— Kādam diapazonam šī antena ir paredzēta?
- Es nezinu, pārbaudiet.
- KAS?!?!
Kā noteikt, kāda veida antena ir jūsu rokās, ja uz tās nav marķējuma? Kā saprast, kura antena ir labāka vai sliktāka? Šī problēma mani mocīja jau ilgu laiku.
Rakstā vienkāršā valodā ir aprakstīta antenas raksturlielumu mērīšanas tehnika un antenas frekvenču diapazona noteikšanas metode.
Pieredzējušiem radioinženieriem šī informācija var šķist triviāla, un mērīšanas tehnika var nebūt pietiekami precīza. Raksts domāts tiem, kas vispār neko nesaprot no radioelektronikas, kā es.
TL; DR Mēs mērīsim antenu SWR dažādās frekvencēs, izmantojot OSA 103 Mini ierīci un virziena savienotāju, attēlojot SWR atkarību no frekvences.
Теория
Kad raidītājs nosūta signālu uz antenu, daļa enerģijas tiek izstarota gaisā, bet daļa tiek atspoguļota un atgriezta atpakaļ. Attiecību starp emitēto un atstaroto enerģiju raksturo stāvviļņu attiecība (SWR vai SWR). Jo zemāks ir SWR, jo vairāk raidītāja enerģijas tiek izstarots kā radioviļņi. Pie SWR = 1 nav atstarošanas (visa enerģija tiek izstarota). Reālas antenas SWR vienmēr ir lielāka par 1.
Ja uz antenu nosūtāt dažādu frekvenču signālu un vienlaikus mērot SWR, varat uzzināt, kādā frekvencē atstarojums būs minimāls. Tas būs antenas darbības diapazons. Varat arī salīdzināt dažādas vienas joslas antenas un noskaidrot, kura ir labāka.
Daļa raidītāja signāla tiek atstarota no antenas
Antenai, kas paredzēta noteiktai frekvencei, teorētiski vajadzētu būt ar viszemāko SWR tās darbības frekvencēs. Tas nozīmē, ka pietiek izstarot antenā dažādās frekvencēs un atrast, kurā frekvencē atstarojums ir mazākais, tas ir, maksimālais enerģijas daudzums, kas izplūst radioviļņu veidā.
Spējot ģenerēt signālu dažādās frekvencēs un izmērīt atspulgu, mēs varam izveidot grafiku ar frekvenci uz X ass un signāla atstarošanas spējas uz Y ass. Rezultātā, kur grafikā ir kritums (tas ir, vismazākais signāla atstarojums), būs antenas darbības diapazons.
Iedomāts atstarošanas grafiks pret frekvenci. Visā diapazonā atstarošana ir 100%, izņemot antenas darbības frekvenci.
Ierīce Osa103 Mini
Mērījumiem izmantosim Šis ir universāls mērinstruments, kas apvieno osciloskopu, signāla ģeneratoru, spektra analizatoru, frekvences raksturlīknes/fāzes raksturlīknes mērītāju, vektorantenas analizatoru, LC mērītāju un pat SDR raidītāju. OSA103 Mini darbības diapazons ir ierobežots līdz 100 MHz, savukārt OSA-6G modulis paplašina frekvenču diapazonu frekvences raksturlīknes režīmā līdz 6 GHz. Vietējā programmatūra ar visām funkcijām ir 3 MB liela un darbojas ar Windows un caur vīnu iekšā Linux.
Osa103 Mini - universāla mērierīce radioamatieriem un inženieriem
Virziena savienotājs
Virziena savienotājs ir ierīce, kas novirza nelielu RF signāla daļu, kas pārvietojas noteiktā virzienā. Mūsu gadījumā tai ir jāatdala daļa no atstarotā signāla (no antenas atpakaļ uz ģeneratoru), lai to izmērītu.
Vizuāls skaidrojums par virziena savienotāja darbību:
Virziena savienotāja galvenās īpašības:
- Darbības frekvences - frekvenču diapazons, kurā galvenie rādītāji nepārsniedz normālās robežas. Mans savienotājs ir paredzēts frekvencēm no 1 līdz 1000 MHz
- Filiāle (savienojums) - kāda signāla daļa (decibelos) tiks atņemta, kad vilnis tiek virzīts no IN uz OUT
- Virzība — cik mazāk signāla tiks noņemts, kad signāls virzīsies pretējā virzienā no OUT uz IN
No pirmā acu uzmetiena tas izskatās diezgan mulsinoši. Skaidrības labad iedomāsimies savienotāju kā ūdensvadu ar nelielu krānu iekšpusē. Drenāža tiek veidota tā, ka, ūdenim virzoties uz priekšu (no IEKŠU uz ĀRĒJU), tiek noņemta ievērojama ūdens daļa. Ūdens daudzumu, kas tiek izvadīts šajā virzienā, nosaka sakabes parametrs savienotāja datu lapā.
