— Para saan ang antenna na ito?
- Hindi ko alam, suriin.
- ANO?!?!
Paano mo matutukoy kung anong uri ng antenna ang nasa iyong mga kamay kung walang marka dito? Paano maiintindihan kung aling antenna ang mas mahusay o mas masahol pa? Ang problemang ito ay sumasalot sa akin sa mahabang panahon.
Inilalarawan ng artikulo sa simpleng wika ang pamamaraan para sa pagsukat ng mga katangian ng antenna at ang paraan para sa pagtukoy ng frequency range ng antenna.
Para sa mga bihasang inhinyero sa radyo, ang impormasyong ito ay maaaring mukhang walang halaga, at ang pamamaraan ng pagsukat ay maaaring hindi sapat na tumpak. Ang artikulo ay inilaan para sa mga hindi nakakaintindi ng kahit ano tungkol sa radio electronics, tulad ko.
Tl; DR Susukatin namin ang SWR ng mga antenna sa iba't ibang frequency gamit ang OSA 103 Mini device at isang directional coupler, na inilalagay ang dependence ng SWR sa frequency.
Теория
Kapag ang isang transmitter ay nagpapadala ng signal sa isang antenna, ang ilan sa mga enerhiya ay radiated sa hangin, at ang ilan ay makikita at ibinalik pabalik. Ang relasyon sa pagitan ng radiated at reflected na enerhiya ay nailalarawan sa pamamagitan ng standing wave ratio (SWR o SWR). Kung mas mababa ang SWR, mas maraming enerhiya ng transmitter ang ibinubuga bilang mga radio wave. Sa SWR = 1 walang pagmuni-muni (lahat ng enerhiya ay radiated). Ang SWR ng isang tunay na antenna ay palaging mas malaki sa 1.
Kung magpadala ka ng signal ng iba't ibang frequency sa antenna at sabay-sabay na sukatin ang SWR, makikita mo kung anong frequency ang magiging minimal. Ito ang magiging operating range ng antenna. Maaari mo ring ihambing ang iba't ibang antenna para sa parehong banda at hanapin kung alin ang mas mahusay.
Ang bahagi ng signal ng transmitter ay makikita mula sa antenna
Ang isang antena na idinisenyo para sa isang tiyak na frequency, sa teorya, ay dapat na may pinakamababang SWR sa mga operating frequency nito. Nangangahulugan ito na sapat na ang pag-radiate sa antena sa iba't ibang mga frequency at hanapin kung saan ang dalas ng pagmuni-muni ay ang pinakamaliit, iyon ay, ang maximum na dami ng enerhiya na tumakas sa anyo ng mga radio wave.
Sa pamamagitan ng kakayahang makabuo ng signal sa iba't ibang frequency at sukatin ang reflection, makakagawa tayo ng graph na may frequency sa X axis at ang reflectivity ng signal sa Y axis. Bilang resulta, kung saan mayroong paglubog sa graph (iyon ay, ang pinakamaliit na pagmuni-muni ng signal), magkakaroon ng operating range ng antenna.
Imaginary graph ng reflection versus frequency. Sa buong saklaw, ang reflection ay 100%, maliban sa operating frequency ng antenna.
Device Osa103 Mini
Para sa mga sukat ay gagamitin namin Ito ay isang unibersal na instrumento sa pagsukat na pinagsasama ang isang oscilloscope, signal generator, spectrum analyzer, frequency response/phase response meter, vector antenna analyzer, LC meter, at maging isang SDR transceiver. Ang saklaw ng operasyon ng OSA103 Mini ay limitado sa 100 MHz, habang ang OSA-6G module ay nagpapalawak ng saklaw ng frequency sa frequency response mode hanggang 6 GHz. Ang native software na may lahat ng function ay 3 MB at tumatakbo sa ilalim ng Windows at sa pamamagitan ng alak Linux.
Osa103 Mini - isang unibersal na aparato sa pagsukat para sa mga radio amateur at inhinyero
Directional coupler
Ang directional coupler ay isang device na naglilihis ng maliit na bahagi ng RF signal na naglalakbay sa isang partikular na direksyon. Sa aming kaso, dapat itong magsanga ng bahagi ng sinasalamin na signal (pumupunta mula sa antenna pabalik sa generator) upang sukatin ito.
