- Fir wat fir eng Rei ass dës Antenne?
- Ech weess et net, kontrolléiert.
- WAAT?!?!
Wéi kënnt Dir bestëmmen wéi eng Antenne Dir an Ären Hänn hutt, wann et keng Marquage op ass? Wéi ze verstoen wéi eng Antenne besser oder méi schlecht ass? Dëse Problem huet mech fir eng laang Zäit geplot.
Den Artikel beschreift an einfacher Sprooch d'Technik fir d'Antenneeigenschaften ze moossen an d'Method fir d'Frequenzbereich vun der Antenne ze bestëmmen.
Fir erfuerene Radioingenieuren kann dës Informatioun trivial schéngen, an d'Messtechnik ass vläicht net korrekt genuch. Den Artikel ass fir déi geduecht, déi näischt iwwer Radioelektronik verstinn, wéi ech.
TL; DR Mir moossen d'SWR vun Antennen op verschiddene Frequenzen mam OSA 103 Mini Apparat an e Direktiounskuppler, fir d'Ofhängegkeet vum SWR op der Frequenz ze plotten.
Theorie
Wann e Sender e Signal un eng Antenne schéckt, gëtt e puer vun der Energie an d'Loft gestrahlt, an e puer gëtt reflektéiert an zréck. D'Relatioun tëscht emittéierter a reflektéierter Energie zeechent sech duerch de Standwellenverhältnis (SWR oder SWR). Wat méi niddereg de SWR ass, wat méi vun der Energie vum Sender als Radiowellen ausgestraalt gëtt. Bei SWR = 1 gëtt et keng Reflexioun (all Energie gëtt ausgestraalt). De SWR vun enger realer Antenne ass ëmmer méi grouss wéi 1.
Wann Dir e Signal vu verschiddene Frequenzen un d'Antenne schéckt a gläichzäiteg den SWR moosst, kënnt Dir feststellen op wéi enger Frequenz d'Reflexioun minimal ass. Dëst wäert d'Betribsberäich vun der Antenne sinn. Dir kënnt och verschidden Antennen fir déiselwecht Band vergläichen a fannen wéi eng besser ass.
En Deel vum Sendersignal gëtt vun der Antenne reflektéiert
Eng Antenne entworf fir eng gewësse Frequenz, an der Theorie, soll déi ënnescht SWR bei sengen Operatiounsfrequenzen hunn. Dat heescht, datt et duer geet, an d'Antenne bei verschiddene Frequenzen auszestrahlen an ze fannen op wéi enger Frequenz d'Reflexioun am klengste ass, dat heescht déi maximal Energie déi a Form vu Radiowellen entkommt.
Andeems mir fäeg sinn e Signal op verschiddene Frequenzen ze generéieren an d'Reflexioun ze moossen, kënne mir eng Grafik mat der Frequenz op der X-Achs an der Reflexivitéit vum Signal op der Y-Achs erstellen. Als Resultat, wou et en Dip an der Grafik ass (dat ass déi mannst Reflexioun vum Signal), gëtt et eng Operatiounsberäich vun der Antenne.
Imaginär Grafik vu Reflexioun versus Frequenz. Iwwer de ganze Beräich ass d'Reflexioun 100%, ausser d'Betribsfrequenz vun der Antenne.
Apparat Osa103 Mini
Fir Miessunge wäerte mir benotzen . Dëst ass en universellt Miessapparat dat en Oszilloskop, e Signalgenerator, e Spektrumanalysator, en Amplitudenfrequenz Äntwert / Phase Äntwert Meter, e Vecteure Antenne Analyser, e LC Meter a souguer en SDR Transceiver kombinéiert. D'Betribsberäich vum OSA103 Mini ass limitéiert op 100 MHz, den OSA-6G Modul erweidert d'Frequenzbereich am IAFC Modus op 6 GHz. Déi gebierteg Programm mat all Funktiounen weit 3 MB, leeft op Windows an iwwer Wäin op Linux.
