β Untuk jangkauan berapa antena ini?
- Saya tidak tahu, periksa.
- APA?!?!
Bagaimana Anda bisa menentukan jenis antena yang Anda miliki jika tidak ada tanda di atasnya? Bagaimana memahami antena mana yang lebih baik atau lebih buruk? Masalah ini telah mengganggu saya sejak lama.
Artikel ini menjelaskan secara sederhana teknik pengukuran karakteristik antena dan metode penentuan rentang frekuensi antena.
Bagi teknisi radio berpengalaman, informasi ini mungkin tampak sepele, dan teknik pengukurannya mungkin tidak cukup akurat. Artikel ini ditujukan bagi mereka yang belum paham sama sekali tentang elektronika radio, seperti saya.
TL; DR Kami akan mengukur SWR antena pada berbagai frekuensi menggunakan perangkat OSA 103 Mini dan direct coupler, memplot ketergantungan SWR pada frekuensi.
Teori
Ketika pemancar mengirimkan sinyal ke antena, sebagian energi dipancarkan ke udara, dan sebagian lagi dipantulkan dan dikembalikan. Hubungan antara energi radiasi dan energi pantulan ditandai dengan rasio gelombang berdiri (SWR atau SWR). Semakin rendah SWR, semakin banyak energi pemancar yang dipancarkan sebagai gelombang radio. Pada SWR = 1 tidak terjadi pemantulan (seluruh energi terpancar). SWR antena sebenarnya selalu lebih besar dari 1.
Jika Anda mengirim sinyal dengan frekuensi berbeda ke antena dan sekaligus mengukur SWR, Anda dapat mengetahui pada frekuensi berapa pantulan akan minimal. Ini akan menjadi jangkauan pengoperasian antena. Anda juga dapat membandingkan antena berbeda untuk pita yang sama dan menemukan antena mana yang lebih baik.
Sebagian sinyal pemancar dipantulkan dari antena
Antena yang dirancang untuk frekuensi tertentu, secara teori, harus memiliki SWR terendah pada frekuensi operasinya. Artinya cukup memancar ke antena pada frekuensi yang berbeda dan mencari frekuensi pantulan yang paling kecil, yaitu jumlah energi maksimum yang keluar dalam bentuk gelombang radio.
Dengan dapat membangkitkan sinyal pada frekuensi yang berbeda dan mengukur pantulan, kita dapat membuat grafik dengan frekuensi pada sumbu X dan reflektifitas sinyal pada sumbu Y. Akibatnya, jika terdapat penurunan pada grafik (yaitu, pantulan sinyal yang paling kecil), maka akan terdapat jangkauan pengoperasian antena.
Grafik imajiner refleksi versus frekuensi. Pada seluruh rentang, pantulan 100%, kecuali frekuensi pengoperasian antena.
Perangkat Osa103 Mini
Untuk pengukuran kami akan menggunakan . Ini adalah alat pengukur universal yang menggabungkan osiloskop, generator sinyal, penganalisis spektrum, pengukur respons frekuensi amplitudo/respons fase, penganalisis antena vektor, pengukur LC, dan bahkan transceiver SDR. Jangkauan operasi OSA103 Mini dibatasi hingga 100 MHz, modul OSA-6G memperluas rentang frekuensi dalam mode IAFC hingga 6 GHz. Program asli dengan semua fungsi berbobot 3 MB, berjalan di Windows dan melalui wine di Linux.
Osa103 Mini - alat pengukur universal untuk amatir radio dan insinyur
Penggandeng arah
Directional coupler adalah perangkat yang mengalihkan sebagian kecil sinyal RF yang bergerak ke arah tertentu. Dalam kasus kami, ia harus memisahkan sebagian dari sinyal yang dipantulkan (dari antena kembali ke generator) untuk mengukurnya.
Penjelasan visual tentang pengoperasian direct coupler:
Karakteristik utama dari penggandeng arah:
- Frekuensi operasi - rentang frekuensi dimana indikator utama tidak melebihi batas normal. Coupler saya dirancang untuk frekuensi dari 1 hingga 1000 MHz
- Cabang (Kopling) - bagian sinyal mana (dalam desibel) yang akan hilang ketika gelombang diarahkan dari IN ke OUT
- Direktivitas β berapa banyak lagi sinyal yang akan dihilangkan ketika sinyal bergerak berlawanan arah dari OUT ke IN
Sekilas hal ini terlihat cukup membingungkan. Untuk lebih jelasnya, bayangkan coupler sebagai pipa air, dengan keran kecil di dalamnya. Drainase dibuat sedemikian rupa sehingga ketika air bergerak ke arah depan (dari IN ke OUT), sebagian besar airnya dibuang. Jumlah air yang dibuang ke arah ini ditentukan oleh parameter Kopling di lembar data coupler.
