â Vilket frekvensomrĂ„de har den hĂ€r antennen?
â Jag vet inte, kolla.
â HUUUR?!?!
Hur kan man avgöra vilken antenn du har i handen om det inte finns nÄgon mÀrkning pÄ den? Hur kan man förstÄ vilken antenn som Àr bÀttre eller sÀmre? Det hÀr problemet har plÄgat mig lÀnge.
I artikeln beskrivs pÄ ett enkelt sÀtt metoden för att mÀta antennens egenskaper och hur man bestÀmmer antennens frekvensomrÄde.
För erfarna radioingenjörer kan denna information tyckas sjÀlvklar, och mÀtmetoden inte tillrÀckligt noggrann. Artikeln riktar sig till dem som överhuvudtaget inte förstÄr nÄgot om radioelektronik, som jag.
TL;DR Vi kommer att mÀta SWR för antenner pÄ olika frekvenser med hjÀlp av OSA 103 Mini och en riktad avgrening, och bygga en graf som visar sambandet mellan SWR och frekvens.
Teori
NÀr sÀndaren skickar en signal till antennen strÄlar en del av energin ut i luften, medan en del reflekteras tillbaka. FörhÄllandet mellan den strÄlade och reflekterade energin karaktÀriseras av stÄende vÄgkoefficienten (SWR). Ju lÀgre SWR, desto större del av sÀndarens energi strÄlas ut i form av radiovÄgor. Vid SWR = 1 finns ingen reflektion (all energi strÄlas ut). SWR för en verklig antenn Àr alltid större Àn 1.
Om man skickar signaler med olika frekvenser till antennen och samtidigt mÀter SWR kan man hitta den frekvens dÀr reflektionen Àr minimal. Detta kommer att vara antennens arbetsomrÄde. Man kan ocksÄ jÀmföra olika antenner inom samma omrÄde och se vilken som Àr bÀttre.
En del av signalen frÄn sÀndaren reflekteras bort av antennen
En antenn designad för en viss frekvens bör i teorin ha lÀgst SWR pÄ sina arbetsfrekvenser. Det rÀcker med att sÀnda med olika frekvenser till antennen och se vid vilken frekvens reflektionen Àr lÀgst, det vill sÀga den maximala mÀngden energi skickas ut i form av radiovÄgor.
Genom att kunna generera signaler pÄ olika frekvenser och mÀta reflektionen, kommer vi att kunna skapa en graf dÀr X-axeln visar frekvensen och Y-axeln visar signalens reflektionskoefficient. I resultatet kommer dÀr grafen att ha en dal (det vill sÀga lÀgst reflektion av signalen) att vara antennens arbetsomrÄde.
Den förestÀllda grafen över reflektionens beroende av frekvens. Under hela intervallet Àr reflektionen 100%, förutom vid antennens arbetsfrekvens.
Instrumentet Osa103 Mini
Vi kommer att anvÀnda . Det hÀr Àr en universell mÀtinstrument som kombinerar oscilloskop, signalgenerator, spektrumanalysator, AHF / FHF-mÀtare, vektorelementanalysator, LC-mÀtare och till och med en SDR-transceiver. ArbetsomrÄdet för OSA103 Mini Àr begrÀnsat till 100 MHz, modulen OSA-6G utökar frekvensomrÄdet i AHF-lÀge till 6 GHz. Den inbyggda programvaran med alla funktioner vÀger 3 MB, fungerar under Windows och via Wine i Linux.
Osa103 Mini Àr ett universellt mÀtinstrument för radioamatörer och ingenjörer
Direktionell kopplare
En direktionell kopplare Àr en enhet som avleder en liten del av vÀxelsignal som gÄr i en viss riktning. I vÄrt fall ska den avleda en del av det reflekterade signalet (som gÄr frÄn antennen tillbaka till generatorn) för att mÀta det.
En visuell förklaring av hur den direktionella kopplaren fungerar:
Huvudegenskaper för den direktionella kopplaren:
- Arbetsfrekvenser â frekvensomrĂ„det dĂ€r huvudparametrarna Ă€r inom normens grĂ€nser. Min kopplare Ă€r konstruerad för frekvenser frĂ„n 1 till 1000 MHz
- Koppling (Coupling) â vilken del av signalen (i decibel) som kommer att avledas nĂ€r vĂ„gen gĂ„r frĂ„n IN till OUT
- Direktivitet (Directivity) â hur mycket mindre signal som kommer att avledas nĂ€r signalen rör sig i motsatt riktning frĂ„n OUT till IN
Vid första anblicken verkar det ganska förvirrande. För tydlighetens skull kan vi förestÀlla oss kopplaren som ett vattenrör med en liten avledning inuti. Avledningen Àr gjord sÄ att nÀr vattnet rör sig i den direktionen (frÄn IN till OUT), avleds en betydande del av vattnet. MÀngden vatten som avleds i denna riktning bestÀms av parametern Coupling i kopplarens datablad.