Isang visual na paliwanag ng pagpapatakbo ng isang directional coupler:
Mga pangunahing katangian ng directional coupler:
- Mga dalas ng pagpapatakbo - ang hanay ng mga frequency kung saan ang mga pangunahing tagapagpahiwatig ay hindi lalampas sa mga normal na limitasyon. Ang aking coupler ay idinisenyo para sa mga frequency mula 1 hanggang 1000 MHz
- Sangay (Coupling) - anong bahagi ng signal (sa decibels) ang aalisin kapag ang wave ay nakadirekta mula IN hanggang OUT
- Direktibidad — gaano kaunting signal ang aalisin kapag gumagalaw ang signal sa kabilang direksyon mula OUT hanggang IN
Sa unang tingin ito ay mukhang medyo nakakalito. Para sa kalinawan, isipin natin ang coupler bilang isang tubo ng tubig, na may maliit na labasan sa loob. Ang drainage ay ginawa sa paraang kapag ang tubig ay gumagalaw sa pasulong na direksyon (mula IN hanggang OUT), isang malaking bahagi ng tubig ang aalisin. Ang dami ng tubig na ibinubuhos sa direksyong ito ay tinutukoy ng parameter ng Coupling sa datasheet ng coupler.
Kapag ang tubig ay gumagalaw sa kabaligtaran na direksyon, makabuluhang mas kaunting tubig ang inaalis. Dapat itong kunin bilang isang side effect. Ang dami ng tubig na ibinubuhos sa panahon ng paggalaw na ito ay tinutukoy ng Directivity parameter sa datasheet. Kung mas maliit ang parameter na ito (mas malaki ang halaga ng dB), mas mabuti para sa aming gawain.
Diagram ng circuit
Dahil gusto naming sukatin ang antas ng signal na makikita mula sa antenna, ikinonekta namin ito sa IN ng coupler, at ang generator sa OUT. Kaya, ang bahagi ng signal na makikita mula sa antenna ay makakarating sa receiver para sa pagsukat.
Diagram ng koneksyon para sa gripo. Ang sinasalamin na signal ay ipinadala sa receiver
Pagsusukat ng setup
Magtipon tayo ng isang setup para sa pagsukat ng SWR alinsunod sa circuit diagram. Sa output ng generator ng device, mag-i-install din kami ng attenuator na may attenuation na 15 dB. Mapapabuti nito ang pagtutugma ng coupler sa output ng generator at dagdagan ang katumpakan ng pagsukat. Maaaring kunin ang attenuator na may pagpapalambing na 5..15 dB. Awtomatikong isasaalang-alang ang halaga ng attenuation sa kasunod na pagkakalibrate.
Pinapahina ng isang attenuator ang signal sa pamamagitan ng isang nakapirming bilang ng mga decibel. Ang pangunahing katangian ng isang attenuator ay ang attenuation coefficient ng signal at ang operating frequency range. Sa mga frequency sa labas ng operating range, ang pagganap ng attenuator ay maaaring magbago nang hindi mahuhulaan.
Ito ang hitsura ng huling pag-install. Dapat mo ring tandaan na magbigay ng intermediate frequency (IF) signal mula sa OSA-6G module patungo sa main board ng device. Upang gawin ito, ikonekta ang IF OUTPUT port sa main board sa INPUT sa OSA-6G module.
Upang mabawasan ang antas ng interference mula sa switching power supply ng laptop, isinasagawa ko ang lahat ng mga sukat kapag ang laptop ay pinapagana ng baterya.
Pagkakalibrate
Bago simulan ang mga sukat, kailangan mong tiyakin na ang lahat ng mga bahagi ng aparato ay nasa mahusay na pagkakasunud-sunod at ang kalidad ng mga cable upang gawin ito, direktang ikinonekta namin ang generator at receiver gamit ang isang cable, i-on ang generator at sukatin ang dalas; tugon. Nakakakuha kami ng halos flat graph sa 0dB. Nangangahulugan ito na sa buong saklaw ng dalas, ang lahat ng radiated power ng generator ay umabot sa receiver.
