સિવાય, સમગ્ર શ્રેણીમાં પ્રતિબિંબ 100% છે.

ઉપકરણ Osa103 મીની

માપન માટે અમે ઉપયોગ કરીશું OSA103 મીનીઆ એક સાર્વત્રિક માપન સાધન છે જે ઓસિલોસ્કોપ, સિગ્નલ જનરેટર, સ્પેક્ટ્રમ વિશ્લેષક, ફ્રીક્વન્સી રિસ્પોન્સ/ફેઝ રિસ્પોન્સ મીટર, વેક્ટર એન્ટેના વિશ્લેષક, એલસી મીટર અને એક SDR ટ્રાન્સસીવરને પણ જોડે છે. OSA103 મીનીની ઓપરેટિંગ રેન્જ 100 MHz સુધી મર્યાદિત છે, જ્યારે OSA-6G મોડ્યુલ ફ્રીક્વન્સી રિસ્પોન્સ મોડમાં ફ્રીક્વન્સી રેન્જને 6 GHz સુધી લંબાવે છે. બધા કાર્યો સાથેનું મૂળ સોફ્ટવેર 3 MB છે અને તે નીચે ચાલે છે Windows અને વાઇન દ્વારા Linux.

Osa103 Mini એ રેડિયો એમેચ્યોર અને એન્જિનિયરો માટે સાર્વત્રિક માપન ઉપકરણ છે

ડાયરેક્શનલ કપ્લર

ડાયરેક્શનલ કપ્લર એ એક એવું ઉપકરણ છે જે ચોક્કસ દિશામાં મુસાફરી કરતા RF સિગ્નલના નાના ભાગને ડાયવર્ટ કરે છે. અમારા કિસ્સામાં, તેને માપવા માટે તે પ્રતિબિંબિત સિગ્નલ (એન્ટેનાથી જનરેટર પર પાછા આવતું) ના ભાગથી અલગ થવું જોઈએ.
ડાયરેક્શનલ કપ્લરની કામગીરીનું વિઝ્યુઅલ સમજૂતી: youtube.com/watch?v=iBK9ZIx9YaY

દિશાત્મક કપ્લરની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ:

• ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સીઝ - આવર્તન શ્રેણી કે જેના પર મુખ્ય સૂચકાંકો ધોરણની બહાર જતા નથી. મારું કપ્લર 1 થી 1000 MHz સુધીની ફ્રીક્વન્સીઝ માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું છે
• શાખા (કપલિંગ) - જ્યારે તરંગને IN થી OUT તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવે ત્યારે સિગ્નલનો કયો ભાગ (ડેસિબલમાં) વાળવામાં આવશે
• ડાયરેક્ટિવિટી - જ્યારે સિગ્નલ OUT થી IN તરફ વિરુદ્ધ દિશામાં જાય ત્યારે કેટલું ઓછું સિગ્નલ વાળવામાં આવશે

પ્રથમ નજરમાં, આ તેના બદલે ગૂંચવણભર્યું લાગે છે. સ્પષ્ટતા માટે, ચાલો અંદર એક નાના આઉટલેટ સાથે, પાણીની પાઇપ તરીકે નળની કલ્પના કરીએ. ડાયવર્ઝન એવી રીતે બનાવવામાં આવે છે કે જ્યારે પાણી આગળની દિશામાં (IN થી OUT) તરફ જાય છે, ત્યારે પાણીનો નોંધપાત્ર ભાગ વાળવામાં આવે છે. આ દિશામાં વાળેલ પાણીનું પ્રમાણ કપ્લરની ડેટાશીટમાં કપ્લીંગ પેરામીટર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

જ્યારે પાણી વિરુદ્ધ દિશામાં જાય છે, ત્યારે ઘણું ઓછું પાણી છોડવામાં આવે છે. તેને આડઅસર તરીકે લેવી જોઈએ. આ ચળવળ દરમિયાન પાણીની માત્રા કે જે દૂર કરવામાં આવે છે તે ડેટાશીટમાં ડાયરેક્ટિવિટી પેરામીટર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આ પરિમાણ જેટલું નાનું છે (ડીબી મૂલ્ય જેટલું વધારે છે), તે આપણા કાર્ય માટે વધુ સારું છે.

યોજનાકીય રેખાકૃતિ

અમે એન્ટેનામાંથી પ્રતિબિંબિત સિગ્નલના સ્તરને માપવા માંગીએ છીએ, તેથી અમે તેને કપ્લરના IN સાથે અને જનરેટરને OUT સાથે જોડીએ છીએ. આમ, એન્ટેનામાંથી પ્રતિબિંબિત સિગ્નલનો એક ભાગ માપન માટે રીસીવરને મળશે.