Ketika air bergerak ke arah yang berlawanan, lebih sedikit air yang dibuang. Ini harus dianggap sebagai efek samping. Jumlah air yang dibuang selama pergerakan ini ditentukan oleh parameter Directivity di datasheet. Semakin kecil parameter ini (semakin besar nilai dB), semakin baik untuk tugas kita.
Diagram skematik
Karena kita ingin mengukur level sinyal yang dipantulkan dari antena, kita menghubungkannya ke IN dari coupler, dan generator ke OUT. Dengan demikian, sebagian sinyal yang dipantulkan dari antena akan sampai ke penerima untuk diukur.
Diagram koneksi keran. Sinyal yang dipantulkan dikirim ke penerima
Pengaturan pengukuran
Mari kita susun setup untuk mengukur SWR sesuai dengan diagram rangkaian. Pada output generator perangkat, kami juga akan memasang attenuator dengan redaman 15 dB. Hal ini akan meningkatkan kecocokan coupler dengan keluaran generator dan meningkatkan akurasi pengukuran. Attenuatornya dapat diambil dengan redaman sebesar 5..15 dB. Besarnya redaman akan secara otomatis diperhitungkan selama kalibrasi berikutnya.
Attenuator melemahkan sinyal dengan jumlah desibel yang tetap. Karakteristik utama dari attenuator adalah koefisien atenuasi sinyal dan rentang frekuensi operasi. Pada frekuensi di luar jangkauan operasi, kinerja attenuator dapat berubah secara tidak terduga.
Seperti inilah tampilan instalasi terakhirnya. Anda juga harus ingat untuk memasok sinyal frekuensi menengah (IF) dari modul OSA-6G ke papan utama perangkat. Caranya, sambungkan port IF OUTPUT pada mainboard ke INPUT pada modul OSA-6G.
Untuk mengurangi tingkat gangguan dari switching power supply laptop, saya melakukan semua pengukuran saat laptop ditenagai oleh baterai.
Kalibrasi
Sebelum memulai pengukuran, Anda perlu memastikan bahwa semua komponen perangkat dalam keadaan baik dan kualitas kabelnya; untuk melakukan ini, kami menghubungkan generator dan penerima langsung dengan kabel, menyalakan generator dan mengukur frekuensinya tanggapan. Kami mendapatkan grafik yang hampir datar pada 0dB. Ini berarti bahwa pada seluruh rentang frekuensi, seluruh daya yang dipancarkan generator mencapai penerima.
Menghubungkan generator langsung ke penerima
Mari tambahkan attenuator ke sirkuit. Redaman sinyal yang hampir merata sebesar 15dB terlihat di seluruh rentang.
Menghubungkan generator melalui attenuator 15dB ke penerima
Mari kita sambungkan generator ke konektor OUT pada coupler, dan penerima ke konektor CPL pada coupler. Karena tidak ada beban yang terhubung ke port IN, semua sinyal yang dihasilkan harus dipantulkan, dan sebagian harus dicabangkan ke penerima. Menurut lembar data untuk coupler kami (), parameter Coupling adalah ~15db, yang berarti kita akan melihat garis horizontal pada level sekitar -30 dB (coupling + attenuator attenuation). Namun karena jangkauan pengoperasian coupler dibatasi hingga 1 GHz, semua pengukuran di atas frekuensi ini dapat dianggap tidak ada artinya. Hal ini terlihat jelas pada grafik, setelah 1 GHz pembacaannya kacau dan tidak berarti. Oleh karena itu, kami akan melakukan semua pengukuran lebih lanjut dalam rentang pengoperasian coupler.
Menghubungkan keran tanpa beban. Batas jangkauan pengoperasian coupler terlihat.
Karena data pengukuran di atas 1 GHz, dalam kasus kami, tidak masuk akal, kami akan membatasi frekuensi maksimum generator pada nilai pengoperasian coupler. Saat mengukur, kita mendapatkan garis lurus.
Membatasi jangkauan generator ke jangkauan pengoperasian coupler
Untuk mengukur SWR antena secara visual, kita perlu melakukan kalibrasi untuk mengambil parameter arus rangkaian (refleksi 100%) sebagai titik referensi, yaitu nol dB. Untuk tujuan ini, program Mini OSA103 memiliki fungsi kalibrasi bawaan. Kalibrasi dilakukan tanpa antena (beban) yang terhubung, data kalibrasi ditulis ke file dan selanjutnya secara otomatis diperhitungkan saat membuat grafik.
Fungsi kalibrasi respons frekuensi dalam program Mini OSA103
Menerapkan hasil kalibrasi dan menjalankan pengukuran tanpa beban, kami mendapatkan grafik datar pada 0dB.
