— Hvilken rekkevidde er denne antennen for?
- Jeg vet ikke, sjekk.
- HVA?!?!
Hvordan kan du finne ut hva slags antenne du har i hendene hvis det ikke er noen merking på den? Hvordan forstå hvilken antenne som er bedre eller dårligere? Dette problemet har plaget meg i lang tid.
Artikkelen beskriver i enkelt språk teknikken for å måle antenneegenskaper og metoden for å bestemme antennens frekvensområde.
For erfarne radioingeniører kan denne informasjonen virke triviell, og måleteknikken er kanskje ikke nøyaktig nok. Artikkelen er ment for de som ikke forstår noe som helst om radioelektronikk, som meg.
TL; DR Vi vil måle SWR-en til antenner ved forskjellige frekvenser ved å bruke OSA 103 Mini-enheten og en retningskobler, og plotte SWR-avhengigheten av frekvensen.
Теория
Når en sender sender et signal til en antenne, stråles noe av energien ut i luften, og noe reflekteres og returneres tilbake. Forholdet mellom utstrålt og reflektert energi er preget av stående bølgeforhold (SWR eller SWR). Jo lavere SWR, jo mer av senderens energi sendes ut som radiobølger. Ved SWR = 1 er det ingen refleksjon (all energi utstråles). SWR til en ekte antenne er alltid større enn 1.
Hvis du sender et signal med forskjellige frekvenser til antennen og samtidig måler SWR, kan du finne ved hvilken frekvens refleksjonen vil være minimal. Dette vil være rekkevidden til antennen. Du kan også sammenligne forskjellige antenner for samme bånd og finne hvilken som er best.
En del av sendersignalet reflekteres fra antennen
En antenne designet for en viss frekvens skal i teorien ha den laveste SWR ved sine driftsfrekvenser. Det betyr at det er nok å stråle inn i antennen ved forskjellige frekvenser og finne ved hvilken frekvens refleksjonen er minst, det vil si maksimal energimengde som slipper ut i form av radiobølger.
Ved å kunne generere et signal ved forskjellige frekvenser og måle refleksjonen, kan vi lage en graf med frekvensen på X-aksen og reflektiviteten til signalet på Y-aksen. Som et resultat, der det er et fall i grafen (det vil si den minste refleksjon av signalet), vil det være et driftsområde for antennen.
Imaginær graf av refleksjon versus frekvens. Over hele området er refleksjonen 100 %, bortsett fra antennens driftsfrekvens.
Enhet Osa103 Mini
For målinger vil vi bruke . Dette er en universell måleenhet som kombinerer et oscilloskop, en signalgenerator, en spektrumanalysator, en amplitude-frekvensrespons/faseresponsmåler, en vektorantenneanalysator, en LC-meter og til og med en SDR-transceiver. Driftsområdet til OSA103 Mini er begrenset til 100 MHz, OSA-6G-modulen utvider frekvensområdet i IAFC-modus til 6 GHz. Det opprinnelige programmet med alle funksjoner veier 3 MB, kjører på Windows og via vin på Linux.
Osa103 Mini - en universell måleenhet for radioamatører og ingeniører
Retningskobling
En retningskobler er en enhet som avleder en liten del av et RF-signal som beveger seg i en bestemt retning. I vårt tilfelle må den forgrene en del av det reflekterte signalet (som går fra antennen tilbake til generatoren) for å måle det.
En visuell forklaring på driften av en retningskobler:
Hovedegenskaper til retningskoblingen:
- Driftsfrekvenser - frekvensområdet der hovedindikatorene ikke overskrider normale grenser. Kobleren min er designet for frekvenser fra 1 til 1000 MHz
- Gren (kobling) - hvilken del av signalet (i desibel) vil bli tatt bort når bølgen rettes fra INN til UT
- Direktivitet — hvor mye mindre signal vil bli fjernet når signalet beveger seg i motsatt retning fra OUT til IN
Ved første øyekast ser dette ganske forvirrende ut. For klarhetens skyld, la oss forestille oss koblingen som et vannrør, med en liten kran inni. Dreneringen er utført på en slik måte at når vannet beveger seg i retning forover (fra IN til UT), fjernes en betydelig del av vannet. Mengden vann som slippes ut i denne retningen, bestemmes av koblingsparameteren i databladet for kobleren.