Kad ūdens pārvietojas pretējā virzienā, tiek noņemts ievērojami mazāk ūdens. Tas jāuztver kā blakusparādība. Ūdens daudzumu, kas tiek izvadīts šīs kustības laikā, nosaka datu lapas parametrs Directivity. Jo mazāks ir šis parametrs (jo lielāka ir dB vērtība), jo labāk mūsu uzdevumam.
Shematiska diagramma
Tā kā mēs vēlamies izmērīt no antenas atstarotā signāla līmeni, mēs to savienojam ar savienotāja IN, bet ģeneratoru ar OUT. Tādējādi daļa no antenas atstarotā signāla mērīšanai sasniegs uztvērēju.
Krāna pieslēguma shēma. Atspoguļotais signāls tiek nosūtīts uztvērējam
Mērīšanas iestatīšana
Saliksim uzstādījumu SWR mērīšanai saskaņā ar shēmas shēmu. Ierīces ģeneratora izejā mēs papildus uzstādīsim vājinātāju ar vājinājumu 15 dB. Tas uzlabos savienotāja saskaņošanu ar ģeneratora izvadi un palielinās mērījumu precizitāti. Vājinātāju var ņemt ar vājinājumu 5...15 dB. Vājināšanās apjoms tiks automātiski ņemts vērā turpmākās kalibrēšanas laikā.
Vājinātājs vājina signālu par noteiktu decibelu skaitu. Vājinātāja galvenais raksturlielums ir signāla vājinājuma koeficients un darbības frekvenču diapazons. Frekvencēs ārpus darbības diapazona vājinātāja darbība var neparedzami mainīties.
Šādi izskatās galīgā instalācija. Jums arī jāatceras piegādāt starpfrekvences (IF) signālu no OSA-6G moduļa uz ierīces galveno plati. Lai to izdarītu, pievienojiet galvenās plates IF OUTPUT portu ar OSA-6G moduļa INPUT.
Lai samazinātu klēpjdatora komutācijas barošanas avota radīto traucējumu līmeni, es veicu visus mērījumus, kad klēpjdators tiek darbināts ar akumulatoru.
Kalibrēšana
Pirms mērījumu uzsākšanas jāpārliecinās, vai visas ierīces sastāvdaļas ir labā darba kārtībā un kabeļu kvalitāte, lai to izdarītu, ar kabeli tieši savienojam ģeneratoru un uztvērēju, ieslēdzam ģeneratoru un izmērām frekvenci. atbildi. Mēs iegūstam gandrīz plakanu grafiku pie 0 dB. Tas nozīmē, ka visā frekvenču diapazonā visa ģeneratora izstarotā jauda sasniedza uztvērēju.
Ģeneratora pievienošana tieši uztvērējam
Pievienosim ķēdei vājinātāju. Visā diapazonā ir redzams gandrīz vienmērīgs signāla vājināšanās 15 dB.
Ģeneratora pievienošana uztvērējam caur 15dB vājinātāju
Savienosim ģeneratoru ar savienotāja OUT savienotāju, bet uztvērēju ar savienotāja CPL savienotāju. Tā kā IN portam nav pieslēgta slodze, tad visam ģenerētajam signālam ir jāatspoguļojas, un daļai no tā jābūt sazarotai uz uztvērēju. Saskaņā ar mūsu savienotāja datu lapu (), savienojuma parametrs ir ~ 15 db, kas nozīmē, ka mums vajadzētu redzēt horizontālu līniju aptuveni -30 dB līmenī (savienojums + vājinātāja vājināšanās). Bet, tā kā savienotāja darbības diapazons ir ierobežots līdz 1 GHz, visus mērījumus virs šīs frekvences var uzskatīt par bezjēdzīgiem. Tas ir skaidri redzams grafikā; pēc 1 GHz rādījumi ir haotiski un bezjēdzīgi. Tāpēc visus turpmākos mērījumus veiksim savienotāja darbības diapazonā.
Krāna pievienošana bez slodzes. Ir redzama savienotāja darbības diapazona robeža.
Tā kā mērījumu datiem virs 1 GHz mūsu gadījumā nav jēgas, mēs ierobežosim ģeneratora maksimālo frekvenci līdz savienotāja darbības vērtībām. Mērot mēs iegūstam taisnu līniju.
Ģeneratora diapazona ierobežošana līdz savienotāja darbības diapazonam
Lai vizuāli izmērītu antenu SWR, mums ir jāveic kalibrēšana, lai par atskaites punktu ņemtu ķēdes pašreizējos parametrus (100% atstarošana), tas ir, nulle dB. Šim nolūkam programmai OSA103 Mini ir iebūvēta kalibrēšanas funkcija. Kalibrēšana tiek veikta bez pievienotas antenas (slodzes), kalibrēšanas dati tiek ierakstīti failā un pēc tam tiek automātiski ņemti vērā, veidojot grafikus.
