— Бұл антенна қандай диапазонға арналған?
- Білмеймін, тексер.
- НЕ?!?!
Қолыңызда қандай антенна бар екенін қалай анықтауға болады, егер онда ешқандай белгі болмаса? Қандай антенна жақсы немесе нашар екенін қалай түсінуге болады? Бұл мәселе мені көптен бері мазалап жүр.
Мақалада қарапайым тілде антенна сипаттамаларын өлшеу әдістемесі және антеннаның жиілік диапазонын анықтау әдісі сипатталған.
Тәжірибелі радиоинженерлер үшін бұл ақпарат тривиальды болып көрінуі мүмкін және өлшеу техникасы жеткілікті дәл болмауы мүмкін. Мақала мен сияқты радиоэлектроника туралы мүлде түсінбейтіндерге арналған.
TL; DR Біз OSA 103 Mini құрылғысы мен бағыттаушы қосқышты пайдаланып, әртүрлі жиіліктегі антенналардың SWR-ін өлшейміз, SWR жиілікке тәуелділігін сызамыз.
Теория
Таратқыш антеннаға сигнал жібергенде, энергияның бір бөлігі ауаға сәулеленеді, ал бір бөлігі шағылысып, кері қайтарылады. Сәулеленген және шағылысқан энергия арасындағы байланыс тұрақты толқын қатынасымен (SWR немесе SWR) сипатталады. SWR неғұрлым төмен болса, таратқыштың энергиясы радиотолқындар ретінде көбірек шығарылады. SWR = 1 кезінде шағылысу болмайды (барлық энергия сәулеленеді). Нақты антеннаның SWR әрқашан 1-ден үлкен.
Егер сіз антеннаға әртүрлі жиіліктегі сигнал жіберіп, бір уақытта SWR өлшесеңіз, қандай жиілікте шағылысу минималды болатынын таба аласыз. Бұл антеннаның жұмыс ауқымы болады. Сондай-ақ, бір жолақ үшін әртүрлі антенналарды салыстырып, қайсысы жақсы екенін таба аласыз.
Таратқыш сигналының бір бөлігі антеннадан көрсетіледі
Белгілі бір жиілікке арналған антенна, теорияда, оның жұмыс жиіліктерінде ең төменгі SWR болуы керек. Бұл антеннаға әртүрлі жиілікте сәуле шығару және қай жиілікте шағылысу ең аз, яғни радиотолқындар түрінде шығатын энергияның максималды мөлшерін табу жеткілікті екенін білдіреді.
Әртүрлі жиіліктегі сигналды генерациялай отырып және шағылуды өлшей отырып, біз X осіндегі жиілікпен және Y осіндегі сигналдың шағылысуымен графикті құра аламыз. Нәтижесінде, графикте құлдырау болған жерде (яғни сигналдың ең аз шағылысуы) антеннаның жұмыс диапазоны болады.
Жиілікке қарсы шағылысудың ойдан шығарылған графигі. Антеннаның жұмыс жиілігін қоспағанда, бүкіл диапазонда шағылысу 100% құрайды.
Osa103 Mini құрылғысы
Өлшемдер үшін біз қолданамыз . Бұл осциллографты, сигнал генераторын, спектр анализаторын, амплитудалық жиілікті жауап/фазалық жауап өлшеуішін, векторлық антенна анализаторын, LC өлшегішін және тіпті SDR қабылдағышты біріктіретін әмбебап өлшеу құрылғысы. OSA103 Mini жұмыс диапазоны 100 МГц-пен шектелген, OSA-6G модулі IAFC режимінде жиілік диапазонын 6 ГГц-ке дейін кеңейтеді. Барлық функциялары бар жергілікті бағдарламаның салмағы 3 МБ, Windows жүйесінде және Linux жүйесінде шарап арқылы жұмыс істейді.