Direktang pagkonekta sa generator sa receiver
Magdagdag tayo ng isang attenuator sa circuit. Ang halos pantay na pagpapahina ng signal na 15dB ay makikita sa buong saklaw.
Pagkonekta sa generator sa pamamagitan ng 15dB attenuator sa receiver
Ikonekta natin ang generator sa OUT connector ng coupler, at ang receiver sa CPL connector ng coupler. Dahil walang load na konektado sa IN port, ang lahat ng nabuong signal ay dapat na maipakita at ang bahagi nito ay sumanga sa receiver. Ayon sa datasheet para sa aming coupler (), ang Coupling parameter ay ~15db, na nangangahulugang dapat tayong makakita ng pahalang na linya sa antas na humigit-kumulang -30 dB (coupling + attenuator attenuation). Ngunit dahil ang operating range ng coupler ay limitado sa 1 GHz, ang lahat ng mga sukat sa itaas ng frequency na ito ay maaaring ituring na walang kabuluhan. Ito ay malinaw na nakikita sa graph pagkatapos ng 1 GHz ang mga pagbabasa ay magulo at walang kahulugan. Samakatuwid, isasagawa namin ang lahat ng karagdagang mga sukat sa hanay ng pagpapatakbo ng coupler.
Pagkonekta ng gripo nang walang load. Ang limitasyon ng operating range ng coupler ay makikita.
Dahil ang data ng pagsukat sa itaas ng 1 GHz, sa aming kaso, ay hindi makatwiran, lilimitahan namin ang maximum na dalas ng generator sa mga operating value ng coupler. Kapag nagsusukat, nakakakuha tayo ng isang tuwid na linya.
Nililimitahan ang hanay ng generator sa hanay ng pagpapatakbo ng coupler
Upang biswal na masukat ang SWR ng mga antenna, kailangan nating magsagawa ng pagkakalibrate upang kunin ang kasalukuyang mga parameter ng circuit (100% reflection) bilang reference point, iyon ay, zero dB. Para sa layuning ito, ang OSA103 Mini program ay may built-in na pag-andar ng pagkakalibrate. Ang pagkakalibrate ay isinasagawa nang walang konektadong antenna (load), ang data ng pagkakalibrate ay isinulat sa isang file at pagkatapos ay awtomatikong isinasaalang-alang kapag gumagawa ng mga graph.
Pag-andar ng pagkakalibrate ng tugon ng dalas sa programang OSA103 Mini
Ang paglalapat ng mga resulta ng pagkakalibrate at pagpapatakbo ng mga sukat nang walang load, nakakakuha kami ng flat graph sa 0dB.
Graph pagkatapos ng pagkakalibrate
Sinusukat namin ang mga antenna
Ngayon ay maaari mong simulan ang pagsukat ng mga antenna. Salamat sa pagkakalibrate, makikita at susukatin natin ang pagbawas sa pagmuni-muni pagkatapos ikonekta ang antenna.
Antenna mula sa Aliexpress sa 433MHz
Ang antena ay may markang 443MHz. Makikita na ang antenna ay gumagana nang pinakamabisa sa hanay na 446MHz, sa dalas na ito ang SWR ay 1.16. Kasabay nito, sa ipinahayag na dalas ang pagganap ay makabuluhang mas masahol pa, sa 433MHz ang SWR ay 4,2.
Hindi kilalang antenna 1
Antenna na walang marka. Sa paghusga sa graph, ito ay dinisenyo para sa 800 MHz, marahil para sa GSM band. Upang maging patas, gumagana din ang antenna na ito sa 1800 MHz, ngunit dahil sa mga limitasyon ng coupler, hindi ako makakagawa ng mga wastong sukat sa mga frequency na ito.
Hindi kilalang antenna 2
Isa pang antenna na matagal nang nakatambay sa mga kahon ko. Tila, para din sa hanay ng GSM, ngunit mas mahusay kaysa sa nauna. Sa dalas ng 764 MHz, ang SWR ay malapit sa pagkakaisa, sa 900 MHz ang SWR ay 1.4.