Grafik setelah kalibrasi
Kami mengukur antena
Sekarang Anda dapat mulai mengukur antena. Berkat kalibrasi, kita akan melihat dan mengukur pengurangan pantulan setelah menghubungkan antena.
Antena dari Aliexpress pada 433MHz
Antena bertanda 443MHz. Terlihat antena beroperasi paling efisien pada rentang 446MHz, pada frekuensi ini SWR-nya adalah 1.16. Pada saat yang sama, pada frekuensi yang dinyatakan, kinerjanya jauh lebih buruk, pada 433MHz SWR adalah 4,2.
Antena tidak diketahui 1
Antena tanpa tanda. Dilihat dari grafiknya, ini dirancang untuk 800 MHz, mungkin untuk pita GSM. Agar adil, antena ini juga beroperasi pada 1800 MHz, namun karena keterbatasan coupler, saya tidak dapat melakukan pengukuran yang valid pada frekuensi tersebut.
Antena tidak diketahui 2
Antena lain yang sudah lama tergeletak di kotak saya. Ternyata juga untuk range GSM, tapi lebih baik dari sebelumnya. Pada frekuensi 764 MHz SWR mendekati satu, pada 900 MHz SWR 1.4.
Antena tidak diketahui 3
Kelihatannya seperti antena Wi-Fi, tapi entah kenapa konektornya SMA-Male, dan bukan RP-SMA, seperti semua antena Wi-Fi. Dilihat dari pengukurannya, pada frekuensi hingga 1 MHz antena ini tidak berguna. Sekali lagi, karena keterbatasan coupler, kita tidak tahu jenis antenanya.
Antena teleskopik
Mari kita coba menghitung seberapa jauh antena teleskopik perlu diperluas untuk rentang 433MHz. Rumus untuk menghitung panjang gelombang adalah: Ξ» = C/f, dimana C adalah kecepatan cahaya, f adalah frekuensi.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Panjang gelombang penuh - 69,24 cm
Setengah panjang gelombang - 34,62 cm
Seperempat panjang gelombang - 17,31 cm
Antena yang dihitung dengan cara ini ternyata sama sekali tidak berguna. Pada frekuensi 433MHz nilai SWRnya adalah 11.
Dengan eksperimen memanjangkan antena, saya berhasil mencapai SWR minimal 2.8 dengan panjang antena sekitar 50 cm, ternyata ketebalan bagian sangat penting. Artinya, jika hanya memanjangkan bagian luar yang tipis, hasilnya lebih baik dibandingkan jika hanya memanjangkan bagian tebal dengan panjang yang sama. Saya tidak tahu seberapa besar Anda harus mengandalkan perhitungan panjang antena teleskopik ini di masa depan, karena dalam praktiknya tidak berhasil. Mungkin cara kerjanya berbeda dengan antena atau frekuensi lain, entahlah.
Sepotong kawat pada 433MHz
Seringkali di berbagai perangkat, seperti saklar radio, Anda dapat melihat seutas kabel lurus sebagai antena. Saya memotong seutas kawat yang panjangnya sama dengan seperempat panjang gelombang 433 MHz (17,3 cm) dan melapisi ujungnya agar pas dengan konektor SMA Female.
Hasilnya aneh: kabel seperti itu berfungsi dengan baik pada 360 MHz tetapi tidak berguna pada 433 MHz.
Saya mulai memotong ujung kawat sepotong demi sepotong dan melihat bacaannya. Penurunan grafik mulai bergerak perlahan ke kanan, menuju 433 MHz. Hasilnya, pada kawat yang panjangnya sekitar 15,5 cm, saya berhasil mendapatkan nilai SWR terkecil yaitu 1.8 pada frekuensi 438 MHz. Pemendekan kabel lebih lanjut menyebabkan peningkatan SWR.
Kesimpulan
Karena keterbatasan coupler, antena pada pita di atas 1 GHz tidak dapat diukur, seperti antena Wi-Fi. Ini bisa dilakukan jika saya memiliki coupler bandwidth yang lebih tinggi.
Coupler, kabel penghubung, perangkat, dan bahkan laptop merupakan bagian dari sistem antena yang dihasilkan. Geometrinya, posisinya dalam ruang dan benda-benda di sekitarnya mempengaruhi hasil pengukuran. Setelah dipasang pada stasiun radio atau modem asli, frekuensinya mungkin berubah, karena badan stasiun radio, modem, dan badan operator akan menjadi bagian dari antena.
OSA103 Mini adalah perangkat multifungsi yang sangat keren. Saya mengucapkan terima kasih kepada pengembangnya atas konsultasi selama pengukuran.
Sumber: www.habr.com