— 该天线适用于什么范围？
- 我不知道，检查一下。
- 什么？！？！
如果天线上没有任何标记，如何判断你手中的天线是什么型号呢？ 如何了解哪种天线更好或更差？ 这个问题困扰了我很长时间。
文章用简单的语言描述了测量天线特性的技术和确定天线频率范围的方法。
对于经验丰富的无线电工程师来说，这些信息可能看起来微不足道，并且测量技术可能不够准确。 这篇文章是为那些像我一样对无线电电子学一无所知的人写的。
TL博士 我们将使用 OSA 103 Mini 设备和定向耦合器测量不同频率下天线的 SWR，并绘制 SWR 对频率的依赖性。
Теория
当发射器向天线发送信号时，一些能量辐射到空气中，一些能量被反射并返回。 辐射能量和反射能量之间的关系用驻波比（SWR 或 SWR）来表征。 SWR 越低，发射机以无线电波形式发射的能量就越多。 当 SWR = 1 时，没有反射（所有能量都被辐射）。 实际天线的 SWR 始终大于 1。
如果您向天线发送不同频率的信号，同时测量驻波比，您可以找到反射最小的频率。 这将是天线的工作范围。 您还可以比较同一频段的不同天线，找出哪一种更好。
部分发射机信号从天线反射
理论上，针对特定频率设计的天线在其工作频率下应具有最低的 SWR。 这意味着只要以不同的频率辐射到天线中并找到哪个频率的反射最小，即以无线电波形式逃逸的能量最大即可。
通过生成不同频率的信号并测量反射，我们可以创建一个图表，其中 X 轴为频率，Y 轴为信号的反射率。 因此，在图表中出现下降（即信号反射最少）的地方，就会存在天线的工作范围。
反射与频率的假想图。 在整个范围内，反射率为 100%（天线的工作频率除外）。
设备 Osa103 迷你
对于测量，我们将使用 。 这是一款通用测量设备，结合了示波器、信号发生器、频谱分析仪、幅频响应/相位响应仪、矢量天线分析仪、LC 表，甚至 SDR 收发器。 OSA103 Mini 的工作范围仅限于 100 MHz，OSA-6G 模块将 IAFC 模式下的频率范围扩展至 6 GHz。 具有所有功能的本机程序重 3 MB，在 Windows 上运行，在 Linux 上通过 wine 运行。
Osa103 Mini - 无线电业余爱好者和工程师的通用测量设备
定向耦合器
定向耦合器是一种将一小部分射频信号转向特定方向的设备。 在我们的例子中，它必须分出部分反射信号（从天线返回到发生器）来测量它。
定向耦合器操作的直观解释：
定向耦合器主要特点：
- 工作频率 - 主要指标不超过正常限值的频率范围。 我的耦合器设计用于 1 至 1000 MHz 的频率
- 分支（联轴器） - 当波从 IN 指向 OUT 时，信号的哪一部分（以分贝为单位）将被消除
- 方向性 — 当信号从 OUT 向相反方向移动到 IN 时，将消除多少信号
乍一看，这看起来很混乱。 为了清楚起见，我们将耦合器想象成一根水管，里面有一个小水龙头。 排水的方式是这样的：当水向前移动（从进到出）时，很大一部分水被去除。 沿该方向排出的水量由耦合器数据表中的耦合参数确定。
当水沿相反方向移动时，去除的水明显减少。 它应该被视为副作用。 在此运动过程中排出的水量由数据表中的方向性参数确定。 该参数越小（dB 值越大），对我们的任务越好。
示意图
由于我们想要测量从天线反射的信号电平，因此我们将其连接到耦合器的 IN，并将发生器连接到 OUT。 这样，从天线反射的部分信号将到达接收器进行测量。
水龙头的连接图。 反射信号被发送到接收器
测量设置
让我们根据电路图组装一个测量 SWR 的装置。 在设备发生器的输出端，我们将另外安装一个衰减器，衰减量为15 dB。 这将改善耦合器与发生器输出的匹配并提高测量精度。 衰减器可采用5..15 dB 的衰减。 在后续校准过程中将自动考虑衰减量。
衰减器将信号衰减固定的分贝数。 衰减器的主要特性是信号的衰减系数和工作频率范围。 在工作范围之外的频率下，衰减器的性能可能会发生不可预测的变化。
这就是最终安装的样子。 您还必须记住从 OSA-6G 模块向设备主板提供中频 (IF) 信号。 为此，请将主板上的 IF OUTPUT 端口连接到 OSA-6G 模块上的 INPUT。
为了降低笔记本电脑开关电源的干扰水平，我在笔记本电脑由电池供电时进行所有测量。
Калибровка
在开始测量之前，您需要确保设备的所有组件都处于良好的工作状态以及电缆的质量；为此，我们直接用电缆连接发生器和接收器，打开发生器并测量频率回复。 我们在 0dB 处得到几乎平坦的图表。 这意味着在整个频率范围内，发生器的所有辐射功率都到达接收器。
将发生器直接连接到接收器
让我们在电路中添加一个衰减器。 在整个范围内都可以看到几乎均匀的 15dB 信号衰减。
