- Ăng-ten này dùng được cho phạm vi nào?
- Tôi không biết, kiểm tra xem.
- CÁI GÌ?!?!
Làm thế nào bạn có thể xác định loại ăng-ten bạn có trong tay nếu không có dấu hiệu trên đó? Làm thế nào để hiểu ăng-ten nào tốt hơn hay tệ hơn? Vấn đề này đã làm tôi khó chịu trong một thời gian dài.
Bài báo mô tả bằng ngôn ngữ đơn giản kỹ thuật đo đặc tính anten và phương pháp xác định dải tần của anten.
Đối với các kỹ sư vô tuyến có kinh nghiệm, thông tin này có vẻ tầm thường và kỹ thuật đo có thể không đủ chính xác. Bài viết dành cho những người chưa hiểu gì về điện tử vô tuyến như tôi.
TL; DR Chúng tôi sẽ đo SWR của ăng-ten ở các tần số khác nhau bằng thiết bị OSA 103 Mini và bộ ghép định hướng, vẽ đồ thị sự phụ thuộc của SWR vào tần số.
Теория
Khi máy phát gửi tín hiệu đến ăng-ten, một phần năng lượng sẽ được tỏa vào không khí, một phần năng lượng sẽ bị phản xạ và quay trở lại. Mối quan hệ giữa năng lượng bức xạ và năng lượng phản xạ được đặc trưng bởi tỷ số sóng dừng (SWR hoặc SWR). SWR càng thấp thì năng lượng của máy phát được phát ra dưới dạng sóng vô tuyến càng nhiều. Tại SWR = 1 không có sự phản xạ (toàn bộ năng lượng được bức xạ). SWR của anten thực luôn lớn hơn 1.
Nếu bạn gửi tín hiệu có tần số khác nhau đến ăng-ten và đồng thời đo SWR, bạn có thể tìm thấy tần số phản xạ sẽ tối thiểu ở tần số nào. Đây sẽ là phạm vi hoạt động của ăng-ten. Bạn cũng có thể so sánh các ăng-ten khác nhau cho cùng một băng tần và tìm ra cái nào tốt hơn.
Một phần tín hiệu máy phát bị phản xạ từ anten
Về lý thuyết, một ăng-ten được thiết kế cho một tần số nhất định phải có SWR thấp nhất ở tần số hoạt động của nó. Điều này có nghĩa là chỉ cần bức xạ vào ăng-ten ở các tần số khác nhau là đủ và tìm ra tần số nào có độ phản xạ nhỏ nhất, tức là lượng năng lượng tối đa thoát ra dưới dạng sóng vô tuyến.
Bằng cách có thể tạo tín hiệu ở các tần số khác nhau và đo độ phản xạ, chúng ta có thể tạo biểu đồ có tần số trên trục X và độ phản xạ của tín hiệu trên trục Y. Kết quả là, ở nơi có sự sụt giảm trong biểu đồ (nghĩa là tín hiệu có độ phản xạ ít nhất), sẽ có phạm vi hoạt động của ăng-ten.
Đồ thị tưởng tượng của sự phản xạ theo tần số. Trên toàn bộ phạm vi, độ phản xạ là 100%, ngoại trừ tần số hoạt động của ăng-ten.
Thiết Bị Osa103 Mini
Để đo chúng ta sẽ sử dụng . Đây là thiết bị đo phổ quát kết hợp máy hiện sóng, máy tạo tín hiệu, máy phân tích phổ, máy đo đáp ứng tần số biên độ/pha, máy phân tích ăng-ten vectơ, máy đo LC và thậm chí cả bộ thu phát SDR. Dải hoạt động của OSA103 Mini bị giới hạn ở 100 MHz, mô-đun OSA-6G mở rộng dải tần ở chế độ IAFC lên 6 GHz. Chương trình gốc với tất cả các chức năng nặng 3 MB, chạy trên Windows và thông qua wine trên Linux.