કનેક્શન ડાયાગ્રામને ટેપ કરો. પ્રતિબિંબિત સિગ્નલ રીસીવરને મોકલવામાં આવે છે

માપન સેટઅપ

ચાલો સર્કિટ ડાયાગ્રામ અનુસાર SWR માપવા માટે ઇન્સ્ટોલેશનને એસેમ્બલ કરીએ. ઉપકરણના જનરેટર આઉટપુટ પર, અમે 15 ડીબીના એટેન્યુએશન સાથે એટેન્યુએટર પણ ઇન્સ્ટોલ કરીએ છીએ. આનાથી જનરેટરના આઉટપુટ સાથે કપ્લરની મેચિંગમાં સુધારો થશે અને માપની ચોકસાઈમાં વધારો થશે. એટેન્યુએટરને 5..15 ડીબીના એટેન્યુએશન સાથે લઈ શકાય છે. અનુગામી કેલિબ્રેશન દરમિયાન એટેન્યુએશન મૂલ્ય આપમેળે ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે.

એટેન્યુએટર નિશ્ચિત સંખ્યામાં ડેસિબલ દ્વારા સિગ્નલને ઓછું કરે છે. એટેન્યુએટરની મુખ્ય લાક્ષણિકતા એ સિગ્નલનું એટેન્યુએશન ગુણાંક (એટેન્યુએશન) અને ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સી રેન્જ છે. ઓપરેટિંગ રેન્જની બહારની ફ્રીક્વન્સીઝ પર, એટેન્યુએટરની લાક્ષણિકતાઓ અણધારી રીતે બદલાઈ શકે છે.

આ અંતિમ સેટઅપ જેવો દેખાય છે. તમારે OSA-6G મોડ્યુલમાંથી ઉપકરણના મુખ્ય બોર્ડ પર મધ્યવર્તી આવર્તન (IF) સિગ્નલ લાગુ કરવાનું પણ યાદ રાખવાની જરૂર છે. આ કરવા માટે, અમે OSA-6G મોડ્યુલ પર INPUT સાથે મુખ્ય બોર્ડ પર IF OUTPUT પોર્ટને જોડીએ છીએ.

લેપટોપના સ્વિચિંગ પાવર સપ્લાયમાંથી દખલગીરીનું સ્તર ઘટાડવા માટે, જ્યારે લેપટોપ બેટરીથી સંચાલિત થાય છે ત્યારે હું તમામ માપન હાથ ધરું છું.

માપાંકન

માપન શરૂ કરતા પહેલા, તે ખાતરી કરવી જરૂરી છે કે ઉપકરણના તમામ ઘટકો સારી સ્થિતિમાં છે અને કેબલ્સની ગુણવત્તા, આ માટે અમે જનરેટર અને રીસીવરને સીધા કેબલથી કનેક્ટ કરીએ છીએ, જનરેટર ચાલુ કરીએ છીએ અને આવર્તન પ્રતિભાવને માપીએ છીએ. અમને 0dB પર લગભગ સપાટ ગ્રાફ મળે છે. આનો અર્થ એ છે કે સમગ્ર આવર્તન શ્રેણીમાં, જનરેટરની સમગ્ર વિકિરણ શક્તિ રીસીવર સુધી પહોંચી.

જનરેટરને સીધું જ રીસીવર સાથે જોડવું

ચાલો સર્કિટમાં એટેન્યુએટર ઉમેરીએ. તમે સમગ્ર શ્રેણીમાં 15dB નું લગભગ સમાન સિગ્નલ એટેન્યુએશન જોઈ શકો છો.

રીસીવર સાથે 15dB એટેન્યુએટર દ્વારા જનરેટરને જોડવું

જનરેટરને કપ્લરના આઉટ કનેક્ટર સાથે અને રીસીવરને કપ્લરના CPL સાથે કનેક્ટ કરો. IN પોર્ટ સાથે કોઈ લોડ જોડાયેલ ન હોવાથી, તમામ જનરેટ થયેલ સિગ્નલ પ્રતિબિંબિત થવું જોઈએ, અને તેનો એક ભાગ રીસીવર સાથે જોડવો જોઈએ. અમારા કપ્લર માટે ડેટાશીટ મુજબ (ZEDC-15-2B), કપલિંગ પેરામીટર ~15db છે, જેનો અર્થ છે કે આપણે લગભગ -30 dB (કપ્લિંગ + એટેન્યુએટર એટેન્યુએશન) પર આડી રેખા જોવી જોઈએ. પરંતુ કપ્લરની ઓપરેટિંગ રેન્જ 1 ગીગાહર્ટ્ઝ સુધી મર્યાદિત હોવાથી, આ આવર્તન ઉપરના તમામ માપન અર્થહીન ગણી શકાય. આ ગ્રાફ પર સ્પષ્ટપણે દેખાય છે, 1 GHz પછી રીડિંગ્સ અસ્તવ્યસ્ત છે અને તેનો અર્થ નથી. તેથી, અમે કપ્લરની ઓપરેટિંગ શ્રેણીમાં આગળના તમામ માપન હાથ ધરીશું.