Når vannet beveger seg i motsatt retning, fjernes betydelig mindre vann. Det bør tas som en bivirkning. Mengden vann som slippes ut under denne bevegelsen bestemmes av parameteren Direktivitet i dataarket. Jo mindre denne parameteren er (jo større dB-verdien er), jo bedre for oppgaven vår.
Skjematisk diagram
Siden vi ønsker å måle signalnivået som reflekteres fra antennen, kobler vi den til IN på kobleren, og generatoren til OUT. Dermed vil en del av signalet som reflekteres fra antennen nå mottakeren for måling.
Tilkoblingsskjema for kranen. Det reflekterte signalet sendes til mottakeren
Måleoppsett
La oss sette sammen et oppsett for måling av SWR i henhold til kretsskjemaet. Ved utgangen av enhetsgeneratoren vil vi i tillegg installere en attenuator med en demping på 15 dB. Dette vil forbedre koblingen av koblingen med generatorutgangen og øke målenøyaktigheten. Demperen kan tas med en demping på 5..15 dB. Mengden av demping vil automatisk bli tatt i betraktning under påfølgende kalibrering.
En attenuator demper signalet med et fast antall desibel. Hovedkarakteristikken til en attenuator er dempningskoeffisienten til signalet og driftsfrekvensområdet. Ved frekvenser utenfor driftsområdet kan demperens ytelse endre seg uforutsigbart.
Slik ser den endelige installasjonen ut. Du må også huske å levere et mellomfrekvenssignal (IF) fra OSA-6G-modulen til hovedkortet på enheten. For å gjøre dette, koble IF OUTPUT-porten på hovedkortet til INPUT på OSA-6G-modulen.
For å redusere interferensnivået fra den bærbare datamaskinens byttestrømforsyning, utfører jeg alle målinger når den bærbare datamaskinen drives av batteri.
kalibrering
Før du starter målinger, må du sørge for at alle komponentene til enheten er i god stand og kvaliteten på kablene; For å gjøre dette kobler vi generatoren og mottakeren direkte med en kabel, slår på generatoren og måler frekvensen respons. Vi får en nesten flat graf ved 0dB. Dette betyr at over hele frekvensområdet nådde all utstrålt kraft fra generatoren mottakeren.
Koble generatoren direkte til mottakeren
La oss legge til en attenuator til kretsen. En nesten jevn signaldemping på 15dB er synlig over hele området.
Koble generatoren til mottakeren gjennom en 15dB attenuator
La oss koble generatoren til OUT-kontakten på koblingen, og mottakeren til CPL-kontakten på koblingen. Siden det ikke er noen last koblet til IN-porten, må alt det genererte signalet reflekteres, og en del av det må forgrenes til mottakeren. I henhold til databladet for vår kobling (), er koblingsparameteren ~15db, noe som betyr at vi skal se en horisontal linje på et nivå på omtrent -30 dB (kobling + attenuatordempning). Men siden driftsområdet til kobleren er begrenset til 1 GHz, kan alle målinger over denne frekvensen anses som meningsløse. Dette er tydelig synlig i grafen; etter 1 GHz er avlesningene kaotiske og meningsløse. Derfor vil vi utføre alle ytterligere målinger i driftsområdet til koplingen.
Tilkobling av kran uten belastning. Grensen for driftsområdet til koplingen er synlig.
Siden måledata over 1 GHz, i vårt tilfelle, ikke gir mening, vil vi begrense den maksimale frekvensen til generatoren til driftsverdiene til kobleren. Ved måling får vi en rett linje.
Begrensning av generatorområdet til koblingens driftsområde
For å visuelt måle SWR av antenner, må vi utføre en kalibrering for å ta de nåværende parameterne til kretsen (100% refleksjon) som et referansepunkt, det vil si null dB. Til dette formålet har OSA103 Mini-programmet en innebygd kalibreringsfunksjon. Kalibrering utføres uten tilkoblet antenne (last), kalibreringsdata skrives til en fil og tas deretter automatisk i betraktning ved konstruksjon av grafer.
Frekvensrespons kalibreringsfunksjon i OSA103 Mini-programmet
Ved å bruke kalibreringsresultatene og kjøre målinger uten belastning, får vi en flat graf ved 0dB.
