हा अँटेना कोणत्या बँडसाठी आहे? आम्ही अँटेना वैशिष्ट्ये मोजतो

— हा अँटेना कोणत्या श्रेणीसाठी आहे?
- मला माहित नाही, तपासा.
- काय?!?!

तुमच्या हातात कोणत्या प्रकारचे अँटेना आहे हे तुम्ही कसे ठरवू शकता जर त्यावर कोणतेही चिन्ह नसेल? कोणता अँटेना चांगला किंवा वाईट आहे हे कसे समजून घ्यावे? या समस्येने मला बराच काळ ग्रासले आहे.
लेखात अँटेना वैशिष्ट्यांचे मोजमाप करण्याचे तंत्र आणि अँटेनाची वारंवारता श्रेणी निश्चित करण्याच्या पद्धतीचे सोप्या भाषेत वर्णन केले आहे.

अनुभवी रेडिओ अभियंत्यांना, ही माहिती क्षुल्लक वाटू शकते आणि मोजमाप तंत्र पुरेसे अचूक असू शकत नाही. हा लेख माझ्यासारख्या रेडिओ इलेक्ट्रॉनिक्सबद्दल अजिबात समजत नसलेल्यांसाठी आहे.

TL; डॉ आम्ही ओएसए 103 मिनी उपकरण आणि डायरेक्शनल कप्लर वापरून विविध फ्रिक्वेन्सीवर अँटेनाचा SWR मोजू, वारंवारतेवर SWR ची अवलंबित्व प्लॉट करू.

सिद्धांत

जेव्हा ट्रान्समीटर अँटेनाला सिग्नल पाठवतो, तेव्हा काही ऊर्जा हवेत पसरते आणि काही परावर्तित होते आणि परत येते. विकिरणित आणि परावर्तित ऊर्जा यांच्यातील संबंध स्थायी लहरी गुणोत्तर (SWR किंवा SWR) द्वारे दर्शविले जाते. SWR जितका कमी असेल तितकी ट्रान्समीटरची ऊर्जा रेडिओ लहरी म्हणून उत्सर्जित होते. SWR = 1 वर कोणतेही प्रतिबिंब नाही (सर्व ऊर्जा विकिरणित आहे). वास्तविक अँटेनाचा SWR नेहमी 1 पेक्षा मोठा असतो.

तुम्ही अँटेनाला वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीचा सिग्नल पाठवल्यास आणि एकाच वेळी SWR मोजल्यास, प्रतिबिंब कमीत कमी किती फ्रिक्वेन्सीवर असेल ते तुम्ही शोधू शकता. ही अँटेनाची ऑपरेटिंग रेंज असेल. तुम्ही एकाच बँडसाठी वेगवेगळ्या अँटेनाची तुलना देखील करू शकता आणि कोणता चांगला आहे ते शोधू शकता.

ट्रान्समीटर सिग्नलचा काही भाग अँटेनामधून परावर्तित होतो

एका विशिष्ट वारंवारतेसाठी डिझाइन केलेल्या अँटेनामध्ये, सिद्धांतानुसार, त्याच्या ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सीवर सर्वात कमी SWR असणे आवश्यक आहे. याचा अर्थ असा आहे की अँटेनामध्ये वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीवर रेडिएट करणे पुरेसे आहे आणि कोणत्या फ्रिक्वेन्सीवर प्रतिबिंब सर्वात लहान आहे, म्हणजेच रेडिओ लहरींच्या रूपात जास्तीत जास्त ऊर्जा बाहेर पडते हे शोधणे पुरेसे आहे.

वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीवर सिग्नल निर्माण करून आणि परावर्तन मोजण्यात सक्षम होऊन, आम्ही X अक्षावरील वारंवारता आणि Y अक्षावरील सिग्नलची परावर्तकता असलेला आलेख तयार करू शकतो. परिणामी, जेथे आलेखामध्ये डुबकी असेल (म्हणजे सिग्नलचे किमान प्रतिबिंब), तेथे अँटेनाची ऑपरेटिंग श्रेणी असेल.

परावर्तन विरुद्ध वारंवारता काल्पनिक आलेख. संपूर्ण श्रेणीमध्ये, अँटेनाची ऑपरेटिंग वारंवारता वगळता, प्रतिबिंब 100% आहे.