લોડ વગર કનેક્શનને ટેપ કરો. કપ્લરની ઓપરેટિંગ રેન્જની મર્યાદા દૃશ્યમાન છે.

અમારા કિસ્સામાં, 1 ગીગાહર્ટ્ઝથી ઉપરના માપન ડેટાનો અર્થ નથી, અમે જનરેટરની મહત્તમ આવર્તનને કપ્લરના ઓપરેટિંગ મૂલ્યો સુધી મર્યાદિત કરીશું. માપતી વખતે, આપણને એક સીધી રેખા મળે છે.

જનરેટરની શ્રેણીને કપ્લરની ઓપરેટિંગ શ્રેણી સુધી મર્યાદિત કરવી

એન્ટેનાના SWR ને દૃષ્ટિની રીતે માપવા માટે, આપણે વર્તમાન સર્કિટ પરિમાણો (100% પ્રતિબિંબ) ને સંદર્ભ બિંદુ તરીકે લેવા માટે માપાંકિત કરવાની જરૂર છે, એટલે કે, શૂન્ય dB. આ કરવા માટે, OSA103 Mini માં બિલ્ટ-ઇન કેલિબ્રેશન ફંક્શન છે. કેલિબ્રેશન કનેક્ટેડ એન્ટેના (લોડ) વિના કરવામાં આવે છે, કેલિબ્રેશન ડેટા ફાઇલમાં લખવામાં આવે છે અને પછી આલેખ બનાવતી વખતે આપમેળે ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે.

OSA103 મીની સોફ્ટવેરમાં ફ્રીક્વન્સી રિસ્પોન્સ કેલિબ્રેશન ફંક્શન

માપાંકનના પરિણામોને લાગુ કરીને અને કોઈ ભાર વિના માપન ચલાવીને, અમને 0dB પર સપાટ ગ્રાફ મળે છે.

માપાંકન પછી ગ્રાફ

અમે એન્ટેના માપીએ છીએ

હવે તમે એન્ટેનાને માપવાનું શરૂ કરી શકો છો. કેલિબ્રેશન દ્વારા, અમે એન્ટેના કનેક્ટ થયા પછી પ્રતિબિંબમાં ઘટાડો જોઈશું અને માપીશું.

433MHz પર Aliexpress થી એન્ટેના

એન્ટેના ચિહ્નિત 443MHz. તે જોઈ શકાય છે કે એન્ટેના 446MHz બેન્ડ પર સૌથી વધુ કાર્યક્ષમ રીતે કામ કરે છે, આ આવર્તન પર SWR 1.16 છે. તે જ સમયે, ઘોષિત આવર્તન પર, પ્રદર્શન નોંધપાત્ર રીતે ખરાબ છે, 433MHz SWR 4,2 પર.

અજ્ઞાત એન્ટેના 1

નિશાનો વિના એન્ટેના. ગ્રાફ દ્વારા અભિપ્રાય આપતા, તે 800 MHz માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું છે, સંભવતઃ GSM બેન્ડ માટે. વાજબી બનવા માટે, આ એન્ટેના 1800 MHz પર પણ કાર્ય કરે છે, પરંતુ કપ્લરની મર્યાદાઓને લીધે, હું આ ફ્રીક્વન્સીઝ પર માન્ય માપન કરી શકતો નથી.

અજ્ઞાત એન્ટેના 2

બીજો એન્ટેના જે મારા બોક્સમાં લાંબા સમયથી પડેલો છે. દેખીતી રીતે, જીએસએમ બેન્ડ માટે પણ, પરંતુ અગાઉના એક કરતા વધુ સારું. 764 MHz ની આવર્તન પર, SWR એકતાની નજીક છે, 900 MHz પર, SWR 1.4 છે.

અજ્ઞાત એન્ટેના 3

તે Wi-Fi એન્ટેના જેવું લાગે છે, પરંતુ કેટલાક કારણોસર કનેક્ટર SMA-Male છે, અને RP-SMA નથી, બધા Wi-Fi એન્ટેનાની જેમ. માપ દ્વારા અભિપ્રાય, 1 MHz સુધીની ફ્રીક્વન્સીઝ પર, આ એન્ટેના નકામું છે. ફરીથી, કપ્લર મર્યાદાઓને લીધે, અમે જાણતા નથી કે તે કયા પ્રકારનું એન્ટેના છે.