Osa103 Mini - thiết bị đo đa năng dành cho kỹ sư và nghiệp dư vô tuyến
Bộ ghép định hướng
Bộ ghép định hướng là một thiết bị chuyển hướng một phần nhỏ tín hiệu RF truyền theo một hướng cụ thể. Trong trường hợp của chúng tôi, nó phải phân nhánh một phần tín hiệu phản xạ (đi từ ăng-ten trở lại máy phát) để đo.
Giải thích trực quan về hoạt động của bộ ghép định hướng:
Các đặc điểm chính của khớp nối định hướng:
- Tần số hoạt động - dải tần số mà tại đó các chỉ báo chính không vượt quá giới hạn bình thường. Bộ ghép nối của tôi được thiết kế cho tần số từ 1 đến 1000 MHz
- Nhánh (Khớp nối) - phần nào của tín hiệu (tính bằng decibel) sẽ bị lấy đi khi sóng truyền từ IN sang OUT
- Tính chỉ đạo — tín hiệu sẽ bị loại bỏ ít hơn bao nhiêu khi tín hiệu di chuyển theo hướng ngược lại từ OUT sang IN
Thoạt nhìn điều này có vẻ khá khó hiểu. Để rõ ràng, hãy tưởng tượng bộ ghép nối như một ống nước, có một ổ cắm nhỏ bên trong. Việc thoát nước được thực hiện sao cho khi nước di chuyển theo hướng thuận (từ IN sang OUT), một phần đáng kể nước sẽ bị loại bỏ. Lượng nước xả ra theo hướng này được xác định bởi thông số Coupling trong bảng dữ liệu bộ ghép.
Khi nước di chuyển theo hướng ngược lại, lượng nước được loại bỏ sẽ ít hơn đáng kể. Nó nên được coi là một tác dụng phụ. Lượng nước thải ra trong quá trình di chuyển này được xác định bởi thông số Directivity trong datasheet. Tham số này càng nhỏ (giá trị dB càng lớn) thì nhiệm vụ của chúng ta càng tốt.
sơ đồ mạch
Vì chúng tôi muốn đo mức tín hiệu phản xạ từ ăng-ten, chúng tôi kết nối nó với IN của bộ ghép và bộ tạo với OUT. Như vậy, một phần tín hiệu phản xạ từ anten sẽ tới máy thu để đo.
Sơ đồ kết nối vòi. Tín hiệu phản xạ được gửi đến máy thu
Thiết lập đo lường
Hãy lắp ráp một thiết lập để đo SWR theo sơ đồ mạch. Ở đầu ra của bộ tạo thiết bị, chúng tôi sẽ lắp thêm bộ suy giảm có mức suy giảm 15 dB. Điều này sẽ cải thiện sự kết hợp của bộ ghép với đầu ra máy phát và tăng độ chính xác của phép đo. Bộ suy giảm có thể được lấy với mức suy giảm 5 dB. Mức suy giảm sẽ được tự động tính đến trong quá trình hiệu chuẩn tiếp theo.
Bộ suy giảm làm suy giảm tín hiệu ở một số decibel cố định. Đặc tính chính của bộ suy giảm là hệ số suy giảm của tín hiệu và dải tần hoạt động. Ở các tần số ngoài phạm vi hoạt động, hiệu suất của bộ suy giảm có thể thay đổi không thể đoán trước.
Đây là giao diện cài đặt cuối cùng. Bạn cũng phải nhớ cung cấp tín hiệu tần số trung gian (IF) từ mô-đun OSA-6G đến bo mạch chính của thiết bị. Để thực hiện việc này, hãy kết nối cổng IF OUTPUT trên bo mạch chính với INPUT trên mô-đun OSA-6G.
Để giảm mức độ nhiễu từ nguồn điện chuyển mạch của máy tính xách tay, tôi thực hiện tất cả các phép đo khi máy tính xách tay chạy bằng pin.
Hiệu chuẩn
Trước khi bắt đầu đo, bạn cần đảm bảo rằng tất cả các thành phần của thiết bị đều hoạt động tốt và chất lượng của cáp, để thực hiện việc này, chúng tôi kết nối trực tiếp máy phát và máy thu bằng cáp, bật máy phát và đo tần số phản ứng. Chúng tôi nhận được một đồ thị gần như phẳng ở 0dB. Điều này có nghĩa là trên toàn bộ dải tần, toàn bộ công suất bức xạ của máy phát đều tới được máy thu.