डिव्हाइस Osa103 Mini

मोजमापासाठी आम्ही वापरू OSA103 मिनी. हे एक सार्वत्रिक मापन यंत्र आहे जे ऑसिलोस्कोप, सिग्नल जनरेटर, स्पेक्ट्रम विश्लेषक, एक मोठेपणा-वारंवारता प्रतिसाद/फेज प्रतिसाद मीटर, एक वेक्टर अँटेना विश्लेषक, एक एलसी मीटर आणि अगदी एक SDR ट्रान्सीव्हर एकत्र करते. OSA103 Mini ची ऑपरेटिंग रेंज 100 MHz पर्यंत मर्यादित आहे, OSA-6G मॉड्यूल IAFC मोडमधील वारंवारता श्रेणी 6 GHz पर्यंत वाढवते. सर्व फंक्शन्ससह नेटिव्ह प्रोग्रामचे वजन 3 एमबी आहे, विंडोजवर आणि लिनक्सवर वाईनद्वारे चालते.

Osa103 Mini - रेडिओ हौशी आणि अभियंत्यांसाठी एक सार्वत्रिक मापन यंत्र

दिशात्मक युग्मक

दिशात्मक युग्मक हे असे उपकरण आहे जे एका विशिष्ट दिशेने प्रवास करणाऱ्या RF सिग्नलचा एक छोटासा भाग वळवते. आमच्या बाबतीत, ते मोजण्यासाठी परावर्तित सिग्नलचा काही भाग (अँटेनापासून जनरेटरकडे जाणे) शाखा बंद करणे आवश्यक आहे.
दिशात्मक कपलरच्या ऑपरेशनचे दृश्य स्पष्टीकरण: youtube.com/watch?v=iBK9ZIx9YaY

दिशात्मक कपलरची मुख्य वैशिष्ट्ये:

• ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी - फ्रिक्वेन्सीची श्रेणी ज्यावर मुख्य निर्देशक सामान्य मर्यादा ओलांडत नाहीत. माझे कपलर 1 ते 1000 MHz पर्यंतच्या फ्रिक्वेन्सीसाठी डिझाइन केलेले आहे
• शाखा (कपलिंग) - जेव्हा लाट IN ते OUT कडे निर्देशित केली जाते तेव्हा सिग्नलचा कोणता भाग (डेसिबलमध्ये) काढून घेतला जाईल
• दिग्दर्शन — जेव्हा सिग्नल बाहेरून IN पर्यंत विरुद्ध दिशेने फिरतो तेव्हा किती कमी सिग्नल काढला जाईल

पहिल्या दृष्टीक्षेपात हे खूपच गोंधळात टाकणारे दिसते. स्पष्टतेसाठी, कपलरची कल्पना पाण्याची पाईप म्हणून करूया, आत एक लहान टॅप आहे. ड्रेनेज अशा प्रकारे बनविला जातो की जेव्हा पाणी पुढे दिशेने (IN ते OUT) सरकते तेव्हा पाण्याचा महत्त्वपूर्ण भाग काढून टाकला जातो. या दिशेने किती पाणी सोडले जाते हे कपलर डेटाशीटमधील कपलिंग पॅरामीटरद्वारे निर्धारित केले जाते.

जेव्हा पाणी उलट दिशेने फिरते तेव्हा लक्षणीयरीत्या कमी पाणी काढून टाकले जाते. हे दुष्परिणाम म्हणून घेतले पाहिजे. या हालचालीदरम्यान किती पाणी सोडले जाते हे डेटाशीटमधील डायरेक्टिव्हिटी पॅरामीटरद्वारे निर्धारित केले जाते. हे पॅरामीटर जितके लहान असेल (डीबी मूल्य जितके मोठे असेल), तितके आमच्या कार्यासाठी चांगले.

सर्किट आकृती

आम्हाला अँटेनामधून परावर्तित होणारी सिग्नल पातळी मोजायची असल्याने, आम्ही ते कपलरच्या IN शी आणि जनरेटरला OUT शी जोडतो. अशा प्रकारे, अँटेनामधून परावर्तित सिग्नलचा काही भाग मोजण्यासाठी प्राप्तकर्त्यापर्यंत पोहोचेल.