Osa103 Mini - en universellt Miessapparat fir Radioamateuren an Ingenieuren
Direktional Koppel
E Richtungskoppler ass en Apparat deen e klengen Deel vun engem RF Signal ofgeleet, deen an eng spezifesch Richtung reest. An eisem Fall muss et en Deel vum reflektéierte Signal ofwiesselen (vun der Antenne zréck an de Generator goen) fir et ze moossen.
Eng visuell Erklärung vun der Operatioun vun engem Direktiounskuppler:
Haaptcharakteristike vum Direktiounskuppler:
- Betribssystemer Frequenzen - d'Gamme vu Frequenzen, bei deenen d'Haaptindikatoren d'normale Grenzen net iwwerschreiden. Meng Koppel ass fir Frequenzen vun 1 bis 1000 MHz entworf
- Branch (Kupplung) - wéi en Deel vum Signal (an Dezibel) gëtt ewechgeholl wann d'Welle vun IN op OUT geriicht gëtt
- Direktivitéit - wéi vill manner Signal gëtt geläscht wann d'Signal an déi entgéintgesate Richtung vun OUT op IN beweegt
Op den éischte Bléck gesäit dat zimlech konfus aus. Fir Kloerheet, loosst eis de Kuppler als Waasserleitung virstellen, mat engem klengen Outlet dobannen. D'Entwässerung gëtt esou gemaach datt wann d'Waasser an d'Forward Richtung beweegt (vun IN op OUT), e groussen Deel vum Waasser ewechgeholl gëtt. D'Quantitéit u Waasser, déi an dëser Richtung entlooss gëtt, gëtt vum Kupplungsparameter am Kupplerdatenblat festgeluegt.
Wann Waasser an déi entgéintgesate Richtung beweegt, gëtt däitlech manner Waasser ewechgeholl. Et soll als Säit Effekt geholl ginn. D'Quantitéit u Waasser, déi während dëser Bewegung entlooss gëtt, gëtt vum Direktivitéitsparameter am Dateblat festgeluegt. Wat méi kleng dëse Parameter ass (wat méi grouss ass den dB Wäert), dest besser fir eis Aufgab.
Schematesch Diagramm
Well mir wëllen de Signalniveau reflektéiert vun der Antenne moossen, verbannen mir et un den IN vum Kuppler, an de Generator op OUT. Also en Deel vum Signal reflektéiert vun der Antenne wäert den Empfänger fir d'Messung erreechen.
Verbindungsdiagramm fir den Krunn. Dat reflektéiert Signal gëtt un den Empfänger geschéckt
Miessunge Setup
Loosst eis e Setup fir d'Messung vum SWR am Aklang mam Circuitdiagramm zesummestellen. Um Ausgang vum Apparat Generator wäerte mir zousätzlech en Attenuator mat enger Dämpfung vu 15 dB installéieren. Dëst wäert d'Mataarbecht vum Kuppler mam Generatoroutput verbesseren an d'Messgenauegkeet erhéijen. Den Attenuator kann mat enger Dämpfung vun 5..15 dB geholl ginn. De Betrag vun der Dämpfung gëtt automatesch bei der spéider Kalibrierung berücksichtegt.
En Attenuator attenuéiert d'Signal mat enger fixer Unzuel vun Dezibel. D'Haaptcharakteristik vun engem Attenuator ass den Attenuatiounskoeffizient vum Signal an de Betribsfrequenzbereich. Bei Frequenzen ausserhalb vum Betribsberäich kann d'Performance vum Attenuator onberechenbar änneren.
Dëst ass wéi déi lescht Installatioun ausgesäit. Dir musst och drun erënneren eng Zwëschenfrequenz (IF) Signal vum OSA-6G Modul un d'Haaptplat vum Apparat ze liwweren. Fir dëst ze maachen, verbënnt den IF OUTPUT Hafen op der Haaptplat mam INPUT op dem OSA-6G Modul.
Fir den Niveau vun der Interferenz vun der Schaltkraaftversuergung vum Laptop ze reduzéieren, maachen ech all Miessunge wann de Laptop mat Batterie ugedriwwe gëtt.
