לאיזה פס מיועדת האנטנה הזו?
אני לא יודע, תבדוק.
- מה?!?!
איך לקבוע איזה סוג של אנטנה יש לך בידיים אם אין עליה סימון? איך להבין איזו אנטנה עדיפה או גרועה? הבעיה הזו מטרידה אותי כבר הרבה זמן.
המאמר מתאר במילים פשוטות שיטה למדידת מאפייני אנטנות, ושיטה לקביעת טווח התדרים של אנטנה.
עבור מהנדסי רדיו מנוסים, מידע זה עשוי להיראות בנאלי, וייתכן שטכניקת המדידה אינה מדויקת מספיק. המאמר מיועד למי שלא מבין כלום בכלל באלקטרוניקה רדיו, כמוני.
TL; DR אנו נמדוד את ה-SWR של אנטנות בתדרים שונים באמצעות מכשיר OSA 103 Mini ומצמד כיווני, מתווה SWR מול תדר.
Теория
כאשר משדר שולח אות לאנטנה, חלק מהאנרגיה מוקרנת לאוויר, וחלק מוחזר ומוחזר. היחס בין האנרגיה המוקרנת והמוחזרת מאופיין ביחס גלים עומדים (SWR או SWR). ככל שה-SWR נמוך יותר, יותר מהאנרגיה של המשדר מוקרנת כגלי רדיו. ב-SWR = 1 אין השתקפות (כל האנרגיה מוקרנת). ה-SWR של אנטנה אמיתית תמיד גדול מ-1.
אם תשלחו אות של תדרים שונים לאנטנה ובו זמנית מודדים את ה-SWR, תוכלו למצוא באיזה תדר ההשתקפות תהיה מינימלית. זה יהיה טווח הפעולה של האנטנה. אתה יכול גם להשוות אנטנות שונות לאותו טווח ביניהן ולמצוא איזו טובה יותר.
חלק מאותות המשדר מוחזר מהאנטנה
אנטנה המדורגת לתדר מסוים צריכה, בתיאוריה, להיות בעלת ה-SWR הנמוך ביותר בתדרי הפעולה שלה. זה אומר שמספיק להקרין לתוך האנטנה בתדרים שונים ולמצוא באיזה תדר ההשתקפות הכי קטנה, כלומר כמות האנרגיה המקסימלית שעפה משם בצורה של גלי רדיו.
על ידי היכולת להפיק אות בתדרים שונים ולמדוד את ההשתקפות, נוכל לשרטט את ציר ה-x עם התדר ואת ציר ה-y עם ההחזר של האות. כתוצאה מכך, כאשר יש צניחה בגרף (כלומר, השתקפות האות הקטן ביותר), יהיה טווח פעולה של האנטנה.
עלילה דמיונית של השתקפות מול תדר. ההשתקפות היא 100% על כל הטווח, למעט תדר ההפעלה של האנטנה.
מכשיר Osa103 Mini
למדידות נשתמש . זהו מכשיר מדידה רב-תכליתי המשלב אוסצילוסקופ, מחולל אותות, מנתח ספקטרום, מד תגובת תדר/תגובת פאזה, מנתח אנטנות וקטור, מד LC, ואפילו מקלט SDR. טווח הפעולה OSA103 Mini מוגבל ל-100 מגה-הרץ, מודול ה-OSA-6G מרחיב את טווח התדרים במצב תגובת התדרים עד ל-6 גיגה-הרץ. התוכנית המקורית עם כל הפונקציות שוקלת 3 MB, עובדת תחת Windows ודרך יין בלינוקס.
Osa103 Mini הוא מכשיר מדידה אוניברסלי לחובבי ומהנדסי רדיו
מצמד כיווני
מצמד כיווני הוא מכשיר שמסיט חלק קטן של אות RF הנוסע בכיוון מסוים. במקרה שלנו, עליו להסתעף חלק מהאות המוחזר (המגיע מהאנטנה בחזרה לגנרטור) כדי למדוד אותו.
הסבר חזותי של פעולתו של מצמד כיווני:
המאפיינים העיקריים של המצמד הכיווני:
- תדרי הפעלה - טווח התדרים שבו האינדיקטורים העיקריים אינם חורגים מהנורמה. המצמד שלי מיועד לתדרים מ-1 עד 1000 מגה-הרץ
- סניף (צימוד) - איזה חלק של האות (בדציבלים) יופנה כאשר הגל יופנה מ-IN ל-OUT
- כִּוּוּנִיוּת - כמה פחות האות יופנה כאשר האות נע בכיוון ההפוך מ-OUT ל-IN
במבט ראשון, זה נראה די מבלבל. למען הבהירות, בואו נדמיין את הברז כצינור מים, עם שקע קטן בפנים. ההטיה נעשית באופן שכאשר המים נעים לכיוון קדימה (מ-IN ל-OUT), חלק ניכר מהמים מופנה. כמות המים המופנית לכיוון זה נקבעת על ידי פרמטר Coupling בגליון הנתונים של המצמד.