टॅपसाठी कनेक्शन आकृती. परावर्तित सिग्नल प्राप्तकर्त्याकडे पाठविला जातो

मापन सेटअप

सर्किट डायग्राम नुसार SWR मोजण्यासाठी एक सेटअप एकत्र करू. डिव्हाइस जनरेटरच्या आउटपुटवर, आम्ही अतिरिक्तपणे 15 डीबीच्या क्षीणतेसह एटेन्युएटर स्थापित करू. हे जनरेटर आउटपुटसह कपलरचे जुळणी सुधारेल आणि मापन अचूकता वाढवेल. अॅटेन्युएटर 5..15 dB च्या क्षीणतेसह घेतले जाऊ शकते. त्यानंतरच्या कॅलिब्रेशन दरम्यान क्षीणनची रक्कम स्वयंचलितपणे विचारात घेतली जाईल.

एटेन्युएटर निश्चित संख्येने डेसिबलद्वारे सिग्नल कमी करतो. अॅटेन्युएटरचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे सिग्नलचे क्षीणन गुणांक आणि ऑपरेटिंग वारंवारता श्रेणी. ऑपरेटिंग रेंजच्या बाहेरील फ्रिक्वेन्सीवर, अॅटेन्युएटरचे कार्यप्रदर्शन अप्रत्याशितपणे बदलू शकते.

अंतिम स्थापना यासारखे दिसते. तुम्ही OSA-6G मॉड्युलमधून डिव्हाइसच्या मुख्य बोर्डला इंटरमीडिएट फ्रिक्वेन्सी (IF) सिग्नल पुरवणे देखील लक्षात ठेवले पाहिजे. हे करण्यासाठी, मुख्य बोर्डवरील IF OUTPUT पोर्ट OSA-6G मॉड्यूलवरील INPUT शी कनेक्ट करा.

लॅपटॉपच्या स्विचिंग पॉवर सप्लायमधील हस्तक्षेपाची पातळी कमी करण्यासाठी, जेव्हा लॅपटॉप बॅटरीद्वारे समर्थित असेल तेव्हा मी सर्व मोजमाप करतो.

कॅलिब्रेशन

मोजमाप सुरू करण्यापूर्वी, तुम्हाला हे सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे की डिव्हाइसचे सर्व घटक चांगले कार्यरत आहेत आणि केबल्सची गुणवत्ता; हे करण्यासाठी, आम्ही जनरेटर आणि रिसीव्हरला थेट केबलने कनेक्ट करतो, जनरेटर चालू करतो आणि वारंवारता मोजतो. प्रतिसाद आम्हाला 0dB वर जवळजवळ सपाट आलेख मिळतो. याचा अर्थ असा की संपूर्ण वारंवारता श्रेणीवर, जनरेटरची सर्व विकिरण शक्ती प्राप्तकर्त्यापर्यंत पोहोचली.

जनरेटर थेट रिसीव्हरशी कनेक्ट करणे

सर्किटमध्ये अॅटेन्युएटर जोडू. 15dB चे जवळजवळ समान सिग्नल क्षीणन संपूर्ण श्रेणीमध्ये दृश्यमान आहे.

जनरेटरला 15dB attenuator द्वारे रिसीव्हरशी जोडणे

जनरेटरला कप्लरच्या आउट कनेक्टरला आणि रिसीव्हरला कपलरच्या CPL कनेक्टरशी जोडू. IN पोर्टशी कोणतेही भार जोडलेले नसल्यामुळे, व्युत्पन्न केलेले सर्व सिग्नल परावर्तित होणे आवश्यक आहे आणि त्याचा काही भाग रिसीव्हरला जोडला गेला पाहिजे. आमच्या कपलरच्या डेटाशीटनुसार (ZEDC-15-2B), कपलिंग पॅरामीटर ~15db आहे, याचा अर्थ आपल्याला सुमारे -30 dB (कपलिंग + अॅटेन्युएटर अॅटेन्युएशन) च्या स्तरावर क्षैतिज रेषा दिसली पाहिजे. परंतु कपलरची ऑपरेटिंग श्रेणी 1 GHz पर्यंत मर्यादित असल्याने, या वारंवारतेवरील सर्व मोजमाप निरर्थक मानले जाऊ शकतात. हे ग्राफमध्ये स्पष्टपणे दृश्यमान आहे; 1 GHz नंतर वाचन गोंधळलेले आणि निरर्थक आहे. म्हणून, आम्ही कप्लरच्या ऑपरेटिंग रेंजमध्ये पुढील सर्व मोजमाप करू.

