— Za koji domet je ova antena?
- Ne znam, provjeri.
- ŠTO?!?!
Kako možete odrediti kakvu antenu imate u rukama ako na njoj nema oznake? Kako razumjeti koja je antena bolja ili lošija? Ovaj problem me muči već duže vrijeme.
U članku je jednostavnim jezikom opisana tehnika mjerenja karakteristika antene i metoda određivanja frekvencijskog raspona antene.
Iskusnim radijskim inženjerima ove se informacije mogu činiti trivijalnim, a tehnika mjerenja možda neće biti dovoljno precizna. Članak je namijenjen onima koji ne razumiju ništa o radioelektronici, poput mene.
TL; DR Mjerit ćemo SWR antena na različitim frekvencijama pomoću uređaja OSA 103 Mini i usmjerenog spojnika, crtajući ovisnost SWR-a o frekvenciji.
teorija
Kada odašiljač šalje signal anteni, dio energije se zrači u zrak, a dio se reflektira i vraća natrag. Odnos između dozračene i reflektirane energije karakterizira omjer stojnog vala (SWR ili SWR). Što je niži SWR, to se više energije odašiljača emitira kao radio valovi. Pri SWR = 1 nema refleksije (sva energija se zrači). SWR prave antene uvijek je veći od 1.
Ako šaljete signal različitih frekvencija na antenu i istovremeno mjerite SWR, možete saznati na kojoj će frekvenciji refleksija biti minimalna. To će biti radni domet antene. Također možete usporediti različite antene za isti pojas i pronaći koja je bolja.
Dio signala odašiljača reflektira se od antene
Antena dizajnirana za određenu frekvenciju, u teoriji bi trebala imati najniži SWR na svojim radnim frekvencijama. To znači da je dovoljno zračiti u antenu na različitim frekvencijama i pronaći na kojoj je frekvenciji refleksija najmanja, odnosno maksimalna količina energije koja izlazi u obliku radiovalova.
Budući da smo u mogućnosti generirati signal na različitim frekvencijama i mjeriti refleksiju, možemo izraditi grafikon s frekvencijom na X osi i refleksivnošću signala na Y osi. Kao rezultat toga, gdje postoji pad na grafikonu (tj. najmanja refleksija signala), postojat će radni raspon antene.
Zamišljeni graf refleksije u odnosu na frekvenciju. U cijelom rasponu refleksija je 100%, osim na radnoj frekvenciji antene.
Uređaj Osa103 Mini
Za mjerenja ćemo koristiti . Ovo je univerzalni mjerni uređaj koji kombinira osciloskop, generator signala, analizator spektra, mjerač amplitudno-frekvencijskog odziva/faznog odziva, vektorski analizator antene, LC mjerač, pa čak i SDR primopredajnik. Radni raspon OSA103 Mini ograničen je na 100 MHz, OSA-6G modul proširuje frekvencijski raspon u IAFC modu na 6 GHz. Nativni program sa svim funkcijama težak je 3 MB, radi na Windowsima i via wine na Linuxu.
Osa103 Mini - univerzalni mjerni uređaj za radio amatere i inženjere
Usmjerena spojnica
Usmjereni spojnik je uređaj koji skreće mali dio RF signala koji putuje u određenom smjeru. U našem slučaju, mora odvojiti dio reflektiranog signala (koji ide od antene natrag do generatora) da bi ga izmjerio.
Vizualno objašnjenje rada usmjerene spojnice:
Glavne karakteristike usmjerenog spojnika:
- Radne frekvencije - raspon frekvencija na kojima glavni pokazatelji ne prelaze normalne granice. Moj spojnik je dizajniran za frekvencije od 1 do 1000 MHz
- Ogranak (spojnica) - koji će dio signala (u decibelima) biti oduzet kada se val usmjeri od IN prema OUT
- Usmjerenost — koliko će manje signala biti uklonjeno kada se signal kreće u suprotnom smjeru od OUT prema IN
Na prvi pogled ovo izgleda prilično zbunjujuće. Radi jasnoće, zamislimo spojnicu kao vodovodnu cijev s malom slavinom unutra. Drenaža je napravljena na način da kada se voda kreće u smjeru naprijed (od IN prema OUT), značajan dio vode se uklanja. Količina vode koja se ispušta u ovom smjeru određena je parametrom spojke u podatkovnoj tablici spojnice.