Kalibrierung
Ier Dir Miessunge ufänkt, musst Dir sécher sinn datt all Komponente vum Apparat an engem gudden Zoustand sinn an d'Qualitéit vun de Kabelen; Fir dëst ze maachen, verbannen mir den Generator an den Empfänger direkt mat engem Kabel, schalt den Generator un a moossen d'Frequenz Äntwert. Mir kréien eng bal flaach Grafik bei 0dB. Dëst bedeit datt iwwer de ganze Frequenzbereich all déi ausgestraalt Kraaft vum Generator den Empfänger erreecht huet.
D'Verbindung vum Generator direkt an den Empfänger
Loosst eis en Attenuator an de Circuit addéieren. Eng bal gläichméisseg Signaldempung vu 15dB ass iwwer d'ganz Gamme sichtbar.
De Generator duerch e 15dB Attenuator an den Empfänger verbannen
Loosst eis de Generator un den OUT Connector vum Koppler verbannen, an den Empfänger un den CPL Connector vum Koppler. Well et keng Belaaschtung mam IN Hafen ugeschloss ass, muss all dat generéiert Signal reflektéiert ginn, an en Deel dovun muss op den Empfänger verzweigt ginn. Geméiss dem Informatiounsblat fir eis Kuppler (), de Kupplungsparameter ass ~15db, dat heescht datt mir eng horizontal Linn op engem Niveau vun ongeféier -30 dB (Kupplung + Attenuator Dämpfung) solle gesinn. Awer well d'Betribsberäich vum Kuppler op 1 GHz limitéiert ass, kënnen all Miessunge iwwer dës Frequenz als sënnlos ugesi ginn. Dëst ass kloer an der Grafik ze gesinn; no 1 GHz sinn d'Liesunge chaotesch a sënnlos. Dofir wäerte mir all weider Miessunge am Operatiounsberäich vum Kuppler ausféieren.
Uschloss vun engem Krunn ouni Laascht. D'Limite vum Operatiounsberäich vum Kuppler ass sichtbar.
Zënter Miessdaten iwwer 1 GHz, an eisem Fall, net Sënn maachen, wäerte mir d'maximal Frequenz vum Generator op d'Betribswäerter vum Kuppler limitéieren. Beim Miessunge kréie mir eng riicht Linn.
Begrenzung vum Generatorbereich op d'Betribsberäich vum Kuppler
Fir d'SWR vun Antennen visuell ze moossen, musse mir eng Kalibratioun maachen fir déi aktuell Parameter vum Circuit (100% Reflexioun) als Referenzpunkt ze huelen, dat heescht null dB. Fir dësen Zweck huet den OSA103 Mini Programm eng agebaute Kalibrierungsfunktioun. D'Kalibrierung gëtt ouni eng verbonne Antenne (Laascht) duerchgefouert, d'Kalibrierungsdaten ginn op eng Datei geschriwwe a ginn duerno automatesch berécksiichtegt wann Dir Grafike konstruéiert.
Frequenz Äntwert Kalibrierung Funktioun am OSA103 Mini Programm
Wann Dir d'Kalibrierungsresultater applizéiert an d'Messungen ouni Laascht laafen, kréie mir eng flaach Grafik bei 0dB.
Grafik no Kalibrierung
Mir moossen Antennen
Elo kënnt Dir ufänken d'Antennen ze moossen. Dank der Kalibrierung wäerte mir d'Reduktioun vun der Reflexioun gesinn a moossen nodeems Dir d'Antenne verbënnt.
Antenne vun Aliexpress op 433MHz
Antenne markéiert 443MHz. Et kann gesi ginn datt d'Antenne am effizientesten am 446MHz Beräich funktionnéiert, bei dëser Frequenz ass de SWR 1.16. Zur selwechter Zäit, bei der deklaréierter Frequenz ass d'Leeschtung wesentlech méi schlecht, bei 433MHz ass de SWR 4,2.
Onbekannt Antenne 1
Antenne ouni Marquage. No der Grafik beurteelen ass et fir 800 MHz entworf, viraussiichtlech fir d'GSM Band. Fir fair ze sinn, funktionnéiert dës Antenne och op 1800 MHz, awer wéinst de Beschränkungen vum Kuppler kann ech net valabel Miessunge bei dësen Frequenzen maachen.