लोड न करता टॅप कनेक्ट करणे. कपलरच्या ऑपरेटिंग रेंजची मर्यादा दृश्यमान आहे.

1 GHz वरील मापन डेटा, आमच्या बाबतीत, अर्थ नाही, आम्ही जनरेटरची कमाल वारंवारता कप्लरच्या ऑपरेटिंग मूल्यांवर मर्यादित करू. मोजताना, आपल्याला एक सरळ रेषा मिळते.

जनरेटरची श्रेणी कपलरच्या ऑपरेटिंग श्रेणीपर्यंत मर्यादित करणे

अँटेनाचा SWR दृश्यमानपणे मोजण्यासाठी, आम्हाला सर्किटचे वर्तमान मापदंड (100% परावर्तन) संदर्भ बिंदू म्हणून, म्हणजेच शून्य डीबी घेण्यासाठी कॅलिब्रेशन करणे आवश्यक आहे. या उद्देशासाठी, OSA103 मिनी प्रोग्राममध्ये अंगभूत कॅलिब्रेशन फंक्शन आहे. कॅलिब्रेशन कनेक्टेड अँटेना (लोड) शिवाय केले जाते, कॅलिब्रेशन डेटा फाइलवर लिहिला जातो आणि नंतर आलेख तयार करताना स्वयंचलितपणे विचारात घेतले जाते.

OSA103 मिनी प्रोग्राममध्ये वारंवारता प्रतिसाद कॅलिब्रेशन कार्य

कॅलिब्रेशन परिणाम लागू करून आणि लोड न करता माप चालवल्यास, आम्हाला 0dB वर एक सपाट आलेख मिळेल.

कॅलिब्रेशन नंतर आलेख

आम्ही अँटेना मोजतो

आता आपण अँटेना मोजणे सुरू करू शकता. कॅलिब्रेशनबद्दल धन्यवाद, आम्ही अँटेना कनेक्ट केल्यानंतर परावर्तनातील घट पाहू आणि मोजू.

433MHz वर Aliexpress वरून अँटेना

अँटेनाने 443MHz चिन्हांकित केले. हे पाहिले जाऊ शकते की अँटेना 446MHz श्रेणीमध्ये सर्वात कार्यक्षमतेने कार्य करते, या वारंवारतेवर SWR 1.16 आहे. त्याच वेळी, घोषित वारंवारतेवर कामगिरी लक्षणीयरीत्या वाईट आहे, 433MHz वर SWR 4,2 आहे.

अज्ञात अँटेना 1

चिन्हांशिवाय अँटेना. आलेखानुसार, हे 800 MHz साठी डिझाइन केले आहे, शक्यतो GSM बँडसाठी. खरे सांगायचे तर, हा अँटेना 1800 MHz वर देखील कार्य करतो, परंतु कपलरच्या मर्यादांमुळे, मी या फ्रिक्वेन्सीवर वैध मापन करू शकत नाही.

अज्ञात अँटेना 2

आणखी एक अँटेना जो माझ्या बॉक्समध्ये बर्याच काळापासून पडून आहे. वरवर पाहता, जीएसएम श्रेणीसाठी देखील, परंतु मागीलपेक्षा चांगले. 764 MHz च्या वारंवारतेवर, SWR एकतेच्या जवळ आहे, 900 MHz वर SWR 1.4 आहे.

अज्ञात अँटेना 3

हे वाय-फाय अँटेनासारखे दिसते, परंतु काही कारणास्तव कनेक्टर एसएमए-पुरुष आहे, आणि आरपी-एसएमए नाही, सर्व वाय-फाय अँटेनांप्रमाणे. मोजमापानुसार, 1 मेगाहर्ट्झ पर्यंतच्या फ्रिक्वेन्सीवर हा अँटेना निरुपयोगी आहे. पुन्हा, कपलरच्या मर्यादांमुळे, आम्हाला ते कोणत्या प्रकारचे अँटेना आहे हे कळणार नाही.