כאשר המים נעים בכיוון ההפוך, הרבה פחות מים זורמים. יש לקחת את זה כתופעת לוואי. כמות המים שנשלפת במהלך תנועה זו נקבעת על ידי פרמטר Directivity בגליון הנתונים. ככל שהפרמטר הזה קטן יותר (ככל שערך ה-dB גדול יותר), כך טוב יותר למשימה שלנו.
תרשים מעגלים
מכיוון שאנו רוצים למדוד את רמת האות המוחזר מהאנטנה, אנו מחברים אותו ל-IN של המצמד, ואת המחולל ל-OUT. כך, חלק מהאות המשתקף מהאנטנה יגיע למקלט לצורך מדידה.
הקש על דיאגרמת חיבור. האות המשתקף נשלח למקלט
הגדרת מדידה
בואו להרכיב את המתקן למדידת SWR בהתאם לתרשים המעגל. ביציאת הגנרטור של המכשיר, אנו מתקינים בנוסף מנחת עם הנחתה של 15 dB. זה ישפר את ההתאמה של המצמד לתפוקת הגנרטור ויגדיל את דיוק המדידה. ניתן לקחת את המנחת עם הנחתה של 5..15 dB. ערך ההנחתה נלקח בחשבון אוטומטית במהלך הכיול הבא.
המחליש מחליש את האות במספר קבוע של דציבלים. המאפיין העיקרי של המנחת הוא מקדם הנחתה (הנחתה) של האות וטווח תדרי הפעולה. בתדרים מחוץ לטווח הפעולה, המאפיינים של המנחת עשויים להשתנות באופן בלתי צפוי.
כך נראית ההגדרה הסופית. אתה גם צריך לזכור להחיל אות תדר ביניים (IF) ממודול OSA-6G על הלוח הראשי של המכשיר. לשם כך, אנו מחברים את יציאת IF OUTPUT בלוח הראשי עם INPUT במודול OSA-6G.
כדי להפחית את רמת ההפרעות מאספקת החשמל המתחלפת של המחשב הנייד, אני מבצע את כל המדידות כאשר המחשב הנייד מופעל מהסוללה.
כִּיוּל
לפני תחילת המדידות יש לוודא שכל רכיבי המכשיר תקינים ואיכות הכבלים, לשם כך מחברים את הגנרטור והמקלט עם כבל ישירות, מפעילים את הגנרטור ומודד את תגובת התדר. אנו מקבלים גרף כמעט שטוח ב-0dB. המשמעות היא שלאורך כל טווח התדרים, כל ההספק המוקרן של הגנרטור הגיע למקלט.
חיבור הגנרטור ישירות למקלט
בואו נוסיף מנחת למעגל. ניתן לראות הנחתה כמעט שווה של 15dB על כל הטווח.
חיבור הגנרטור דרך מנחת 15dB למקלט
חבר את הגנרטור למחבר OUT של המצמד, ואת המקלט ל-CPL של המצמד. מכיוון שאין עומס מחובר ליציאת IN, כל האות שנוצר חייב להשתקף, וחלק ממנו חייב להיות מסועף למקלט. לפי גיליון הנתונים של המצמד שלנו (), הפרמטר Coupling הוא ~15db, מה שאומר שעלינו לראות קו אופקי בערך -30dB (הנחתה של צימוד + מנחת). אבל מכיוון שטווח הפעולה של המצמד מוגבל ל-1 GHz, כל המדידות מעל תדר זה יכולות להיחשב חסרות משמעות. זה נראה בבירור על הגרף, לאחר 1 GHz הקריאות הן כאוטיות ואינן הגיוניות. לכן, אנו נבצע את כל המדידות הנוספות בטווח הפעולה של המצמד.
הקש על חיבור ללא עומס. הגבול של טווח הפעולה של המצמד גלוי.
מכיוון שנתוני המדידה מעל 1 GHz, במקרה שלנו, אינם הגיוניים, נגביל את התדר המקסימלי של הגנרטור לערכי הפעולה של המצמד. כאשר מודדים, נקבל קו ישר.
הגבלת טווח הגנרטור לטווח הפעולה של המצמד
על מנת למדוד חזותית את SWR של אנטנות, עלינו לכייל כדי לקחת את פרמטרי המעגל הנוכחיים (100% השתקפות) כנקודת ייחוס, כלומר אפס dB. לשם כך, ל-OSA103 Mini יש פונקציית כיול מובנית. הכיול מתבצע ללא אנטנה מחוברת (עומס), נתוני הכיול נכתבים לקובץ ולאחר מכן נלקחים בחשבון באופן אוטומטי בעת ציור גרפים.
פונקציית כיול תגובת תדר בתוכנת OSA103 Mini
יישום תוצאות הכיול והפעלת המדידות ללא עומס, נקבל גרף שטוח ב-0dB.
