Pre aké pásmo je táto anténa určená?
Neviem, skontrolujte.
- ČO?!?!
Ako zistiť, akú anténu máte v rukách, ak na nej nie je žiadne označenie? Ako pochopiť, ktorá anténa je lepšia alebo horšia? Tento problém ma trápi už dlho.
Článok popisuje jednoduchým spôsobom metódu merania charakteristík antén a metódu stanovenia frekvenčného rozsahu antény.
Pre skúsených rádiových inžinierov sa tieto informácie môžu zdať banálne a technika merania nemusí byť dostatočne presná. Článok je určený pre tých, ktorí nerozumejú rádioelektronike vôbec nič, ako ja.
TL; DR Zmeriame SWR antén na rôznych frekvenciách pomocou prístroja OSA 103 Mini a smerovej spojky, vynesieme SWR proti frekvencii.
Теория
Keď vysielač vyšle signál do antény, časť energie sa vyžaruje do vzduchu a časť sa odrazí a vráti späť. Pomer medzi vyžiarenou a odrazenou energiou je charakterizovaný pomerom stojatých vĺn (SWR alebo SWR). Čím nižšie je SWR, tým väčšia časť energie vysielača je vyžiarená ako rádiové vlny. Pri SWR = 1 nedochádza k odrazu (všetka energia je vyžiarená). SWR skutočnej antény je vždy väčší ako 1.
Ak do antény pošlete signál rôznych frekvencií a súčasne zmeriate SWR, môžete zistiť, pri akej frekvencii bude odraz minimálny. Toto bude prevádzkový rozsah antény. Môžete tiež navzájom porovnať rôzne antény pre rovnaký dosah a zistiť, ktorá je lepšia.
Časť signálu vysielača sa odráža od antény
Anténa dimenzovaná na určitú frekvenciu by teoreticky mala mať na svojich prevádzkových frekvenciách najnižšie SWR. To znamená, že stačí vyžarovať do antény na rôznych frekvenciách a zistiť, na akej frekvencii je odraz najmenší, teda maximálne množstvo energie, ktoré odletelo vo forme rádiových vĺn.
Tým, že dokážeme generovať signál na rôznych frekvenciách a merať odraz, môžeme vykresliť os x s frekvenciou a os y s odrazivosťou signálu. Výsledkom je, že tam, kde je pokles na grafe (to znamená najmenší odraz signálu), bude dosah antény.
Imaginárny graf odrazu verzus frekvencia. Odraz je 100% v celom rozsahu, okrem pracovnej frekvencie antény.
Zariadenie Osa103 Mini
Na meranie použijeme . Je to všestranný merací prístroj, ktorý integruje osciloskop, generátor signálu, spektrálny analyzátor, merač frekvenčnej odozvy/fázovej odozvy, vektorový anténny analyzátor, LC meter a dokonca aj SDR transceiver. Prevádzkový rozsah OSA103 Mini je obmedzený na 100 MHz, modul OSA-6G rozširuje frekvenčný rozsah v režime frekvenčnej odozvy až na 6 GHz. Natívny program so všetkými funkciami váži 3 MB, funguje pod Windows a cez wine v Linuxe.
Osa103 Mini je univerzálny merací prístroj pre rádioamatérov a inžinierov
Smerová spojka
Smerový väzobný člen je zariadenie, ktoré odvádza malú časť RF signálu putujúceho určitým smerom. V našom prípade musí časť odrazeného signálu (prichádzajúceho z antény späť do generátora) odbočiť, aby ho mohol zmerať.
Vizuálne vysvetlenie činnosti smerovej spojky:
Hlavné charakteristiky smerovej spojky:
- Prevádzkové frekvencie - frekvenčný rozsah, v ktorom hlavné ukazovatele neprekračujú normu. Moja spojka je určená pre frekvencie od 1 do 1000 MHz
- Vetva (spojka) - aká časť signálu (v decibeloch) bude odklonená, keď je vlna nasmerovaná z IN do OUT
- Smerovosť - o koľko menej signálu sa odkloní, keď sa signál pohybuje v opačnom smere z OUT na IN
Na prvý pohľad to vyzerá dosť mätúce. Pre názornosť si predstavme kohútik ako vodovodnú fajku, s malým vývodom vo vnútri. Odklon je urobený tak, že keď sa voda pohybuje smerom dopredu (od DNU do OUT), značná časť vody sa odkloní. Množstvo vody, ktoré je odvádzané týmto smerom, je určené parametrom Coupling v údajovom liste spojky.
