За који опсег је ова антена? Меримо карактеристике антене

— За који домет је ова антена?
- Не знам, провери.
- ШТА?!?!

Како можете одредити какву антену имате у рукама ако на њој нема ознака? Како разумети која је антена боља или лошија? Овај проблем ме мучи већ дуже време.
У чланку је једноставним језиком описана техника мерења карактеристика антене и метода за одређивање фреквентног опсега антене.

Искусним радио инжењерима ове информације могу изгледати тривијалне, а техника мерења можда није довољно тачна. Чланак је намењен онима који се уопште не разумеју у радио електронику, попут мене.

ТЛ; ДР Измерићемо СВР антена на различитим фреквенцијама користећи ОСА 103 Мини уређај и усмерени спрежник, цртајући зависност СВР од фреквенције.

Теорија

Када предајник пошаље сигнал антени, део енергије се зрачи у ваздух, а део се рефлектује и враћа назад. Однос између зрачења и рефлектоване енергије карактерише однос стојећих таласа (СВР или СВР). Што је СВР нижи, то се више енергије предајника емитује у облику радио таласа. При СВР = 1 нема рефлексије (сва енергија се зрачи). СВР праве антене је увек већи од 1.

Ако на антену пошаљете сигнал различитих фреквенција и истовремено измерите СВР, можете пронаћи на којој фреквенцији ће рефлексија бити минимална. Ово ће бити радни опсег антене. Такође можете упоредити различите антене за исти опсег и пронаћи која је боља.

Део сигнала предајника се рефлектује од антене

Антена пројектована за одређену фреквенцију, у теорији, треба да има најнижи СВР на својим радним фреквенцијама. То значи да је довољно зрачити у антену на различитим фреквенцијама и пронаћи на којој фреквенцији је одраз најмањи, односно максималну количину енергије која излази у облику радио таласа.

У могућности да генеришемо сигнал на различитим фреквенцијама и измеримо рефлексију, можемо да направимо график са фреквенцијом на Кс оси и рефлективношћу сигнала на И оси. Као резултат тога, тамо где постоји пад на графикону (то јест, најмањи одраз сигнала), постојаће радни опсег антене.

Имагинарни график рефлексије у односу на фреквенцију. У целом опсегу рефлексија је 100%, осим радне фреквенције антене.

Уређај Оса103 Мини

За мерења ћемо користити ОСА103 Мини. Ово је универзални мерни уређај који комбинује осцилоскоп, генератор сигнала, анализатор спектра, мерач амплитудно-фреквентног/фазног одзива, векторски антенски анализатор, ЛЦ метар, па чак и СДР примопредајник. Радни опсег ОСА103 Мини је ограничен на 100 МХз, модул ОСА-6Г проширује опсег фреквенција у ИАФЦ режиму на 6 ГХз. Изворни програм са свим функцијама је тежак 3 МБ, ради на Виндовс-у и преко вине на Линук-у.

Оса103 Мини - универзални мерни уређај за радио аматере и инжењере

Дирекциона спојница

Усмерени спрежник је уређај који преусмерава мали део РФ сигнала који путује у одређеном правцу. У нашем случају, он мора да одвоји део рефлектованог сигнала (који иде од антене назад до генератора) да би га измерио.
Визуелно објашњење рада усмереног спојника: иоутубе.цом/ватцх?в=иБК9ЗИк9ИаИ

Главне карактеристике усмереног спојника:

• Радне фреквенције - опсег фреквенција на којима главни индикатори не прелазе нормалне границе. Мој спојник је дизајниран за фреквенције од 1 до 1000 МХз
• Огранак (спојница) - који део сигнала (у децибелима) ће бити одузет када се талас усмери од ИН ка ОУТ
• Директивност — колико ће мање сигнала бити уклоњено када се сигнал помери у супротном смеру од ОУТ ка ИН

На први поглед ово изгледа прилично збуњујуће. Ради јасноће, замислимо спојницу као водоводну цев, са малом славином унутра. Дренажа је направљена тако да се приликом кретања воде у правцу напред (од ИН ка ВАН) уклони значајан део воде. Количина воде која се испушта у овом правцу одређена је параметром спојнице у таблици са подацима спојнице.