Kada se voda kreće u suprotnom smjeru, uklanja se znatno manje vode. Treba ga uzeti kao nuspojavu. Količina vode koja se ispušta tijekom ovog kretanja određena je parametrom Directivity u podatkovnoj tablici. Što je ovaj parametar manji (što je veća dB vrijednost), to bolje za naš zadatak.
Dijagram kruga
Budući da želimo izmjeriti razinu reflektiranog signala od antene, spojimo ju na IN spojnice, a generator na OUT. Tako će dio signala reflektiran od antene doći do prijemnika za mjerenje.
Dijagram spajanja slavine. Reflektirani signal šalje se prijemniku
Postavljanje mjerenja
Sastavimo postavku za mjerenje SWR-a prema shemi strujnog kruga. Na izlazu generatora uređaja dodatno ćemo ugraditi prigušivač prigušenja od 15 dB. Ovo će poboljšati usklađivanje spojnice s izlazom generatora i povećati točnost mjerenja. Prigušivač se može uzeti s prigušenjem od 5..15 dB. Količina prigušenja automatski će se uzeti u obzir tijekom naknadne kalibracije.
Atenuator prigušuje signal za fiksni broj decibela. Glavna karakteristika atenuatora je koeficijent slabljenja signala i radni frekvencijski raspon. Na frekvencijama izvan radnog raspona, performanse prigušivača mogu se nepredvidivo promijeniti.
Ovako izgleda konačna instalacija. Također morate zapamtiti da dostavite signal srednje frekvencije (IF) iz modula OSA-6G na glavnu ploču uređaja. Da biste to učinili, spojite IF OUTPUT priključak na glavnoj ploči s ULAZOM na OSA-6G modulu.
Kako bih smanjio razinu smetnji od prekidačkog napajanja prijenosnog računala, provodim sva mjerenja kada se prijenosno računalo napaja iz baterije.
kalibriranje
Prije početka mjerenja potrebno je provjeriti ispravnost svih komponenti uređaja i kvalitetu kabela, za to izravno spojimo generator i prijemnik kabelom, uključimo generator i izmjerimo frekvenciju odgovor. Dobivamo gotovo ravan graf na 0dB. To znači da je u cijelom frekvencijskom području sva izračena snaga generatora stigla do prijemnika.
Spajanje generatora izravno na prijemnik
Dodajmo prigušivač u krug. Skoro ravnomjerno slabljenje signala od 15 dB vidljivo je u cijelom rasponu.
Spajanje generatora preko 15dB prigušivača na prijemnik
Spojimo generator na OUT konektor spojnice, a prijemnik na CPL konektor spojnice. Budući da nema tereta spojenog na ulaz IN, sav generirani signal mora se reflektirati, a dio se mora razgranati do prijemnika. Prema podatkovnoj tablici za našu spojnicu (), parametar sprege je ~15db, što znači da bismo trebali vidjeti vodoravnu crtu na razini od oko -30 dB (spojnica + slabljenje prigušivača). Ali budući da je radni raspon sprežnika ograničen na 1 GHz, sva mjerenja iznad ove frekvencije mogu se smatrati besmislenim. To je jasno vidljivo na grafikonu; nakon 1 GHz očitanja su kaotična i besmislena. Stoga ćemo sva daljnja mjerenja provesti u radnom području spojnice.
Spajanje slavine bez opterećenja. Vidljiva je granica radnog područja spojnice.
Budući da mjerni podaci iznad 1 GHz, u našem slučaju, nemaju smisla, ograničit ćemo maksimalnu frekvenciju generatora na radne vrijednosti spojnice. Prilikom mjerenja dobivamo ravnu liniju.
Ograničenje raspona generatora na radni raspon spojnice
Kako bismo vizualno izmjerili SWR antena, moramo izvršiti kalibraciju da uzmemo trenutne parametre kruga (100% refleksija) kao referentnu točku, to jest nula dB. U tu svrhu program OSA103 Mini ima ugrađenu funkciju kalibracije. Kalibracija se izvodi bez priključene antene (opterećenja), podaci o kalibraciji se zapisuju u datoteku i naknadno se automatski uzimaju u obzir pri izradi grafikona.
Funkcija kalibracije frekvencijskog odziva u programu OSA103 Mini
Primjenom rezultata kalibracije i izvođenjem mjerenja bez opterećenja, dobivamo ravni grafikon na 0dB.