Keď sa voda pohybuje opačným smerom, vypúšťa sa oveľa menej vody. Treba to brať ako vedľajší účinok. Množstvo vody, ktoré sa odstráni počas tohto pohybu, je určené parametrom Smerovosť v údajovom liste. Čím menší je tento parameter (čím väčšia je hodnota dB), tým lepšie pre našu úlohu.
Schematický diagram
Keďže chceme merať úroveň signálu odrazeného od antény, pripojíme ju na IN spojky a generátor na OUT. Časť signálu odrazeného od antény sa tak dostane do prijímača na meranie.
Klepnite na schému pripojenia. Odrazený signál sa posiela do prijímača
Nastavenie merania
Zostavme inštaláciu na meranie SWR podľa schémy zapojenia. Na výstup generátora zariadenia dodatočne inštalujeme atenuátor s útlmom 15 dB. Tým sa zlepší prispôsobenie spojky s výstupom generátora a zvýši sa presnosť merania. Tlmič je možné odoberať s útlmom 5..15 dB. Hodnota útlmu sa automaticky zohľadní pri následnej kalibrácii.
Atenuátor zoslabuje signál o pevný počet decibelov. Hlavnou charakteristikou atenuátora je koeficient útlmu (útlm) signálu a rozsah pracovnej frekvencie. Pri frekvenciách mimo prevádzkového rozsahu sa charakteristiky tlmiča môžu nepredvídateľne meniť.
Takto vyzerá konečné nastavenie. Musíte tiež pamätať na to, aby ste na hlavnú dosku zariadenia priviedli medzifrekvenčný (IF) signál z modulu OSA-6G. Za týmto účelom prepojíme port IF OUTPUT na hlavnej doske s INPUT na module OSA-6G.
Aby som znížil úroveň rušenia zo spínaného napájania notebooku, všetky merania vykonávam pri napájaní notebooku z batérie.
kalibrácia
Pred začatím meraní je potrebné sa uistiť, že všetky komponenty prístroja sú v dobrom stave a kvalita káblov, preto generátor a prijímač prepojíme priamo káblom, zapneme generátor a zmeriame frekvenčnú odozvu. Získame takmer plochý graf pri 0 dB. To znamená, že v celom frekvenčnom rozsahu sa k prijímaču dostal celý vyžiarený výkon generátora.
Pripojenie generátora priamo k prijímaču
Pridajme do obvodu atenuátor. V celom rozsahu je vidieť takmer rovnomerný útlm signálu 15dB.
Pripojenie generátora cez 15dB atenuátor k prijímaču
Pripojte generátor k OUT konektoru spojky a prijímač k CPL spojky. Keďže k portu IN nie je pripojená žiadna záťaž, všetok generovaný signál sa musí odrážať a časť z neho sa musí odviesť do prijímača. Podľa údajového listu pre našu spojku (), parameter Coupling je ~15db, čo znamená, že by sme mali vidieť vodorovnú čiaru pri asi -30 dB (väzba + útlm atenuátora). Ale keďže je prevádzkový rozsah spojky obmedzený na 1 GHz, všetky merania nad touto frekvenciou možno považovať za nezmyselné. Na grafe je to dobre viditeľné, po 1 GHz sú údaje chaotické a nedávajú zmysel. Všetky ďalšie merania preto vykonáme v prevádzkovom rozsahu spojky.
Klepnite na pripojenie bez zaťaženia. Hranica prevádzkového rozsahu spojky je viditeľná.
Keďže namerané údaje nad 1 GHz v našom prípade nedávajú zmysel, obmedzíme maximálnu frekvenciu generátora na prevádzkové hodnoty spojky. Pri meraní dostaneme priamku.
Obmedzenie dosahu generátora na prevádzkový rozsah spojky
Aby sme mohli vizuálne zmerať SWR antén, musíme vykonať kalibráciu tak, aby sa ako referenčný bod brali aktuálne parametre obvodu (100% odraz), to znamená nula dB. Na tento účel má OSA103 Mini zabudovanú funkciu kalibrácie. Kalibrácia sa vykonáva bez pripojenej antény (záťaže), kalibračné údaje sa zapisujú do súboru a následne sa automaticky zohľadňujú pri vykresľovaní grafov.
Funkcia kalibrácie frekvenčnej odozvy v softvéri OSA103 Mini
Aplikovaním výsledkov kalibrácie a spustením meraní bez zaťaženia dostaneme plochý graf pri 0 dB.