Када се вода креће у супротном смеру, уклања се знатно мање воде. Треба га узети као нежељени ефекат. Количина воде која се испушта током овог кретања одређена је параметром усмерености у техничком листу. Што је овај параметар мањи (што је већа вредност дБ), то је боље за наш задатак.

Шематски приказ

Пошто желимо да измеримо ниво сигнала који се рефлектује од антене, повезујемо је на ИН спојнице, а генератор на ОУТ. Тако ће део сигнала рефлектованог од антене стићи до пријемника ради мерења.

Шема прикључка за славину. Рефлектовани сигнал се шаље пријемнику

Подешавање мерења

Хајде да саставимо поставку за мерење СВР-а у складу са дијаграмом кола. На излазу генератора уређаја додатно ћемо уградити атенуатор са пригушењем од 15 дБ. Ово ће побољшати усклађивање спојнице са излазом генератора и повећати тачност мерења. Атенуатор се може узети са пригушењем од 5..15 дБ. Количина слабљења ће се аутоматски узети у обзир током накнадне калибрације.

Атенуатор слаби сигнал за фиксни број децибела. Главна карактеристика атенуатора је коефицијент слабљења сигнала и опсег радне фреквенције. На фреквенцијама изван радног опсега, перформансе атенуатора могу се непредвидиво променити.

Овако изгледа коначна инсталација. Такође морате запамтити да доставите сигнал средње фреквенције (ИФ) са ОСА-6Г модула на главну плочу уређаја. Да бисте то урадили, повежите ИФ ОУТПУТ порт на главној плочи са ИНПУТ на ОСА-6Г модулу.

Да бих смањио ниво сметњи од прекидачког напајања лаптопа, спроводим сва мерења када се лаптоп напаја из батерије.

Калибрација

Пре почетка мерења, потребно је да се уверите да су све компоненте уређаја у добром стању и квалитет каблова, да бисте то урадили, повезујемо генератор и пријемник директно каблом, укључујемо генератор и меримо фреквенцију одговор. Добијамо скоро раван графикон на 0дБ. То значи да је у целом фреквентном опсегу сва израчена снага генератора стигла до пријемника.

Повезивање генератора директно са пријемником

Хајде да додамо атенуатор у коло. Скоро равномерно слабљење сигнала од 15 дБ је видљиво у целом опсегу.

Повезивање генератора преко 15дБ атенуатора на пријемник

Спојимо генератор на ОУТ конектор спојнице, а пријемник на ЦПЛ конектор спојнице. Пошто на ИН порт није прикључено оптерећење, сав генерисани сигнал се мора рефлектовати, а део се мора разгранати до пријемника. Према подацима за наш спојник (ЗЕДЦ-15-2Б), параметар Цоуплинг је ~15дб, што значи да би требало да видимо хоризонталну линију на нивоу од око -30 дБ (спој + слабљење атенуатора). Али пошто је радни опсег спрежника ограничен на 1 ГХз, сва мерења изнад ове фреквенције могу се сматрати бесмисленим. Ово је јасно видљиво на графикону након 1 ГХз очитавања су хаотична и бесмислена. Због тога ћемо сва даља мерења извршити у радном опсегу спојнице.

Прикључивање славине без оптерећења. Граница радног опсега спојнице је видљива.

Пошто мерни подаци изнад 1 ГХз, у нашем случају, немају смисла, ограничићемо максималну фреквенцију генератора на радне вредности спојнице. Приликом мерења добијамо праву линију.

Ограничавање опсега генератора на радни опсег спојнице

Да бисмо визуелно измерили СВР антена, потребно је да извршимо калибрацију да узмемо тренутне параметре кола (100% рефлексије) као референтну тачку, односно нула дБ. У ту сврху, програм ОСА103 Мини има уграђену функцију калибрације. Калибрација се врши без прикључене антене (оптерећења), подаци о калибрацији се уписују у датотеку и након тога се аутоматски узимају у обзир приликом конструисања графикона.