Kết nối máy phát trực tiếp với máy thu
Hãy thêm một bộ suy giảm vào mạch. Sự suy giảm tín hiệu gần như đồng đều ở mức 15dB có thể nhìn thấy trên toàn bộ phạm vi.
Kết nối máy phát qua bộ suy giảm 15dB với máy thu
Hãy kết nối máy phát với đầu nối OUT của bộ ghép và bộ thu với đầu nối CPL của bộ ghép. Vì không có tải kết nối với cổng IN nên tất cả tín hiệu được tạo ra phải được phản xạ và một phần của nó được phân nhánh tới bộ thu. Theo bảng dữ liệu cho khớp nối của chúng tôi (), tham số Coupling là ~15db, nghĩa là chúng ta sẽ thấy một đường nằm ngang ở mức khoảng -30 dB (khớp nối + suy hao bộ suy giảm). Nhưng vì phạm vi hoạt động của bộ ghép bị giới hạn ở 1 GHz nên mọi phép đo trên tần số này có thể được coi là vô nghĩa. Điều này có thể thấy rõ trong biểu đồ; sau 1 GHz, số đọc rất hỗn loạn và vô nghĩa. Do đó, chúng tôi sẽ thực hiện tất cả các phép đo tiếp theo trong phạm vi hoạt động của bộ ghép nối.
Kết nối một vòi không tải. Có thể nhìn thấy giới hạn phạm vi hoạt động của bộ ghép nối.
Vì dữ liệu đo trên 1 GHz, trong trường hợp của chúng tôi, không có ý nghĩa nên chúng tôi sẽ giới hạn tần số tối đa của máy phát ở giá trị vận hành của bộ ghép. Khi đo ta được một đường thẳng.
Giới hạn phạm vi máy phát điện trong phạm vi hoạt động của bộ ghép nối
Để đo trực quan SWR của ăng-ten, chúng ta cần thực hiện hiệu chuẩn để lấy các thông số hiện tại của mạch (phản xạ 100%) làm điểm tham chiếu, nghĩa là 103 dB. Với mục đích này, chương trình OSAXNUMX Mini có chức năng hiệu chỉnh tích hợp. Việc hiệu chuẩn được thực hiện mà không cần kết nối ăng-ten (tải), dữ liệu hiệu chuẩn được ghi vào một tệp và sau đó được tự động tính đến khi xây dựng biểu đồ.
Chức năng hiệu chỉnh đáp ứng tần số trong chương trình OSA103 Mini
Áp dụng kết quả hiệu chuẩn và chạy phép đo không tải, chúng ta thu được đồ thị phẳng ở mức 0dB.
Đồ thị sau khi hiệu chuẩn
Chúng tôi đo ăng-ten
Bây giờ bạn có thể bắt đầu đo ăng-ten. Nhờ hiệu chuẩn, chúng ta sẽ thấy và đo được mức độ giảm phản xạ sau khi kết nối ăng-ten.
Ăng-ten từ Aliexpress ở tần số 433 MHz
Ăng-ten được đánh dấu 443 MHz. Có thể thấy, anten hoạt động hiệu quả nhất ở dải tần 446 MHz, ở tần số này SWR là 1.16. Đồng thời, ở tần số được công bố, hiệu suất kém hơn đáng kể, ở 433 MHz, SWR là 4,2.
Ăng-ten không xác định 1
Ăng-ten không có dấu hiệu. Đánh giá theo biểu đồ, nó được thiết kế cho tần số 800 MHz, có lẽ là dành cho băng tần GSM. Công bằng mà nói, ăng-ten này cũng hoạt động ở tần số 1800 MHz, nhưng do hạn chế của bộ ghép nối nên tôi không thể thực hiện các phép đo hợp lệ ở các tần số này.