Grafikon nakon kalibracije
Mjerimo antene
Sada možete početi mjeriti antene. Zahvaljujući kalibraciji, vidjet ćemo i izmjeriti smanjenje refleksije nakon spajanja antene.
Antena iz Aliexpressa na 433MHz
Antena s oznakom 443MHz. Može se vidjeti da antena najučinkovitije radi u rasponu od 446MHz, na ovoj frekvenciji SWR je 1.16. Istovremeno, na deklariranoj frekvenciji performanse su znatno lošije, na 433MHz SWR iznosi 4,2.
Nepoznata antena 1
Antena bez oznaka. Sudeći prema grafikonu, dizajniran je za 800 MHz, vjerojatno za GSM opseg. Da budemo pošteni, ova antena također radi na 1800 MHz, ali zbog ograničenja sprežnika, ne mogu napraviti valjana mjerenja na tim frekvencijama.
Nepoznata antena 2
Još jedna antena koja je dugo ležala u mojim kutijama. Navodno i za GSM opseg, ali bolji od prethodnog. Na frekvenciji od 764 MHz, SWR je blizu jedinice, na 900 MHz SWR je 1.4.
Nepoznata antena 3
Izgleda kao Wi-Fi antena, ali iz nekog razloga konektor je SMA-Male, a ne RP-SMA, kao kod svih Wi-Fi antena. Sudeći prema mjerenjima, na frekvencijama do 1 MHz ova antena je beskorisna. Opet, zbog ograničenja spojnice, nećemo znati o kakvoj se anteni radi.
Teleskopska antena
Pokušajmo izračunati koliko teleskopska antena treba biti produžena za raspon od 433MHz. Formula za izračunavanje valne duljine je: λ = C/f, gdje je C brzina svjetlosti, f frekvencija.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Puna valna duljina - 69,24 cm
Pola valne duljine - 34,62 cm
Četvrtina valne duljine - 17,31 cm
Ovako izračunata antena pokazala se apsolutno beskorisnom. Na frekvenciji od 433MHz SWR vrijednost je 11.
Eksperimentalnim produljenjem antene uspio sam postići minimalni SWR od 2.8 uz duljinu antene od oko 50 cm, pokazalo se da je debljina sekcija od velike važnosti. To jest, kada se produžuju samo tanki vanjski dijelovi, rezultat je bio bolji nego kada se produžuju samo debeli dijelovi na istu duljinu. Ne znam koliko bi se ubuduće trebali oslanjati na ove izračune s duljinom teleskopske antene, jer u praksi ne funkcioniraju. Možda radi drugačije s drugim antenama ili frekvencijama, ne znam.
Komad žice na 433MHz
Često u raznim uređajima, poput radio prekidača, možete vidjeti komad ravne žice kao antenu. Odrezao sam komad žice jednak četvrtini valne duljine od 433 MHz (17,3 cm) i pokositrio kraj tako da čvrsto pristaje u SMA ženski konektor.
Rezultat je bio čudan: takva žica radi dobro na 360 MHz, ali je beskorisna na 433 MHz.
Počeo sam rezati žicu s kraja dio po dio i gledati očitanja. Pad na grafu počeo se polako pomicati udesno, prema 433 MHz. Kao rezultat toga, na dužini žice od oko 15,5 cm, uspio sam dobiti najmanju SWR vrijednost od 1.8 na frekvenciji od 438 MHz. Daljnje skraćivanje kabela dovelo je do povećanja SWR-a.
Zaključak
Zbog ograničenja sprežnika, nije bilo moguće mjeriti antene u pojasima iznad 1 GHz, kao što su Wi-Fi antene. To se moglo učiniti da sam imao spojnicu veće propusnosti.
Spojnica, spojni kabeli, uređaj, pa čak i prijenosno računalo, dijelovi su rezultirajućeg antenskog sustava. Njihova geometrija, položaj u prostoru i okolni objekti utječu na rezultat mjerenja. Nakon instalacije na pravu radio stanicu ili modem, frekvencija se može pomaknuti, jer tijelo radio stanice, modem i tijelo operatera postat će dio antene.
OSA103 Mini je vrlo cool multifunkcionalni uređaj. Izražavam zahvalnost njegovom programeru na savjetovanju tijekom mjerenja.
Izvor: www.habr.com