גרף לאחר כיול
אנו מודדים אנטנות
עכשיו אתה יכול להתחיל למדוד את האנטנות. באמצעות כיול, נראה ונמדוד את הפחתת ההשתקפות לאחר חיבור האנטנה.
אנטנה של Aliexpress במהירות 433MHz
אנטנה מסומנת 443MHz. ניתן לראות שהאנטנה עובדת בצורה היעילה ביותר על פס 446MHz, בתדר זה ה-SWR הוא 1.16. יחד עם זאת, בתדר המוצהר, הביצועים גרועים משמעותית, ב-433MHz SWR 4,2.
אנטנה לא ידועה 1
אנטנה לא מסומנת. אם לשפוט לפי לוח הזמנים, הוא מיועד ל-800 מגה-הרץ, ככל הנראה עבור רצועת ה-GSM. למען ההגינות, האנטנה הזו פועלת גם בתדר 1800 מגה-הרץ, אבל בגלל מגבלות המצמד, אני לא יכול לבצע מדידות נכונות בתדרים אלו.
אנטנה לא ידועה 2
עוד אנטנה ששוכבת אצלי בקופסאות כבר הרבה זמן. ככל הנראה, גם עבור רצועת GSM, אבל טוב יותר מהקודם. בתדר של 764 מגה-הרץ, ה-SWR קרוב לאחדות, ב-900 מגה-הרץ, ה-SWR הוא 1.4.
אנטנה לא ידועה 3
זה נראה כמו אנטנת Wi-Fi, אבל משום מה המחבר הוא SMA-Male, ולא RP-SMA, כמו כל אנטנות ה-Wi-Fi. אם לשפוט לפי המדידות, בתדרים של עד 1 מגה-הרץ, האנטנה הזו חסרת תועלת. שוב, בגלל מגבלות המצמד, לא נדע באיזה סוג אנטנה מדובר.
אנטנה טלסקופית
בוא ננסה לחשב כמה אתה צריך להרחיב את האנטנה הטלסקופית עבור פס 433MHz. הנוסחה לחישוב אורך הגל: λ = C/f, כאשר C היא מהירות האור, f היא התדר.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
אורך גל מלא - 69,24 ס"מ
חצי אורך גל - 34,62 ס"מ
רבע אורך גל - 17,31 ס"מ
האנטנה שחושבה בצורה זו התבררה כחסרת תועלת לחלוטין. בתדר של 433MHz, ערך SWR הוא 11.
בהרחבה נסיונית של האנטנה הצלחתי להגיע למינימום SWR של 2.8 באורך אנטנה של כ-50 ס"מ. התברר שיש חשיבות רבה לעובי החתכים. כלומר, כאשר רק חלקי קצה דקים הורחבו, התוצאה הייתה טובה יותר מאשר כאשר רק חלקים עבים הורחבו לאותו אורך. אני לא יודע כמה עוד צריך להסתמך על החישובים האלה עם אורך האנטנה הטלסקופית, כי בפועל הם לא עובדים. אולי עם אנטנות או תדרים אחרים זה עובד אחרת, אני לא יודע.
חתיכת חוט במהירות 433MHz
לעתים קרובות במכשירים שונים, כגון מתגי רדיו, אתה יכול לראות חתיכת חוט ישר כאנטנה. חתכתי חתיכת חוט השווה לרבע אורך גל של 433 מגה-הרץ (17,3 ס"מ) ושיכרתי את הקצה כך שיתאים היטב למחבר SMA Female.
התוצאה התבררה כמוזרה: חוט כזה עובד היטב ב-360 מגה-הרץ, אבל הוא חסר תועלת ב-433 מגה-הרץ.
התחלתי לחתוך את החוט מהקצה חלק אחר חלק ולהסתכל על הקריאות. הצניחה בגרף החלה לעבור לאט ימינה, לכיוון 433 מגה-הרץ. כתוצאה מכך, באורך חוט של כ-15,5 ס"מ, הצלחתי להשיג את ערך ה-SWR הנמוך ביותר של 1.8 בתדר של 438 מגה-הרץ. קיצור נוסף של הכבל הוביל לעלייה ב-SWR.
מסקנה
בשל מגבלות המצמד, לא ניתן היה למדוד אנטנות על פסים מעל 1 GHz, כגון אנטנות Wi-Fi. זה יכול להיעשות אם היה לי מצמד רחב יותר.
מצמד, כבלים מחברים, מכשיר ואפילו מחשב נייד הם חלקים ממערכת האנטנות שנוצרה. הגיאומטריה שלהם, מיקומם בחלל והעצמים הסובבים אותם משפיעים על תוצאת המדידה. לאחר הגדרה לתחנת רדיו או מודם אמיתיים, התדר עשוי להשתנות, בגלל. גוף תחנת הרדיו, מודם, גוף המפעיל יהפוך לחלק מהאנטנה.
OSA103 Mini הוא מכשיר רב תכליתי מגניב מאוד. אני מביע את תודתי למפתח שלו על עצות במהלך המדידות.
מקור: www.habr.com