Функција калибрације фреквенцијског одзива у програму ОСА103 Мини

Примењујући резултате калибрације и мерења без оптерећења, добијамо раван графикон на 0дБ.

Графикон након калибрације

Меримо антене

Сада можете почети да мерите антене. Захваљујући калибрацији, видећемо и измерити смањење рефлексије након повезивања антене.

Антена са Алиекспреса на 433МХз

Антена са ознаком 443МХз. Види се да антена најефикасније ради у опсегу од 446МХз, на овој фреквенцији СВР је 1.16. Истовремено, на декларисаној фреквенцији перформансе су знатно лошије, на 433МХз СВР је 4,2.

Непозната антена 1

Антена без ознака. Судећи по графикону, дизајниран је за 800 МХз, вероватно за ГСМ опсег. Искрено речено, ова антена такође ради на 1800 МХз, али због ограничења спрежника не могу да извршим валидна мерења на овим фреквенцијама.

Непозната антена 2

Још једна антена која је већ дуго лежала у мојим кутијама. Очигледно и за ГСМ опсег, али бољи од претходног. На фреквенцији од 764 МХз, СВР је близу јединице, на 900 МХз СВР је 1.4.

Непозната антена 3

Изгледа као Ви-Фи антена, али из неког разлога конектор је СМА-мушки, а не РП-СМА, као све Ви-Фи антене. Судећи по мерењима, на фреквенцијама до 1 МХз ова антена је бескорисна. Опет, због ограничења спојнице, нећемо знати о каквој је антени реч.

Телескопска антена

Хајде да покушамо да израчунамо колико далеко телескопска антена треба да се прошири за опсег од 433МХз. Формула за израчунавање таласне дужине је: λ = Ц/ф, где је Ц брзина светлости, ф фреквенција.

299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279

Пуна таласна дужина — 69,24 цм
Пола таласне дужине — 34,62 цм
Четвртина таласне дужине — 17,31 цм

Овако израчуната антена показала се апсолутно бескорисном. На фреквенцији од 433МХз СВР вредност је 11.

Експерименталним продужавањем антене успео сам да постигнем минимални СВР од 2.8 са дужином антене од око 50 цм. Испоставило се да је дебљина секција од велике важности. Односно, када се продужавају само танки спољни делови, резултат је био бољи него када се продужавају само дебели делови на исту дужину. Не знам колико бисте се у будућности требали ослањати на ове прорачуне са дужином телескопске антене, јер у пракси не раде. Можда ради другачије са другим антенама или фреквенцијама, не знам.

Комад жице на 433МХз

Често у разним уређајима, као што су радио прекидачи, можете видети комад равне жице као антену. Одсекао сам комад жице једнак четвртини таласне дужине од 433 МХз (17,3 цм) и калајисао крај тако да се добро уклапа у СМА женски конектор.

Резултат је био чудан: таква жица добро ради на 360 МХз, али је бескорисна на 433 МХз.


Почео сам да сечем жицу са краја део по део и гледам очитавања. Пад на графикону је почео полако да се помера удесно, ка 433 МХз. Као резултат тога, преко жице дужине око 15,5 цм, успео сам да добијем најмању СВР вредност од 1.8 на фреквенцији од 438 МХз. Даље скраћивање кабла довело је до повећања СВР-а.

Закључак

Због ограничења спојнице, није било могуће мерити антене у опсезима изнад 1 ГХз, као што су Ви-Фи антене. Ово је могло да се уради да сам имао спрежник већег пропусног опсега.

Спојница, каблови за повезивање, уређај, па чак и лаптоп су делови резултирајућег антенског система. Њихова геометрија, положај у простору и околни објекти утичу на резултат мерења. Након инсталације на праву радио станицу или модем, фреквенција се може померити, јер тело радио станице, модем и тело оператера постаће део антене.

ОСА103 Мини је веома кул мултифункционални уређај. Изражавам своју захвалност његовом програмеру за консултације током мерења.

Извор: ввв.хабр.цом