NÀr vattnet rör sig i motsatt riktning avleds betydligt mindre vatten. Det bör uppfattas som en biprodukt. MÀngden vatten som avleds i denna rörelse bestÀms av parametern Directivity i databladet. Ju mindre denna parameter Àr (större vÀrde dB), desto bÀttre för vÄrt ÀndamÄl.
Kopplingsschema
Eftersom vi vill mÀta signalnivÄn som reflekteras frÄn antennen, ansluter vi den till IN pÄ kopplaren och generatorn till OUT. PÄ sÄ sÀtt kommer en del av den reflekterade signalen frÄn antennen att nÄ mottagaren för mÀtning.
Anslutningsschema för avgrenare. Reflekterad signal avleds till mottagaren
MĂ€tanordning
Vi kommer att sammanstÀlla en installation för mÀtning av VSWR i enlighet med det principiella schemat. PÄ utgÄngen av instrumentets generator kommer vi dessutom att installera en dÀmpare med en dÀmpning pÄ 15 dB. Detta kommer att förbÀttra anpassningen av avgrenaren med generatorns utgÄng och öka mÀtnoggrannheten. DÀmpare kan tas med dÀmpning pÄ 5..15 dB. DÀmpningsgraden kommer automatiskt att beaktas vid efterföljande kalibrering.
DÀmpare dÀmpar signalerna med ett fast antal decibel. Den frÀmsta egenskapen hos dÀmpare Àr dÀmpningskoefficienten (attenuering) av signalen och det arbetande frekvensomrÄdet. Vid frekvenser utanför det arbetande omrÄdet kan dÀmpartens egenskaper förÀndras oförutsÀgbart.
SÄ hÀr ser den slutliga installationen ut. TÀnk ocksÄ pÄ att skicka en signal pÄ mellanliggande frekvens (IF) frÄn OSA-6G-modulen till instrumentets huvudkort. För detta kopplar vi IF OUTPUT-porten pÄ huvudkortet med INPUT-porten pÄ OSA-6G-modulen.
För att minska störnivÄn frÄn den pulserande strömförsörjningen av bÀrbara datorer utför jag alla mÀtningar nÀr bÀrbara datorn drivs av batteri.
Kalibrering
Innan mÀtningarna pÄbörjas mÄste vi sÀkerstÀlla att alla enheter i instrumentet fungerar och att kablarna Àr av god kvalitet. För detta kopplar vi generatorn och mottagaren direkt via en kabel, sÀtter pÄ generatorn och utför en mÀtning av amplitud-frekvenskarakteristiken (AЧЄ). Vi fÄr en nÀstan plan kurva vid 0 dB. Detta innebÀr att all utsÀnd kraft frÄn generatorn har nÄtt mottagaren över hela frekvensomrÄdet.
Anslutning av generatorn direkt till mottagaren
Vi lÀgger till en dÀmpare i schemat. Vi ser en nÀstan jÀmn dÀmpning av signalen pÄ 15 dB över hela omrÄdet.
Anslutning av generatorn via en dÀmpare pÄ 15 dB till mottagaren
Vi kopplar generatorn till OUT-kontakten pÄ avgrenaren, och mottagaren till CPL-kontakten pÄ avgrenaren. Eftersom inget last Àr anslutet till IN-porten, bör hela den genererade signalen reflekteras, och en del skickas till mottagaren. Enligt databladet för vÄr avgrenare (), parametern Coupling Àr ~15db, vilket betyder att vi bör se en horisontell linje pÄ cirka -30 dB (coupling + dÀmpning av attenuatorn). Men eftersom den arbetsfrekvens som fördelaren klarar av Àr begrÀnsad till 1 GHz, kan alla mÀtningar över denna frekvens anses meningslösa. Detta Àr tydligt synligt i grafen, efter 1 GHz Àr mÀtningarna kaotiska och saknar betydelse. DÀrför kommer alla framtida mÀtningar att genomföras inom fördelarens arbetsomrÄde.
Anslutning av fördelaren utan belastning. GrÀnsen för fördelarens arbetsomrÄde syns.
Eftersom mÀtdata över 1 GHz i vÄrt fall Àr meningslösa kommer vi att begrÀnsa generatorns maximala frekvens till fördelarens arbetsvÀrden. Vid mÀtningar fÄr vi en jÀmn linje.
BegrÀnsning av generatorns frekvens till fördelarens arbetsomrÄde
För att tydligt mÀta SWR (StehwellenverhÀltnis) för antenner mÄste vi utföra en kalibrering för att acceptera aktuella parametrar för kretsen (100% reflexion) som startpunkt, det vill sÀga noll dB. För detta har programmet OSA103 Mini en inbyggd kalibreringsfunktion. Kalibreringen utförs utan ansluten antenn (belastning), kalibreringsdata sparas i en fil och tas automatiskt hÀnsyn till vid grafritning.
Kalibreringsfunktionen för IAChC i programmet OSA103 Mini
Genom att tillÀmpa kalibreringsresultaten och starta mÀtningar utan belastning fÄr vi en jÀmn graf pÄ 0dB.