Hindi kilalang antenna 3
Mukhang isang Wi-Fi antenna, ngunit sa ilang kadahilanan ang connector ay SMA-Male, at hindi RP-SMA, tulad ng lahat ng Wi-Fi antenna. Sa paghusga sa pamamagitan ng mga sukat, sa mga frequency hanggang sa 1 MHz ang antenna na ito ay walang silbi. Muli, dahil sa mga limitasyon ng coupler, hindi namin malalaman kung anong uri ng antenna ito.
Telescopic antenna
Subukan nating kalkulahin kung gaano kalayo ang kailangang pahabain ng telescopic antenna para sa 433MHz range. Ang formula para sa pagkalkula ng wavelength ay: λ = C/f, kung saan ang C ay ang bilis ng liwanag, f ang frequency.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Buong wavelength — 69,24 cm
Half wavelength — 34,62 cm
Quarter wavelength — 17,31 cm
Ang antena na kinakalkula sa ganitong paraan ay naging ganap na walang silbi. Sa dalas ng 433MHz ang halaga ng SWR ay 11.
Sa pamamagitan ng eksperimento na pagpapalawak ng antena, nagawa kong makamit ang isang minimum na SWR na 2.8 na may haba ng antena na mga 50 cm Ito ay naging napakahalaga ng kapal ng mga seksyon. Iyon ay, kapag pinalawak lamang ang manipis na panlabas na mga seksyon, ang resulta ay mas mahusay kaysa sa pagpapalawak lamang ng makapal na mga seksyon sa parehong haba. Hindi ko alam kung gaano ka dapat umasa sa mga kalkulasyong ito na may haba ng teleskopiko na antenna sa hinaharap, dahil sa pagsasanay ay hindi gumagana ang mga ito. Maaaring iba ang paggana nito sa ibang antenna o frequency, hindi ko alam.
Isang piraso ng wire sa 433MHz
Kadalasan sa iba't ibang mga aparato, tulad ng mga switch ng radyo, makikita mo ang isang piraso ng tuwid na kawad bilang isang antena. Pinutol ko ang isang piraso ng wire na katumbas ng isang quarter wavelength na 433 MHz (17,3 cm) at nilagyan ng lata ang dulo upang ito ay magkasya nang mahigpit sa SMA Female connector.
Ang resulta ay kakaiba: ang naturang wire ay gumagana nang maayos sa 360 MHz ngunit walang silbi sa 433 MHz.
Sinimulan kong putulin ang kawad sa dulo nang pira-piraso at tinitingnan ang mga pagbasa. Ang paglubog sa graph ay nagsimulang mabagal na lumipat sa kanan, patungo sa 433 MHz. Bilang resulta, sa haba ng wire na halos 15,5 cm, nakuha ko ang pinakamaliit na halaga ng SWR na 1.8 sa dalas na 438 MHz. Ang karagdagang pagpapaikli ng cable ay humantong sa isang pagtaas sa SWR.
Konklusyon
Dahil sa mga limitasyon ng coupler, hindi posibleng sukatin ang mga antenna sa mga banda na higit sa 1 GHz, gaya ng mga Wi-Fi antenna. Magagawa sana ito kung mayroon akong mas mataas na bandwidth coupler.
Ang isang coupler, mga connecting cable, isang device, at kahit isang laptop ay lahat ng bahagi ng resultang antenna system. Ang kanilang geometry, posisyon sa espasyo at nakapalibot na mga bagay ay nakakaapekto sa resulta ng pagsukat. Pagkatapos ng pag-install sa isang tunay na istasyon ng radyo o modem, ang dalas ay maaaring maglipat, dahil ang katawan ng istasyon ng radyo, ang modem, at ang katawan ng operator ay magiging bahagi ng antenna.
Ang OSA103 Mini ay isang napaka-cool na multifunctional na device. Ipinapahayag ko ang aking pasasalamat sa developer nito para sa konsultasyon sa panahon ng mga pagsukat.
Pinagmulan: www.habr.com