टेलिस्कोपिक अँटेना

433MHz श्रेणीसाठी टेलिस्कोपिक अँटेना किती लांब वाढवण्याची गरज आहे याची गणना करण्याचा प्रयत्न करूया. तरंगलांबी मोजण्याचे सूत्र आहे: λ = C/f, जेथे C हा प्रकाशाचा वेग आहे, f ही वारंवारता आहे.

299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279

पूर्ण तरंगलांबी - 69,24 सेमी
अर्धा तरंगलांबी - 34,62 सेमी
चतुर्थांश तरंगलांबी - 17,31 सेमी

अशा प्रकारे गणना केलेला अँटेना पूर्णपणे निरुपयोगी ठरला. 433MHz च्या वारंवारतेवर SWR मूल्य 11 आहे.

प्रायोगिकरित्या अँटेना वाढवून, मी सुमारे 2.8 सेमीच्या अँटेना लांबीसह 50 ची किमान SWR प्राप्त करण्यात व्यवस्थापित केले. असे दिसून आले की विभागांची जाडी खूप महत्वाची आहे. म्हणजेच, फक्त पातळ बाह्य भाग वाढवताना, परिणाम फक्त जाड भागांना समान लांबीपर्यंत वाढवण्यापेक्षा चांगला होता. भविष्यात टेलिस्कोपिक अँटेनाच्या लांबीसह आपण या गणनेवर किती अवलंबून रहावे हे मला माहित नाही, कारण व्यवहारात ते कार्य करत नाहीत. कदाचित ते इतर अँटेना किंवा फ्रिक्वेन्सीसह वेगळ्या पद्धतीने कार्य करते, मला माहित नाही.

433MHz वर वायरचा तुकडा

अनेकदा रेडिओ स्विचेससारख्या विविध उपकरणांमध्ये, आपण अँटेना म्हणून सरळ वायरचा तुकडा पाहू शकता. मी 433 मेगाहर्ट्झ (17,3 सेमी) च्या चतुर्थांश तरंगलांबीच्या तारेचा तुकडा कापला आणि शेवटी टीन केला जेणेकरून ते SMA फिमेल कनेक्टरमध्ये व्यवस्थित बसेल.

परिणाम विचित्र होता: अशी वायर 360 मेगाहर्ट्झवर चांगली कार्य करते परंतु 433 मेगाहर्ट्झवर निरुपयोगी आहे.


मी शेवटचा तुकडा तुकडा तुकड्याने कापून आणि रीडिंग्स बघू लागलो. आलेखात बुडवून हळू हळू उजवीकडे, 433 मेगाहर्ट्झकडे जाऊ लागला. परिणामी, सुमारे 15,5 सेमी लांबीच्या वायरपेक्षा, मी 1.8 मेगाहर्ट्झच्या वारंवारतेवर 438 चे सर्वात लहान SWR मूल्य मिळवू शकलो. केबलच्या आणखी शॉर्टिंगमुळे SWR मध्ये वाढ झाली.

निष्कर्ष

कपलरच्या मर्यादांमुळे, वाय-फाय अँटेना सारख्या 1 GHz वरील बँडमधील अँटेना मोजणे शक्य झाले नाही. माझ्याकडे जास्त बँडविड्थ कपलर असते तर हे करता आले असते.

एक कपलर, कनेक्टिंग केबल्स, एक उपकरण आणि अगदी लॅपटॉप हे सर्व परिणामी अँटेना प्रणालीचे भाग आहेत. त्यांची भूमिती, अवकाशातील स्थिती आणि आसपासच्या वस्तूंचा मापन परिणामांवर प्रभाव पडतो. वास्तविक रेडिओ स्टेशन किंवा मॉडेमवर स्थापनेनंतर, वारंवारता बदलू शकते, कारण रेडिओ स्टेशनचे मुख्य भाग, मॉडेम आणि ऑपरेटरचे शरीर अँटेनाचा भाग बनतील.

OSA103 Mini हे अतिशय मस्त मल्टीफंक्शनल उपकरण आहे. मापन दरम्यान सल्लामसलत केल्याबद्दल मी त्याच्या विकसकाचे आभार व्यक्त करतो.

स्त्रोत: www.habr.com