Osa103 Mini - радиоәуесқойлар мен инженерлерге арналған әмбебап өлшеу құралы
Бағытты қосқыш
Бағытталған қосқыш - белгілі бір бағытта қозғалатын РЖ сигналының кішкене бөлігін бұратын құрылғы. Біздің жағдайда оны өлшеу үшін шағылысқан сигналдың бір бөлігін (антеннадан генераторға кері өту) тармақтау керек.
Бағытталған қосқыштың жұмысының көрнекі түсіндірмесі:
Бағытталған қосқыштың негізгі сипаттамалары:
- Жұмыс жиіліктері - негізгі көрсеткіштер қалыпты шектен аспайтын жиіліктер диапазоны. Менің қосқышым 1-ден 1000 МГц-ке дейінгі жиіліктерге арналған
- Филиал (муфта) - толқын IN-ден OUT-ке бағытталған кезде сигналдың қай бөлігі (децибелде) жойылады
- Директивтік — сигнал OUT-тен IN-ке қарама-қарсы бағытта қозғалғанда сигнал қанша аз жойылады
Бір қарағанда, бұл өте түсініксіз болып көрінеді. Түсінікті болу үшін муфтаны ішінде шағын розетка бар су құбыры ретінде елестетейік. Дренаж су алға бағытта қозғалғанда (IN-дан OUT-ке) судың едәуір бөлігі жойылатындай етіп жасалады. Осы бағытта ағызылатын су мөлшері муфтаның деректер парағындағы Қосылу параметрімен анықталады.
Су қарама-қарсы бағытта қозғалғанда, су айтарлықтай азырақ шығарылады. Оны жанама әсер ретінде қабылдау керек. Бұл қозғалыс кезінде ағызылатын су мөлшері деректер парағындағы Directivity параметрімен анықталады. Бұл параметр неғұрлым аз болса (дБ мәні неғұрлым үлкен болса), біздің тапсырмамыз үшін соғұрлым жақсы.
Схема диаграммасы
Антеннадан шағылысқан сигнал деңгейін өлшегіміз келгендіктен, біз оны муфтаның IN-іне, ал генераторды OUT-ке қосамыз. Осылайша, антеннадан шағылған сигналдың бір бөлігі өлшеу үшін қабылдағышқа жетеді.
Кранның қосылу схемасы. Шағылысқан сигнал қабылдағышқа жіберіледі
Өлшеу қондырғысы
Электр сұлбасына сәйкес SWR өлшеу қондырғысын құрастырайық. Құрылғы генераторының шығысында біз 15 дБ әлсіреуі бар аттенюаторды қосымша орнатамыз. Бұл қосқыштың генератор шығысымен сәйкестігін жақсартады және өлшеу дәлдігін арттырады. Аттенюаторды 5..15 дБ әлсіретумен алуға болады. Келесі калибрлеу кезінде әлсіреу мөлшері автоматты түрде есепке алынады.
Аттенюатор сигналды белгіленген децибел санымен әлсіретеді. Атенюатордың негізгі сипаттамасы сигналдың әлсіреу коэффициенті және жұмыс жиілігі диапазоны болып табылады. Жұмыс ауқымынан тыс жиіліктерде аттенюатордың өнімділігі күтпеген түрде өзгеруі мүмкін.
Соңғы орнату осылай көрінеді. Сондай-ақ, OSA-6G модулінен құрылғының негізгі тақтасына аралық жиілік (IF) сигналын беруді есте сақтау керек. Ол үшін негізгі тақтадағы IF OUTPUT портын OSA-6G модуліндегі INPUT портына қосыңыз.
Ноутбуктің коммутациялық қуат көзінен кедергі деңгейін төмендету үшін ноутбук батареядан қуат алған кезде барлық өлшемдерді орындаймын.
Калибрлеу
Өлшеуді бастамас бұрын құрылғының барлық құрамдас бөліктерінің жақсы жұмыс күйінде екеніне және кабельдердің сапасына көз жеткізу керек, ол үшін генератор мен қабылдағышты тікелей кабельмен қосамыз, генераторды қосып, жиілікті өлшейміз. жауап. Біз 0дБ шамасында дерлік тегіс графикті аламыз. Бұл бүкіл жиілік диапазонында генератордың барлық сәулелену қуаты қабылдағышқа жеткенін білдіреді.
