— Për çfarë diapazoni është kjo antenë?
- Nuk e di, kontrollo.
- ÇFARË?!?!
Si mund të përcaktoni se çfarë lloj antene keni në duar nëse nuk ka asnjë shenjë në të? Si të kuptoni se cila antenë është më e mirë apo më e keqe? Ky problem më ka munduar për një kohë të gjatë.
Artikulli përshkruan me gjuhë të thjeshtë teknikën e matjes së karakteristikave të antenës dhe metodën për përcaktimin e diapazonit të frekuencës së antenës.
Për inxhinierët me përvojë të radios, ky informacion mund të duket i parëndësishëm dhe teknika e matjes mund të mos jetë mjaft e saktë. Artikulli është menduar për ata që nuk kuptojnë asgjë nga radio elektronike, si unë.
TL; DR Ne do të matim SWR-në e antenave në frekuenca të ndryshme duke përdorur pajisjen OSA 103 Mini dhe një bashkues drejtimi, duke paraqitur varësinë e SWR nga frekuenca.
teori
Kur një transmetues dërgon një sinjal në një antenë, një pjesë e energjisë rrezatohet në ajër, dhe një pjesë reflektohet dhe kthehet prapa. Marrëdhënia midis energjisë së rrezatuar dhe të reflektuar karakterizohet nga raporti i valëve në këmbë (SWR ose SWR). Sa më i ulët të jetë SWR, aq më shumë energji e transmetuesit emetohet si valë radio. Në SWR = 1 nuk ka reflektim (e gjithë energjia rrezatohet). SWR e një antene të vërtetë është gjithmonë më e madhe se 1.
Nëse dërgoni një sinjal të frekuencave të ndryshme në antenë dhe matni njëkohësisht SWR, mund të zbuloni se në cilën frekuencë reflektimi do të jetë minimal. Kjo do të jetë diapazoni i funksionimit të antenës. Ju gjithashtu mund të krahasoni antena të ndryshme për të njëjtin brez dhe të gjeni se cila është më e mirë.
Një pjesë e sinjalit të transmetuesit reflektohet nga antena
Një antenë e projektuar për një frekuencë të caktuar, në teori, duhet të ketë SWR më të ulët në frekuencat e saj të funksionimit. Kjo do të thotë që mjafton të rrezatosh në antenë në frekuenca të ndryshme dhe të gjesh se në cilën frekuencë reflektimi është më i vogli, domethënë sasia maksimale e energjisë që ikën në formën e valëve të radios.
Duke qenë në gjendje të gjenerojmë një sinjal në frekuenca të ndryshme dhe të masim reflektimin, ne mund të krijojmë një grafik me frekuencën në boshtin X dhe reflektueshmërinë e sinjalit në boshtin Y. Si rezultat, aty ku ka një rënie në grafik (d.m.th., reflektimi më i vogël i sinjalit), do të ketë një gamë funksionimi të antenës.
Grafiku imagjinar i reflektimit kundrejt frekuencës. Në të gjithë gamën, reflektimi është 100%, me përjashtim të frekuencës së funksionimit të antenës.
Pajisja Osa103 Mini
Për matje do të përdorim . Kjo është një pajisje matës universale që kombinon një oshiloskop, një gjenerator sinjalesh, një analizues spektri, një matës përgjigjeje/përgjigjeje fazore me frekuencë amplitude, një analizues antenash vektoriale, një matës LC dhe madje edhe një transmetues SDR. Gama e funksionimit të OSA103 Mini është e kufizuar në 100 MHz, moduli OSA-6G zgjeron gamën e frekuencës në modalitetin IAFC në 6 GHz. Programi vendas me të gjitha funksionet peshon 3 MB, funksionon në Windows dhe nëpërmjet Wine në Linux.