通过 15dB 衰减器将发生器连接到接收器
让我们将发生器连接到耦合器的 OUT 连接器，将接收器连接到耦合器的 CPL 连接器。 由于 IN 端口没有连接负载，因此所有生成的信号都必须被反射，并且部分信号会分支到接收器。 根据我们耦合器的数据表（），耦合参数约为 15db，这意味着我们应该看到一条水平线约为 -30 dB（耦合 + 衰减器衰减）。 但由于耦合器的工作范围仅限于 1 GHz，因此高于该频率的所有测量都可以被认为是没有意义的。 这在图中清晰可见；在 1 GHz 之后，读数变得混乱且毫无意义。 因此，我们将在耦合器的工作范围内进行所有进一步的测量。
无负载连接水龙头。 耦合器工作范围的限制是可见的。
由于在我们的例子中，高于 1 GHz 的测量数据没有意义，因此我们将发生器的最大频率限制为耦合器的工作值。 测量时，我们得到一条直线。
将发电机范围限制为耦合器的工作范围
为了直观地测量天线的驻波比，我们需要进行校准，以电路的当前参数（100%反射）为参考点，即103 dB。 为此，OSAXNUMX迷你程序内置了校准功能。 在没有连接天线（负载）的情况下执行校准，校准数据被写入文件，随后在构建图表时自动考虑。
OSA103小程序中的频响校准功能
应用校准结果并在无负载的情况下运行测量，我们得到 0dB 处的平面图。
校准后的图表
我们测量天线
现在您可以开始测量天线。 通过校准，我们将看到并测量连接天线后反射的减少。
Aliexpress 的天线，频率为 433MHz
天线标记为 443MHz。 可以看出，天线在446MHz范围内工作效率最高，在此频率下SWR为1.16。 同时，在宣称的频率下，性能明显较差，在 433MHz 时，SWR 为 4,2。
未知天线1
没有标记的天线。 从图表来看，它是为 800 MHz 设计的，大概是针对 GSM 频段的。 公平地说，该天线也工作在 1800 MHz，但由于耦合器的限制，我无法在这些频率下进行有效的测量。
未知天线2
另一根天线已经在我的盒子里放了很长时间了。 显然，也适用于 GSM 范围，但比前一个更好。 在 764 MHz 频率下，SWR 接近于 900，在 1.4 MHz 下，SWR 为 XNUMX。
未知天线3
它看起来像 Wi-Fi 天线，但由于某种原因，连接器是 SMA-Male，而不是像所有 Wi-Fi 天线一样是 RP-SMA。 从测量结果来看，在频率高达 1 MHz 时，该天线毫无用处。 同样，由于耦合器的限制，我们不知道它是什么类型的天线。
伸缩天线
让我们尝试计算一下，对于 433MHz 范围，拉杆天线需要延伸多远。 波长的计算公式为：λ=C/f，其中C为光速，f为频率。
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
全波长 -69,24厘米
半波长 -34,62厘米
四分之一波长 -17,31厘米
事实证明，这样计算出来的天线根本没有任何用处。 频率为 433MHz 时，SWR 值为 11。
通过实验延长天线，我成功地在天线长度约为 2.8 厘米的情况下实现了最小 SWR 50。事实证明，各部分的厚度非常重要。 也就是说，当仅延伸较薄的外部部分时，结果比仅将较厚的部分延伸至相同长度时的结果更好。 我不知道你将来应该在多大程度上依赖这些关于拉杆天线长度的计算，因为在实践中它们不起作用。 我不知道，也许它与其他天线或频率的工作方式不同。
一根433MHz的电线
通常在各种设备中，例如无线电交换机，您可以看到一根直线作为天线。 我切割了一段相当于 433 MHz (17,3 cm) 四分之一波长的电线，并对末端进行镀锡，使其紧贴 SMA 母连接器。
结果很奇怪：这样的电线在 360 MHz 下工作良好，但在 433 MHz 下毫无用处。
我开始把电线从末端一块一块地剪下来，然后查看读数。 图表中的下降开始缓慢向右移动，接近 433 MHz。 结果，在大约 15,5 cm 的导线长度上，我设法在 1.8 MHz 频率下获得最小 SWR 值 438。 电缆的进一步缩短导致驻波比增加。
结论
由于耦合器的限制，无法测量 1 GHz 以上频段的天线，例如 Wi-Fi 天线。 如果我有更高带宽的耦合器，这是可以做到的。
耦合器、连接电缆、设备，甚至笔记本电脑都是最终天线系统的组成部分。 它们的几何形状、空间位置和周围物体都会影响测量结果。 安装在真实的广播电台或调制解调器上后，频率可能会发生变化，因为无线电台、调制解调器和操作员的身体将成为天线的一部分。
OSA103 Mini 是一款非常酷的多功能设备。 我对它的开发者在测量期间的咨询表示感谢。
来源： habr.com