Генераторды тікелей қабылдағышқа қосу
Тізбекке аттенюаторды қосамыз. 15дБ сигналдың біркелкі дерлік әлсіреуі бүкіл диапазонда көрінеді.
Генераторды 15дБ аттенюатор арқылы қабылдағышқа қосу
Генераторды қосқыштың OUT қосқышына, ал қабылдағышты муфтаның CPL қосқышына қосамыз. IN портына ешқандай жүктеме қосылмағандықтан, жасалған сигналдың барлығы көрсетіліп, оның бір бөлігі қабылдағышқа тармақталуы керек. Біздің қосқыштың деректер кестесіне сәйкес (), Муфта параметрі ~15дб, бұл шамамен -30 дБ деңгейінде көлденең сызықты көруіміз керек дегенді білдіреді (муфта + аттенюатордың әлсіреуі). Бірақ қосқыштың жұмыс диапазоны 1 ГГц-пен шектелгендіктен, осы жиіліктен жоғары барлық өлшемдерді мағынасыз деп санауға болады. Бұл графикте анық көрінеді; 1 ГГц-тен кейін көрсеткіштер хаотикалық және мағынасыз. Сондықтан біз муфтаның жұмыс диапазонында барлық әрі қарай өлшеулерді орындаймыз.
Кранды жүктемесіз қосу. Муфтаның жұмыс диапазонының шегі көрінеді.
1 ГГц-тен жоғары өлшеу деректері, біздің жағдайда мағынасы жоқ болғандықтан, біз генератордың максималды жиілігін муфтаның жұмыс мәндерімен шектейміз. Өлшеу кезінде біз түзу сызық аламыз.
Генератор диапазонын муфтаның жұмыс диапазонына шектеу
Антенналардың SWR-ін көрнекі түрде өлшеу үшін схеманың ағымдағы параметрлерін (100% шағылысу) тірек нүктесі ретінде қабылдау үшін калибрлеуді орындау керек, яғни нөл дБ. Осы мақсатта OSA103 Mini бағдарламасында кірістірілген калибрлеу функциясы бар. Калибрлеу қосылған антеннасыз (жүктеме) орындалады, калибрлеу деректері файлға жазылады және кейіннен графиктерді құру кезінде автоматты түрде есепке алынады.
OSA103 Mini бағдарламасындағы жиілікті калибрлеу функциясы
Калибрлеу нәтижелерін қолдану және өлшеулерді жүктемесіз орындау, біз 0дБ кезінде тегіс графикті аламыз.
Калибрлеуден кейінгі график
Біз антенналарды өлшейміз
Енді антенналарды өлшеуді бастауға болады. Калибрлеудің арқасында біз антеннаны қосқаннан кейін шағылысудың азаюын көреміз және өлшейміз.
433 МГц жиілікте Aliexpress-тен антенна
Антенна 443 МГц деп белгіленген. Антеннаның 446 МГц диапазонында ең тиімді жұмыс істейтінін көруге болады, бұл жиілікте SWR 1.16 құрайды. Сонымен қатар, мәлімделген жиілікте өнімділік айтарлықтай нашарлайды, 433 МГц жиілікте SWR 4,2 құрайды.
Белгісіз антенна 1
Белгілері жоқ антенна. Графикке қарағанда, ол 800 МГц-ке арналған, мүмкін GSM диапазонына арналған. Әділ болу үшін, бұл антенна да 1800 МГц жиілікте жұмыс істейді, бірақ қосқыштың шектеулеріне байланысты мен бұл жиіліктерде дұрыс өлшемдер жасай алмаймын.
Белгісіз антенна 2
Менің қораптарымда ұзақ уақыт жатқан тағы бір антенна. Шамасы, GSM диапазоны үшін де, бірақ алдыңғыға қарағанда жақсы. 764 МГц жиілікте SWR бірлікке жақын, 900 МГц жиілікте SWR 1.4 құрайды.