Ăng-ten không xác định 2
Một ăng-ten khác đã nằm trong hộp của tôi từ lâu. Rõ ràng, cũng dành cho dải GSM, nhưng tốt hơn dải trước. Ở tần số 764 MHz, SWR gần bằng 900, ở 1.4 MHz SWR là XNUMX.
Ăng-ten không xác định 3
Nó trông giống như một ăng-ten Wi-Fi, nhưng vì lý do nào đó, đầu nối là SMA-Male chứ không phải RP-SMA, giống như tất cả các ăng-ten Wi-Fi. Đánh giá bằng các phép đo, ở tần số lên tới 1 MHz, ăng-ten này vô dụng. Một lần nữa, do hạn chế của bộ ghép nên chúng ta sẽ không biết đó là loại ăng-ten gì.
Ăng-ten kính thiên văn
Chúng ta hãy thử tính toán xem ăng-ten kính thiên văn cần được mở rộng bao xa để có được dải tần 433 MHz. Công thức tính bước sóng là: λ = C/f, trong đó C là tốc độ ánh sáng, f là tần số.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Bước sóng đầy đủ - 69,24 cm
Nửa bước sóng - 34,62 cm
Bước sóng một phần tư - 17,31 cm
Ăng-ten được tính toán theo cách này hóa ra hoàn toàn vô dụng. Ở tần số 433 MHz, giá trị SWR là 11.
Bằng cách thử nghiệm mở rộng ăng-ten, tôi đã đạt được SWR tối thiểu là 2.8 với chiều dài ăng-ten khoảng 50 cm, hóa ra độ dày của các phần là rất quan trọng. Nghĩa là, khi chỉ kéo dài những phần mỏng bên ngoài, kết quả sẽ tốt hơn so với khi chỉ kéo dài những phần dày đến cùng một chiều dài. Tôi không biết trong tương lai bạn nên dựa vào những tính toán này với độ dài của ăng-ten kính thiên văn đến mức nào, vì trên thực tế, chúng không hoạt động. Có lẽ nó hoạt động khác với các ăng-ten hoặc tần số khác, tôi không biết.
Một đoạn dây ở tần số 433 MHz
Thông thường trong nhiều thiết bị khác nhau, chẳng hạn như công tắc vô tuyến, bạn có thể thấy một đoạn dây thẳng làm ăng-ten. Tôi cắt một đoạn dây có 433/17,3 bước sóng XNUMX MHz (XNUMX cm) và đóng hộp phần cuối sao cho vừa khít với đầu nối SMA Female.
Kết quả thật kỳ lạ: một sợi dây như vậy hoạt động tốt ở tần số 360 MHz nhưng lại vô dụng ở tần số 433 MHz.
Tôi bắt đầu cắt từng đoạn dây ở đầu cuối và xem số đọc. Điểm nhúng trong biểu đồ bắt đầu di chuyển chậm sang bên phải, hướng tới 433 MHz. Kết quả là, trên chiều dài dây khoảng 15,5 cm, tôi đã đạt được giá trị SWR nhỏ nhất là 1.8 ở tần số 438 MHz. Việc rút ngắn cáp hơn nữa dẫn đến tăng SWR.
Kết luận
Do những hạn chế của bộ ghép, không thể đo ăng-ten ở băng tần trên 1 GHz, chẳng hạn như ăng-ten Wi-Fi. Điều này có thể được thực hiện nếu tôi có bộ ghép băng thông cao hơn.
Bộ ghép nối, cáp kết nối, thiết bị và thậm chí cả máy tính xách tay đều là các bộ phận của hệ thống ăng-ten thu được. Hình học, vị trí của chúng trong không gian và các vật thể xung quanh đều ảnh hưởng đến kết quả đo. Sau khi cài đặt trên đài phát thanh hoặc modem thực, tần số có thể thay đổi vì phần thân của đài phát thanh, modem và phần thân của người vận hành sẽ trở thành một phần của ăng-ten.
OSA103 Mini là một thiết bị đa chức năng rất hay. Tôi bày tỏ lòng biết ơn tới nhà phát triển của nó vì đã tư vấn trong quá trình đo lường.
Nguồn: www.habr.com