Onbekannt Antenne 2
Eng aner Antenne déi scho laang a menge Këschte louch. Anscheinend och fir d'GSM Gamme, awer besser wéi déi virdrun. Bei enger Frequenz vu 764 MHz ass de SWR no un der Eenheet, bei 900 MHz ass de SWR 1.4.
Onbekannt Antenne 3
Et gesäit aus wéi eng Wi-Fi Antenne, awer aus iergendengem Grond ass de Connector SMA-Male, an net RP-SMA, wéi all Wi-Fi Antennen. No Miessunge beurteelen, bei Frequenzen bis 1 MHz ass dës Antenne nëtzlos. Nach eng Kéier, wéinst den Aschränkungen vum Kuppler, wësse mer net wéi eng Antenne et ass.
Teleskopesch Antenne
Loosst eis probéieren ze berechnen wéi wäit d'teleskopesch Antenne fir den 433MHz-Bereich muss verlängert ginn. D'Formel fir d'Berechnung vun der Wellelängt ass: λ = C/f, wou C d'Liichtgeschwindegkeet ass, f d'Frequenz ass.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Voll Wellelängt - 69,24 cm
Halschent Wellelängt - 34,62 cm
Véierel Wellelängt - 17,31 cm
D'Antenne, déi esou berechent ass, huet sech als absolut nëtzlos erausgestallt. Bei enger Frequenz vu 433MHz ass de SWR Wäert 11.
Duerch experimentell Verlängerung vun der Antenne konnt ech bei enger Antennelängt vu ronn 2.8 cm e Minimum SWR vun 50 erreechen, et huet sech erausgestallt datt d'Dicke vun de Sektiounen ganz wichteg ass. Dat ass, wann nëmmen déi dënn baussenzege Sektiounen verlängeren, d'Resultat war besser wéi wann nëmmen d'décke Sektiounen op déi selwecht Längt verlängeren. Ech weess net wéi vill Dir op dës Berechnunge mat der Längt vun enger Teleskopantenne an der Zukunft sollt vertrauen, well se an der Praxis net funktionnéieren. Vläicht funktionnéiert et anescht mat aneren Antennen oder Frequenzen, ech weess et net.
E Stéck Drot op 433MHz
Dacks a verschiddenen Apparater, wéi Radioschalter, kënnt Dir e Stéck direkt Drot als Antenne gesinn. Ech hunn e Stéck Drot gläich wéi e Véierelwellelängt vun 433 MHz (17,3 cm) geschnidden an d'Enn ofgeschnidden, sou datt et an den SMA Female Connector passt.
D'Resultat war komesch: sou en Drot funktionnéiert gutt bei 360 MHz awer ass onnëtz bei 433 MHz.
Ech hunn ugefaang den Drot vum Enn Stéck fir Stéck ze schneiden an d'Liesungen ze kucken. Den Dip an der Grafik huet ugefaang lues no riets ze beweegen, Richtung 433 MHz. Als Resultat, iwwer eng Drotlängt vu ronn 15,5 cm, hunn ech et fäerdeg bruecht de klengste SWR-Wäert vun 1.8 bei enger Frequenz vun 438 MHz ze kréien. Weider Ofkierzung vum Kabel huet zu enger Erhéijung vun der SWR gefouert.
Konklusioun
Wéinst Aschränkungen vum Kuppler war et net méiglech Antennen a Bands iwwer 1 GHz ze moossen, wéi Wi-Fi Antennen. Dëst kéint gemaach ginn wann ech e méi héije Bandbreed-Koppeler hat.
E Kuppler, Verbindungskabel, en Apparat a souguer e Laptop sinn all Deeler vum resultéierende Antennesystem. Hir Geometrie, Positioun am Weltraum an Ëmgéigend Objete beaflossen d'Miessresultat. No der Installatioun op engem richtege Radiosender oder Modem kann d'Frequenz verschwannen, well de Kierper vun der Radiosender, de Modem an de Kierper vum Bedreiwer wäerten Deel vun der Antenne ginn.
OSA103 Mini ass e ganz coolen multifunktionnellen Apparat. Ech drécke meng Dankbarkeet un säin Entwéckler aus fir Consultatioun während Miessunge.
Source: will.com