Graf po kalibrácii
Meriame antény
Teraz môžete začať merať antény. Prostredníctvom kalibrácie uvidíme a zmeriame zníženie odrazu po pripojení antény.
Anténa z Aliexpress na 433 MHz
Anténa označená 443MHz. Je vidieť, že anténa pracuje najefektívnejšie v pásme 446MHz, pri tejto frekvencii je SWR 1.16. Zároveň pri deklarovanej frekvencii je výkon výrazne horší, pri 433MHz SWR 4,2.
Neznáma anténa 1
Anténa neoznačená. Súdiac podľa harmonogramu je určený pre 800 MHz, pravdepodobne pre pásmo GSM. Aby som bol spravodlivý, táto anténa tiež pracuje na frekvencii 1800 MHz, ale kvôli obmedzeniam spojky nemôžem vykonať správne merania na týchto frekvenciách.
Neznáma anténa 2
Ďalšia anténa, ktorá sa mi už dlho povaľuje v krabiciach. Vraj aj pre pásmo GSM, ale lepšie ako to predchádzajúce. Pri frekvencii 764 MHz sa SWR blíži k jednotke, pri 900 MHz je SWR 1.4.
Neznáma anténa 3
Vyzerá to ako anténa Wi-Fi, ale z nejakého dôvodu je konektor SMA-Male a nie RP-SMA, ako všetky antény Wi-Fi. Súdiac podľa meraní, pri frekvenciách do 1 MHz je táto anténa zbytočná. Opäť sa kvôli obmedzeniam spojky nedozvieme, o akú anténu ide.
Teleskopická anténa
Skúsme si vypočítať, o koľko potrebujete predĺžiť teleskopickú anténu pre pásmo 433MHz. Vzorec na výpočet vlnovej dĺžky: λ = C/f, kde C je rýchlosť svetla, f je frekvencia.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
plná vlnová dĺžka - 69,24 cm
polovičná vlnová dĺžka - 34,62 cm
štvrtinová vlnová dĺžka - 17,31 cm
Takto vypočítaná anténa sa ukázala ako absolútne zbytočná. Pri frekvencii 433 MHz je hodnota SWR 11.
Experimentálnym predĺžením antény sa mi pri dĺžke antény cca 2.8 cm podarilo dosiahnuť minimálne SWR 50. Ukázalo sa, že hrúbka sekcií má veľký význam. To znamená, že keď sa predĺžili iba tenké koncové časti, výsledok bol lepší, ako keď sa na rovnakú dĺžku predĺžili len hrubé časti. Neviem ako ďalej sa treba spoliehať na tieto výpočty s dĺžkou teleskopickej antény, pretože v praxi nefungujú. Možno s inými anténami alebo frekvenciami to funguje inak, neviem.
Kus drôtu na 433 MHz
Často v rôznych zariadeniach, ako sú rádiové spínače, môžete vidieť kus rovného drôtu ako anténu. Odrezal som kúsok drôtu rovnajúci sa štvrtine vlnovej dĺžky 433 MHz (17,3 cm) a koniec som pocínoval tak, aby presne zapadol do konektora SMA Female.
Výsledok sa ukázal byť zvláštny: takýto drôt funguje dobre pri 360 MHz, ale pri 433 MHz je zbytočný.
Začal som odrezávať drôt od konca kus po kuse a pozerať sa na hodnoty. Pokles na grafe sa začal pomaly posúvať doprava, smerom k 433 MHz. Výsledkom je, že na dĺžke drôtu cca 15,5 cm sa mi podarilo získať najnižšiu hodnotu SWR 1.8 pri frekvencii 438 MHz. Ďalšie skracovanie kábla viedlo k zvýšeniu SWR.
Záver
Kvôli obmedzeniam spojky nebolo možné merať antény na pásmach nad 1 GHz, ako napríklad antény Wi-Fi. Dalo by sa to urobiť, keby som mal širšiu spojku.
Súčasťou výsledného anténneho systému je spojka, prepojovacie káble, zariadenie a dokonca aj laptop. Ich geometria, poloha v priestore a okolité objekty ovplyvňujú výsledok merania. Po nastavení na skutočnú rozhlasovú stanicu alebo modem sa môže frekvencia posunúť, pretože. telo rádiostanice, modem, telo operátora sa stane súčasťou antény.
OSA103 Mini je veľmi cool multifunkčné zariadenie. Vyjadrujem vďaku jeho vývojárovi za rady pri meraniach.
Zdroj: hab.com