Osa103 Mini - një pajisje matëse universale për amatorët dhe inxhinierët e radios
Bashkues drejtimi
Një bashkues drejtimi është një pajisje që devijon një pjesë të vogël të një sinjali RF që udhëton në një drejtim të caktuar. Në rastin tonë, ai duhet të degëzojë një pjesë të sinjalit të reflektuar (duke shkuar nga antena përsëri në gjenerator) për ta matur atë.
Një shpjegim vizual i funksionimit të një bashkues drejtimi:
Karakteristikat kryesore të bashkuesit të drejtimit:
- Frekuencat e funksionimit - diapazoni i frekuencave në të cilat treguesit kryesorë nuk i kalojnë kufijtë normalë. Bashkuesi im është projektuar për frekuenca nga 1 deri në 1000 MHz
- Dega (bashkim) - cila pjesë e sinjalit (në decibel) do të hiqet kur vala drejtohet nga IN në OUT
- Direktiviteti - sa më pak sinjal do të hiqet kur sinjali lëviz në drejtim të kundërt nga OUT në IN
Në pamje të parë kjo duket mjaft konfuze. Për qartësi, le ta imagjinojmë bashkuesin si një tub uji, me një rubinet të vogël brenda. Kullimi bëhet në atë mënyrë që kur uji lëviz në drejtim përpara (nga IN në OUT), një pjesë e konsiderueshme e ujit hiqet. Sasia e ujit që shkarkohet në këtë drejtim përcaktohet nga parametri Coupling në fletën e të dhënave të çiftuesit.
Kur uji lëviz në drejtim të kundërt, largohet dukshëm më pak ujë. Duhet të merret si një efekt anësor. Sasia e ujit që shkarkohet gjatë kësaj lëvizjeje përcaktohet nga parametri Directivity në fletën e të dhënave. Sa më i vogël të jetë ky parametër (sa më e madhe të jetë vlera dB), aq më mirë për detyrën tonë.
Diagrami i qarkut
Meqenëse duam të matim nivelin e sinjalit të reflektuar nga antena, ne e lidhim atë me IN të bashkuesit dhe gjeneratorin me OUT. Kështu, një pjesë e sinjalit të reflektuar nga antena do të arrijë marrësin për matje.
Diagrami i lidhjes për rubinetin. Sinjali i reflektuar dërgohet te marrësi
Vendosja e matjes
Le të mbledhim një konfigurim për matjen e SWR në përputhje me diagramin e qarkut. Në daljen e gjeneratorit të pajisjes, ne do të instalojmë gjithashtu një zbutës me një zbutje prej 15 dB. Kjo do të përmirësojë përputhjen e bashkuesit me daljen e gjeneratorit dhe do të rrisë saktësinë e matjes. Atenuatori mund të merret me një zbutje prej 5..15 dB. Sasia e dobësimit do të merret parasysh automatikisht gjatë kalibrimit pasues.
Një zbutës e dobëson sinjalin me një numër të caktuar decibelësh. Karakteristika kryesore e një zbutësi është koeficienti i dobësimit të sinjalit dhe diapazoni i frekuencës së funksionimit. Në frekuencat jashtë gamës së funksionimit, performanca e zbutësit mund të ndryshojë në mënyrë të paparashikueshme.
Kështu duket instalimi përfundimtar. Duhet të mbani mend gjithashtu të jepni një sinjal të frekuencës së ndërmjetme (IF) nga moduli OSA-6G në bordin kryesor të pajisjes. Për ta bërë këtë, lidhni portën IF OUTPUT në bordin kryesor me INPUT në modulin OSA-6G.
Për të ulur nivelin e ndërhyrjes nga furnizimi me energji komutuese i laptopit, unë kryej të gjitha matjet kur laptopi ushqehet me bateri.