Белгісіз антенна 3
Бұл Wi-Fi антеннасына ұқсайды, бірақ қандай да бір себептермен қосқыш барлық Wi-Fi антенналары сияқты RP-SMA емес, SMA-Male. Өлшеулерге қарағанда, 1 МГц-ке дейінгі жиіліктерде бұл антенна пайдасыз. Тағы да, қосқыштың шектеулеріне байланысты біз оның қандай антенна екенін білмейміз.
Телескопиялық антенна
433 МГц диапазонында телескопиялық антеннаның қаншалықты ұзартылуы керектігін есептеп көрейік. Толқын ұзындығын есептеу формуласы: λ = C/f, мұндағы С – жарық жылдамдығы, f – жиілік.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Толық толқын ұзындығы - 69,24 см
Жарты толқын ұзындығы - 34,62 см
Ширек толқын ұзындығы - 17,31 см
Осылайша есептелген антенна мүлдем пайдасыз болып шықты. 433 МГц жиілікте SWR мәні 11 болады.
Антеннаны эксперименталды түрде ұзарту арқылы мен антеннаның ұзындығы шамамен 2.8 см болатын минималды SWR 50-ге қол жеткіздім.Секциялардың қалыңдығы үлкен мәнге ие екендігі анықталды. Яғни, жұқа сыртқы бөліктерді ғана ұзартқанда, қалың бөліктерді бірдей ұзындыққа ұзартқаннан гөрі нәтиже жақсы болды. Болашақта телескопиялық антеннаның ұзындығымен бұл есептеулерге қаншалықты сену керек екенін білмеймін, өйткені олар іс жүзінде жұмыс істемейді. Мүмкін ол басқа антенналармен немесе жиіліктермен басқаша жұмыс істейтін шығар, мен білмеймін.
433 МГц жиіліктегі сым бөлігі
Көбінесе әртүрлі құрылғыларда, мысалы, радио қосқыштарда антенна ретінде түзу сымның бір бөлігін көруге болады. Мен 433 МГц (17,3 см) толқын ұзындығының төрттен бір бөлігіне тең сым бөлігін кесіп алдым және ұшын SMA әйел коннекторына тығыз орналасатындай етіп қаңылтырдым.
Нәтиже біртүрлі болды: мұндай сым 360 МГц жиілікте жақсы жұмыс істейді, бірақ 433 МГц жиілікте пайдасыз.
Мен сымды шеткі бөліктен кесіп, көрсеткіштерге қарай бастадым. Графиктің төмендеуі баяу оңға, 433 МГц-ке қарай жылжи бастады. Нәтижесінде ұзындығы шамамен 15,5 см болатын сым арқылы мен 1.8 МГц жиілікте 438 ең кіші SWR мәнін ала алдым. Кабельді одан әрі қысқарту SWR ұлғаюына әкелді.
қорытынды
Қосқыштың шектеулеріне байланысты Wi-Fi антенналары сияқты 1 ГГц-тен жоғары жолақтардағы антенналарды өлшеу мүмкін болмады. Егер менде өткізу қабілеттілігі жоғары қосқыш болса, мұны істеуге болатын еді.
Қосқыш, қосқыш кабельдер, құрылғы және тіпті ноутбук - бұл алынған антенна жүйесінің барлық бөліктері. Олардың геометриясы, кеңістіктегі орны және қоршаған заттар өлшеу нәтижесіне әсер етеді. Нақты радиостанцияға немесе модемге орнатқаннан кейін жиілік ауысуы мүмкін, себебі радиостанцияның корпусы, модем және оператор корпусы антеннаның бір бөлігіне айналады.
OSA103 Mini - өте керемет көп функциялы құрылғы. Өлшеу кезінде кеңес бергені үшін оны әзірлеушіге алғысымды білдіремін.
Ақпарат көзі: www.habr.com