ટેલિસ્કોપિક એન્ટેના

ચાલો ગણતરી કરવાનો પ્રયાસ કરીએ કે તમારે 433MHz બેન્ડ માટે ટેલિસ્કોપિક એન્ટેનાને વિસ્તારવાની કેટલી જરૂર છે. તરંગલંબાઇની ગણતરી માટેનું સૂત્ર: λ = C/f, જ્યાં C એ પ્રકાશની ગતિ છે, f એ આવર્તન છે.

299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279

સંપૂર્ણ તરંગલંબાઇ - 69,24 સે.મી.
અડધી તરંગલંબાઇ - 34,62 સે.મી.
ક્વાર્ટર તરંગલંબાઇ - 17,31 સે.મી.

આ રીતે ગણતરી કરેલ એન્ટેના એકદમ નકામી હોવાનું બહાર આવ્યું. 433MHz ની આવર્તન પર, SWR મૂલ્ય 11 છે.

એન્ટેનાને પ્રાયોગિક રીતે લંબાવીને, મેં લગભગ 2.8 સે.મી.ની એન્ટેનાની લંબાઇ સાથે 50 નું ન્યૂનતમ SWR હાંસલ કરવામાં વ્યવસ્થાપિત કર્યું. તે બહાર આવ્યું કે વિભાગોની જાડાઈ ખૂબ મહત્વની છે. એટલે કે, જ્યારે માત્ર પાતળા છેડાના વિભાગોને લંબાવવામાં આવ્યા હતા, ત્યારે પરિણામ જ્યારે માત્ર જાડા વિભાગોને સમાન લંબાઈ સુધી લંબાવવામાં આવ્યા હતા તેના કરતાં વધુ સારું હતું. મને ખબર નથી કે ટેલિસ્કોપિક એન્ટેનાની લંબાઈ સાથે આ ગણતરીઓ પર કેટલો વધુ આધાર રાખવો જોઈએ, કારણ કે વ્યવહારમાં તેઓ કામ કરતા નથી. કદાચ અન્ય એન્ટેના અથવા ફ્રીક્વન્સીઝ સાથે તે અલગ રીતે કામ કરે છે, મને ખબર નથી.

433MHz પર વાયરનો ટુકડો

ઘણીવાર રેડિયો સ્વિચ જેવા વિવિધ ઉપકરણોમાં, તમે એન્ટેના તરીકે સીધા વાયરનો ટુકડો જોઈ શકો છો. મેં 433 MHz (17,3 cm) ક્વાર્ટર વેવલેન્થ વાયરનો ટુકડો કાપી નાખ્યો અને છેડો ટીન કર્યો જેથી તે SMA ફિમેલ કનેક્ટરમાં ચુસ્તપણે ફિટ થઈ જાય.

પરિણામ વિચિત્ર બન્યું: આવા વાયર 360 MHz પર સારી રીતે કામ કરે છે, પરંતુ 433 MHz પર નકામું છે.


મેં વાયરને છેડાના ટુકડાથી કાપીને રીડિંગ્સ જોવાનું શરૂ કર્યું. ગ્રાફ પરનો ડૂબકી ધીમે ધીમે જમણી તરફ, 433 મેગાહર્ટ્ઝ તરફ જવા લાગી. પરિણામે, લગભગ 15,5 સે.મી.ની વાયર લંબાઈ પર, હું 1.8 મેગાહર્ટ્ઝની આવર્તન પર 438 નું સૌથી ઓછું SWR મૂલ્ય મેળવવામાં સફળ થયો. કેબલના વધુ ટૂંકાણને લીધે SWR માં વધારો થયો.

નિષ્કર્ષ

કપ્લર મર્યાદાઓને લીધે, 1 ગીગાહર્ટ્ઝથી ઉપરના બેન્ડ પર એન્ટેના માપવાનું શક્ય નહોતું, જેમ કે Wi-Fi એન્ટેના. જો મારી પાસે વિશાળ કપ્લર હોય તો આ કરી શકાય છે.

કપ્લર, કનેક્ટિંગ કેબલ્સ, એક ઉપકરણ અને લેપટોપ પણ પરિણામી એન્ટેના સિસ્ટમના ભાગો છે. તેમની ભૂમિતિ, અવકાશમાં સ્થિતિ અને આસપાસના પદાર્થો માપન પરિણામને અસર કરે છે. વાસ્તવિક રેડિયો સ્ટેશન અથવા મોડેમ પર સેટ કર્યા પછી, આવર્તન બદલાઈ શકે છે, કારણ કે. રેડિયો સ્ટેશનનું શરીર, મોડેમ, ઓપરેટરનું શરીર એન્ટેનાનો ભાગ બનશે.

OSA103 Mini એ ખૂબ જ શાનદાર મલ્ટિફંક્શનલ ઉપકરણ છે. માપ દરમિયાન સલાહ માટે હું તેના વિકાસકર્તાનો આભાર વ્યક્ત કરું છું.

સોર્સ: www.habr.com