Kalibrimi
Para fillimit të matjeve, duhet të siguroheni që të gjithë përbërësit e pajisjes janë në gjendje të mirë pune dhe cilësinë e kabllove; për ta bërë këtë, ne lidhim gjeneratorin dhe marrësin drejtpërdrejt me një kabllo, ndezim gjeneratorin dhe matim frekuencën. përgjigje. Ne marrim një grafik pothuajse të sheshtë në 0dB. Kjo do të thotë që në të gjithë diapazonin e frekuencës, e gjithë fuqia e rrezatuar e gjeneratorit arriti te marrësi.
Lidhja e gjeneratorit direkt me marrësin
Le të shtojmë një zbutës në qark. Një dobësim pothuajse i barabartë i sinjalit prej 15 dB është i dukshëm në të gjithë gamën.
Lidhja e gjeneratorit përmes një zbutësi 15dB me marrësin
Le të lidhim gjeneratorin me lidhësin OUT të bashkuesit, dhe marrësin me lidhësin CPL të bashkuesit. Meqenëse nuk ka ngarkesë të lidhur me portën IN, i gjithë sinjali i gjeneruar duhet të reflektohet dhe një pjesë e tij të degëzohet te marrësi. Sipas fletës së të dhënave për bashkuesin tonë (), parametri Coupling është ~15db, që do të thotë se duhet të shohim një vijë horizontale në një nivel prej rreth -30 dB (bashkim + dobësim i zbutësit). Por meqenëse diapazoni i funksionimit të bashkuesit është i kufizuar në 1 GHz, të gjitha matjet mbi këtë frekuencë mund të konsiderohen të pakuptimta. Kjo është qartë e dukshme në grafik; pas 1 GHz leximet janë kaotike dhe të pakuptimta. Prandaj, ne do të kryejmë të gjitha matjet e mëtejshme në diapazonin e funksionimit të bashkuesit.
Lidhja e një rubineti pa ngarkesë. Kufiri i diapazonit të funksionimit të bashkuesit është i dukshëm.
Meqenëse të dhënat e matjes mbi 1 GHz, në rastin tonë, nuk kanë kuptim, ne do të kufizojmë frekuencën maksimale të gjeneratorit në vlerat e funksionimit të bashkuesit. Kur matim, marrim një vijë të drejtë.
Kufizimi i diapazonit të gjeneratorit në diapazonin e funksionimit të bashkuesit
Për të matur vizualisht SWR-në e antenave, duhet të kryejmë një kalibrim për të marrë parametrat aktualë të qarkut (reflektimi 100%) si pikë referimi, domethënë zero dB. Për këtë qëllim, programi OSA103 Mini ka një funksion të integruar të kalibrimit. Kalibrimi kryhet pa një antenë të lidhur (ngarkesë), të dhënat e kalibrimit shkruhen në një skedar dhe më pas merren parasysh automatikisht kur ndërtohen grafikët.
Funksioni i kalibrimit të përgjigjes së frekuencës në programin OSA103 Mini
Duke aplikuar rezultatet e kalibrimit dhe duke kryer matjet pa ngarkesë, marrim një grafik të sheshtë në 0dB.
Grafiku pas kalibrimit
Ne masim antenat
Tani mund të filloni të matni antenat. Falë kalibrimit, ne do të shohim dhe matim reduktimin e reflektimit pas lidhjes së antenës.
Antenë nga Aliexpress në 433 MHz
Antena e shënuar 443 MHz. Mund të shihet se antena funksionon në mënyrë më efikase në intervalin 446 MHz, në këtë frekuencë SWR është 1.16. Në të njëjtën kohë, në frekuencën e deklaruar performanca është dukshëm më e keqe, në 433 MHz SWR është 4,2.
Antenë e panjohur 1
Antenë pa shenja. Duke gjykuar nga grafiku, ai është projektuar për 800 MHz, me sa duket për brezin GSM. Të them të drejtën edhe kjo antenë funksionon në 1800 MHz, por për shkak të kufizimeve të bashkuesit nuk mund të bëj matje të vlefshme në këto frekuenca.