Graf efter genomförd kalibrering
MĂ€tning av antenner
Nu kan vi börja mÀta antennerna. Tack vare kalibreringen kommer vi att kunna se och mÀta minskningen av reflexionen efter att antennen anslutits.
Antenner frÄn Aliexpress pÄ 433MHz
Anten som Àr mÀrkt med 443MHz. Det syns att antennen fungerar som mest effektivt i frekvensomrÄdet 446MHz, dÀr SWR Àr 1.16. Vid den angivna frekvensen Àr resultaten avsevÀrt sÀmre, pÄ 433MHz Àr SWR 4.2.
OkÀnd antenn 1
En antenn utan mÀrkning. Enligt grafen verkar den vara avsedd för 800 MHz, troligen för GSM-omrÄdet. För rÀttvisans skull bör det nÀmnas att denna antenn ocksÄ fungerar pÄ 1800 MHz, men pÄ grund av fördelarens begrÀnsningar kan jag inte göra korrekta mÀtningar vid dessa frekvenser.
OkÀnd antenn 2
Ytterligare en antenn som har legat i mina lÄdor lÀnge. Till synes ocksÄ för GSM-omrÄdet, men bÀttre Àn den föregÄende. Vid frekvensen 764 MHz Àr SWR nÀra 1, vid 900 MHz Àr SWR 1.4.
OkÀnd antenn 3
Det hÀr liknar en Wi-Fi-antenna, men kontaktorn Àr av typen SMA-Hane istÀllet för RP-SMA, som alla Wi-Fi-antenner. UtifrÄn mÀtningarna Àr denna antenn vÀrdelös pÄ frekvenser upp till 1 MHz. Igen, pÄ grund av begrÀnsningarna i splittern fÄr vi inte veta vilken typ av antenn detta Àr.
Teleskopisk antenn
LÄt oss försöka berÀkna hur mycket vi behöver skjuta ut den teleskopiska antennen för omrÄdet 433 MHz. Formeln för berÀkning av vÄglÀngd Àr: λ = C/f, dÀr C Àr ljushastigheten och f Àr frekvensen.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Full vĂ„glĂ€ngd â 69,24 cm
Halv vĂ„glĂ€ngd â 34,62 cm
Kvarts vĂ„glĂ€ngd â 17,31 cm
Antennen berÀknad pÄ detta sÀtt visade sig vara helt vÀrdelös. Vid en frekvens av 433 MHz var SWR 11.
Genom att experimentera med att skjuta ut antennen lyckades jag fÄ en minimum SWR pÄ 2.8 vid en lÀngd pÄ cirka 50 cm. Det visade sig att tjockleken pÄ sektionerna har stor betydelse. Det vill sÀga, nÀr jag bara skjuter ut de tunna yttersta sektionerna, var resultatet bÀttre Àn nÀr jag skjuter ut samma lÀngd av endast tjocka sektioner. Jag vet inte hur mycket jag framöver ska lita pÄ dessa berÀkningar med lÀngden pÄ den teleskopiska antennen, eftersom de inte fungerar i praktiken. Kanske fungerar det annorlunda med andra antenner eller frekvenser, jag vet inte.
En bit ledning pÄ 433 MHz
Ofta i olika apparater, som radiostyrda switchar, kan man se en bit rak ledning som antenn. Jag klippte av en bit ledning som motsvarar en kvarts vÄglÀngd pÄ 433 MHz (17,3 cm), och lödde toppen sÄ att den passade tÀtt i SMA Hona-kontakten.
Resultatet blev mÀrkligt: en sÄdan ledning fungerar bra pÄ 360 MHz men Àr vÀrdelös pÄ 433 MHz.
Jag började klippa bort en bit av ledningen frÄn Ànden och se pÄ mÀtresultaten. Dalen pÄ grafen började lÄngsamt flytta sig Ät höger, mot 433 MHz. Till slut, vid en lÀngd av ledningen pÄ cirka 15,5 cm, lyckades jag fÄ den lÀgsta SWR pÄ 1.8 vid en frekvens av 438 MHz. Ytterligare förkortning av kabeln ledde till en ökning av SWR.
Slutsats
PÄ grund av begrÀnsningar i splittern kunde jag inte mÀta antenner pÄ frekvenser över 1 GHz, till exempel Wi-Fi-antennor. Det hade varit möjligt om jag hade haft en bredbandig splitter.
Avgrening, anslutningskablar, instrument och till och med bĂ€rbar dator â dessa Ă€r delar av det resulterande antennsystemet. Deras geometri, position i rymden och omgivande objekt pĂ„verkar mĂ€tresultatet. Efter installation pĂ„ en faktisk radiostation eller modem kan frekvensen skifta, eftersom chassit av radiostationen, modemet och operatörens kropp blir en del av antennen.
OSA103 Mini Àr en mycket cool multifunktionell enhet. Jag vill tacka dess utvecklare för konsultationen vid mÀtningarna.
KĂ€lla: habr.com