Graf etter kalibrering
Vi måler antenner
Nå kan du begynne å måle antennene. Takket være kalibrering vil vi se og måle reduksjonen i refleksjon etter tilkobling av antennen.
Antenne fra Aliexpress på 433MHz
Antenne merket 443MHz. Det kan sees at antennen fungerer mest effektivt i 446MHz-området, ved denne frekvensen er SWR 1.16. Samtidig, ved den deklarerte frekvensen er ytelsen betydelig dårligere, ved 433MHz er SWR 4,2.
Ukjent antenne 1
Antenne uten merking. Etter grafen å dømme er den designet for 800 MHz, antagelig for GSM-båndet. For å være rettferdig opererer denne antennen også på 1800 MHz, men på grunn av begrensningene til kobleren kan jeg ikke gjøre gyldige målinger på disse frekvensene.
Ukjent antenne 2
Enda en antenne som har ligget i boksene mine lenge. Tilsynelatende også for GSM-serien, men bedre enn den forrige. Ved en frekvens på 764 MHz er SWR nær enhet, ved 900 MHz er SWR 1.4.
Ukjent antenne 3
Det ser ut som en Wi-Fi-antenne, men av en eller annen grunn er kontakten SMA-Male, og ikke RP-SMA, som alle Wi-Fi-antenner. Etter målinger å dømme er denne antennen ubrukelig ved frekvenser opp til 1 MHz. Igjen, på grunn av begrensningene til kobleren, vet vi ikke hva slags antenne det er.
Teleskopantenne
La oss prøve å beregne hvor langt den teleskopiske antennen må forlenges for 433MHz-området. Formelen for å beregne bølgelengden er: λ = C/f, hvor C er lysets hastighet, f er frekvensen.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Full bølgelengde - 69,24 cm
Halv bølgelengde - 34,62 cm
Kvart bølgelengde - 17,31 cm
Antennen beregnet på denne måten viste seg å være helt ubrukelig. Ved en frekvens på 433MHz er SWR-verdien 11.
Ved å eksperimentelt forlenge antennen klarte jeg å oppnå minimum SWR på 2.8 med en antennelengde på ca 50 cm Det viste seg at tykkelsen på seksjonene er av stor betydning. Det vil si at når man kun forlenger de tynne ytterpartiene, ble resultatet bedre enn når man forlenger kun de tykke partiene til samme lengde. Jeg vet ikke hvor mye du bør stole på disse beregningene med lengden på en teleskopantenne i fremtiden, fordi de i praksis ikke fungerer. Kanskje det fungerer annerledes med andre antenner eller frekvenser, jeg vet ikke.
Et stykke ledning på 433MHz
Ofte i ulike enheter, for eksempel radiobrytere, kan du se et stykke rett ledning som en antenne. Jeg kuttet et stykke ledning som tilsvarer en kvart bølgelengde på 433 MHz (17,3 cm) og fortinnet enden slik at den passer godt inn i SMA Female-kontakten.
Resultatet var merkelig: en slik ledning fungerer bra ved 360 MHz, men er ubrukelig ved 433 MHz.
Jeg begynte å kutte ledningen av enden bit for bit og se på avlesningene. Fallet i grafen begynte sakte å bevege seg mot høyre, mot 433 MHz. Som et resultat, over en ledningslengde på ca. 15,5 cm, klarte jeg å få den minste SWR-verdien på 1.8 ved en frekvens på 438 MHz. Ytterligere forkorting av kabelen førte til en økning i SWR.
Konklusjon
På grunn av begrensninger i kobleren var det ikke mulig å måle antenner i bånd over 1 GHz, for eksempel Wi-Fi-antenner. Dette kunne vært gjort hvis jeg hadde en kopler med høyere båndbredde.
En kobling, tilkoblingskabler, en enhet og til og med en bærbar datamaskin er alle deler av det resulterende antennesystemet. Deres geometri, plassering i rommet og omkringliggende objekter påvirker måleresultatet. Etter installasjon på en ekte radiostasjon eller modem kan frekvensen skifte, pga kroppen til radiostasjonen, modemet og operatørens kropp vil bli en del av antennen.
OSA103 Mini er en veldig kul multifunksjonell enhet. Jeg uttrykker min takknemlighet til utvikleren for konsultasjon under målinger.
Kilde: www.habr.com