Frekvences reakcijas kalibrēšanas funkcija programmā OSA103 Mini
Lietojot kalibrēšanas rezultātus un veicot mērījumus bez slodzes, iegūstam plakanu grafiku pie 0dB.
Grafiks pēc kalibrēšanas
Mēs izmērām antenas
Tagad jūs varat sākt mērīt antenas. Pateicoties kalibrēšanai, mēs redzēsim un izmērīsim atstarošanas samazināšanos pēc antenas pievienošanas.
Antena no Aliexpress 433MHz
Antena marķēta 443MHz. Redzams, ka antena visefektīvāk darbojas 446MHz diapazonā, pie šīs frekvences SWR ir 1.16. Tajā pašā laikā deklarētajā frekvencē veiktspēja ir ievērojami sliktāka, pie 433MHz SWR ir 4,2.
Nezināma antena 1
Antena bez marķējuma. Spriežot pēc grafika, tas ir paredzēts 800 MHz, domājams, GSM joslai. Taisnības labad jāsaka, ka šī antena darbojas arī 1800 MHz, taču savienotāja ierobežojumu dēļ nevaru veikt derīgus mērījumus šajās frekvencēs.
Nezināma antena 2
Kārtējā antena, kas jau labu laiku guļ manās kastēs. Acīmredzot arī GSM diapazonam, bet labāks par iepriekšējo. 764 MHz frekvencē SWR ir tuvu vienotībai, pie 900 MHz SWR ir 1.4.
Nezināma antena 3
Izskatās pēc Wi-Fi antenas, taču nez kāpēc savienotājs ir SMA-Male, nevis RP-SMA, kā visām Wi-Fi antenām. Spriežot pēc mērījumiem, frekvencēs līdz 1 MHz šī antena ir bezjēdzīga. Atkal, sakabes ierobežojumu dēļ mēs nezinām, kāda veida antena tā ir.
Teleskopiskā antena
Mēģināsim izrēķināt, cik tālu teleskopiskā antena jāpagarina 433MHz diapazonam. Viļņa garuma aprēķināšanas formula ir: λ = C/f, kur C ir gaismas ātrums, f ir frekvence.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Pilns viļņa garums - 69,24 cm
Pusviļņa garums - 34,62 cm
Ceturkšņa viļņa garums - 17,31 cm
Šādā veidā aprēķinātā antena izrādījās absolūti bezjēdzīga. 433 MHz frekvencē SWR vērtība ir 11.
Eksperimentāli pagarinot antenu izdevās panākt minimālo SWR 2.8 ar antenas garumu aptuveni 50 cm.. Izrādījās, ka sekciju biezumam ir liela nozīme. Tas ir, pagarinot tikai plānās ārējās daļas, rezultāts bija labāks, nekā pagarinot tikai biezās daļas līdz tādam pašam garumam. Es nezinu, cik daudz jums vajadzētu paļauties uz šiem aprēķiniem ar teleskopiskās antenas garumu nākotnē, jo praksē tie nedarbojas. Varbūt tas darbojas savādāk ar citām antenām vai frekvencēm, es nezinu.
Vada gabals pie 433MHz
Bieži dažādās ierīcēs, piemēram, radio slēdžos, kā antenu var redzēt taisna stieples gabalu. Es nogriezu stieples gabalu, kas ir vienāds ar ceturtdaļu viļņa garuma 433 MHz (17,3 cm), un noliku tā galu, lai tas cieši iekļautos SMA Female savienotājā.
Rezultāts bija dīvains: šāds vads labi darbojas ar 360 MHz, bet ir bezjēdzīgs pie 433 MHz.
Sāku griezt vadu no gala pa gabalu un skatīties rādījumus. Grafika kritums sāka lēnām virzīties pa labi, virzienā uz 433 MHz. Rezultātā apmēram 15,5 cm stieples garumā man izdevās iegūt mazāko SWR vērtību 1.8 ar frekvenci 438 MHz. Turpmāka kabeļa saīsināšana izraisīja SWR palielināšanos.
Secinājums
Savienojuma ierobežojumu dēļ nebija iespējams izmērīt antenas joslās virs 1 GHz, piemēram, Wi-Fi antenas. To varēja izdarīt, ja man būtu lielāka joslas platuma savienotājs.
Savienojums, savienojošie kabeļi, ierīce un pat klēpjdators ir visas iegūtās antenas sistēmas daļas. To ģeometrija, novietojums telpā un apkārtējie objekti ietekmē mērījumu rezultātu. Pēc instalēšanas reālā radiostacijā vai modemā frekvence var mainīties, jo radiostacijas korpuss, modems un operatora korpuss kļūs par antenas daļu.
OSA103 Mini ir ļoti forša daudzfunkcionāla ierīce. Izsaku pateicību tās izstrādātājam par konsultāciju mērījumu laikā.
Avots: www.habr.com