Antenë e panjohur 2
Një antenë tjetër që qëndron në kutitë e mia për një kohë të gjatë. Me sa duket, edhe për gamën GSM, por më i mirë se ai i mëparshmi. Në një frekuencë prej 764 MHz, SWR është afër unitetit, në 900 MHz SWR është 1.4.
Antenë e panjohur 3
Duket si një antenë Wi-Fi, por për disa arsye lidhësi është SMA-Male, dhe jo RP-SMA, si të gjitha antenat Wi-Fi. Duke gjykuar nga matjet, në frekuenca deri në 1 MHz kjo antenë është e padobishme. Përsëri, për shkak të kufizimeve të bashkuesit, ne nuk do të dimë se çfarë lloj antene është.
Antenë teleskopike
Le të përpiqemi të llogarisim se sa larg duhet të zgjerohet antena teleskopike për intervalin 433 MHz. Formula për llogaritjen e gjatësisë valore është: λ = C/f, ku C është shpejtësia e dritës, f është frekuenca.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Gjatësia valore e plotë - 69,24 cm
Gjysmë gjatësi vale - 34,62 cm
Gjatësia valore e katërt - 17,31 cm
Antena e llogaritur në këtë mënyrë doli të ishte absolutisht e padobishme. Në një frekuencë prej 433 MHz, vlera SWR është 11.
Duke zgjatur eksperimentalisht antenën, arrita të arrij një SWR minimale prej 2.8 me një gjatësi antene rreth 50 cm. Doli se trashësia e seksioneve ka një rëndësi të madhe. Kjo do të thotë, kur zgjeroheshin vetëm pjesët e jashtme të holla, rezultati ishte më i mirë se kur zgjateshin vetëm pjesët e trasha në të njëjtën gjatësi. Nuk e di se sa duhet të mbështeteni në këto llogaritje me gjatësinë e një antene teleskopike në të ardhmen, sepse në praktikë ato nuk funksionojnë. Ndoshta funksionon ndryshe me antena ose frekuenca të tjera, nuk e di.
Një copë teli në 433 MHz
Shpesh në pajisje të ndryshme, si çelsat e radios, mund të shihni një copë teli të drejtë si antenë. Preva një copë teli të barabartë me një çerek gjatësi vale prej 433 MHz (17,3 cm) dhe e lidha fundin në mënyrë që të futet mirë në lidhësin SMA Female.
Rezultati ishte i çuditshëm: një tel i tillë funksionon mirë në 360 MHz, por është i padobishëm në 433 MHz.
Fillova të pres telin nga fundi pjesë-pjesë dhe të shikoj leximet. Ulja në grafik filloi të lëvizë ngadalë në të djathtë, drejt 433 MHz. Si rezultat, mbi një gjatësi teli prej rreth 15,5 cm, arrita të marr vlerën më të vogël SWR prej 1.8 në një frekuencë prej 438 MHz. Shkurtimi i mëtejshëm i kabllit çoi në një rritje të SWR.
Përfundim
Për shkak të kufizimeve të bashkuesit, nuk ishte e mundur të maten antenat në brezat mbi 1 GHz, siç janë antenat Wi-Fi. Kjo mund të ishte bërë nëse do të kisha një bashkues me gjerësi bande më të lartë.
Një bashkues, kabllot lidhës, një pajisje dhe madje edhe një laptop janë të gjitha pjesë të sistemit të antenës që rezulton. Gjeometria e tyre, pozicioni në hapësirë dhe objektet përreth ndikojnë në rezultatin e matjes. Pas instalimit në një radio stacion ose modem të vërtetë, frekuenca mund të zhvendoset, sepse trupi i radiostacionit, modemi dhe trupi i operatorit do të bëhen pjesë e antenës.
OSA103 Mini është një pajisje shumëfunksionale shumë e lezetshme. I shpreh mirënjohjen time zhvilluesit të tij për konsultimin gjatë matjeve.
Burimi: www.habr.com