— 此天線適用於何種範圍？
- 我不知道，檢查一下。
- 什麼？！？！
如果天線上沒有任何標記，如何判斷手中的天線是什麼型號？ 如何了解哪種天線比較好或更差？ 這個問題困擾了我很久。
本文用簡單的語言描述了測量天線特性的技術和確定天線頻率範圍的方法。
對於經驗豐富的無線電工程師來說，這些資訊可能看起來微不足道，而且測量技術可能不夠準確。 這篇文章是為那些像我一樣對無線電電子一無所知的人寫的。
TL博士 我們將使用 OSA 103 Mini 設備和定向耦合器測量不同頻率下天線的 SWR，並繪製 SWR 對頻率的依賴性。
理論
當發射器向天線發送訊號時，一些能量會輻射到空氣中，一些能量被反射並返回。 輻射能量和反射能量之間的關係以駐波比（SWR 或 SWR）來表徵。 SWR 越低，發射機以無線電波形式發射的能量就越多。 當 SWR = 1 時，沒有反射（所有能量都被輻射）。 實際天線的 SWR 始終大於 1。
如果您向天線發送不同頻率的訊號，同時測量駐波比，您可以找到反射最小的頻率。 這將是天線的工作範圍。 您也可以比較同一頻段的不同天線，找出哪一種比較好。
部分發射機訊號從天線反射
理論上，針對特定頻率設計的天線在其工作頻率下應具有最低的 SWR。 這意味著只要以不同的頻率輻射到天線中並找到哪個頻率的反射最小，即以無線電波形式逃逸的能量最大即可。
透過能夠產生不同頻率的訊號並測量反射，我們可以建立一個圖表，其中 X 軸為頻率，Y 軸為訊號的反射率。 因此，在圖表中出現下降（即訊號反射最少）的地方，就會存在天線的工作範圍。
反射與頻率的假想圖。 在整個範圍內，反射率為 100%（天線的工作頻率除外）。
設備 Osa103 迷你
對於測量，我們將使用 。 這是一款通用測量設備，結合了示波器、訊號產生器、頻譜分析儀、幅頻響應/相位響應儀、向量天線分析儀、LC 表，甚至 SDR 收發器。 OSA103 Mini 的工作範圍僅限於 100 MHz，OSA-6G 模組將 IAFC 模式下的頻率範圍擴展至 6 GHz。 具有所有功能的本機程式重 3 MB，在 Windows 上運行，在 Linux 上透過 wine 運行。
Osa103 Mini - 無線電業餘愛好者和工程師的通用測量設備
定向耦合器
定向耦合器是一種將一小部分射頻訊號轉向特定方向的設備。 在我們的例子中，它必須分出部分反射訊號（從天線返回到發生器）來測量它。
定向耦合器操作的直觀解釋：
定向耦合器主要特點：
- 工作頻率 - 主要指標不超過正常限值的頻率範圍。 我的耦合器設計用於 1 至 1000 MHz 的頻率
- 分支（聯軸器） - 當波從 IN 指向 OUT 時，訊號的哪一部分（以分貝為單位）將被消除
- 方向性 — 當訊號從 OUT 向相反方向移動到 IN 時，將消除多少訊號
乍一看，這看起來很混亂。 為了清楚起見，我們將耦合器想像成一根水管，裡面有一個小水龍頭。 排水的方式是這樣的：當水向前移動（從進到出）時，很大一部分水被去除。 沿該方向排出的水量由耦合器資料表中的耦合參數決定。
當水沿相反方向移動時，去除的水明顯減少。 它應該被視為副作用。 在此運動過程中排出的水量由資料表中的方向性參數決定。 此參數越小（dB 值越大），對我們的任務越好。
原理圖，示意圖
由於我們想要測量從天線反射的訊號電平，因此我們將其連接到耦合器的 IN，並將產生器連接到 OUT。 這樣，從天線反射的部分訊號將到達接收器進行測量。
水龍頭的連接圖。 反射訊號被傳送到接收器
測量設定
讓我們根據電路圖組裝一個測量 SWR 的裝置。 在設備產生器的輸出端，我們將另外安裝一個衰減器，衰減量為15 dB。 這將改善耦合器與發生器輸出的匹配並提高測量精度。 衰減器可採用5..15 dB 的衰減。 在後續校準過程中將自動考慮衰減量。
衰減器將訊號衰減固定的分貝數。 衰減器的主要特性是訊號的衰減係數和工作頻率範圍。 在工作範圍以外的頻率下，衰減器的性能可能會發生不可預測的變化。
這就是最終安裝的樣子。 您還必須記住從 OSA-6G 模組向設備主機板提供中頻 (IF) 訊號。 為此，請將主機板上的 IF OUTPUT 連接埠連接到 OSA-6G 模組上的 INPUT。
為了降低筆記型電腦開關電源的干擾水平，我在筆記型電腦由電池供電時進行所有測量。
校準
在開始測量之前，您需要確保設備的所有組件都處於良好的工作狀態以及電纜的品質；為此，我們直接用電纜連接發生器和接收器，打開發生器並測量頻率回复。 我們在 0dB 處得到幾乎平坦的圖表。 這意味著在整個頻率範圍內，發生器的所有輻射功率都到達接收器。
將發生器直接連接到接收器
讓我們在電路中加入一個衰減器。 在整個範圍內都可以看到幾乎均勻的 15dB 訊號衰減。
透過 15dB 衰減器將產生器連接到接收器
讓我們將發生器連接到耦合器的 OUT 連接器，將接收器連接到耦合器的 CPL 連接器。 由於 IN 連接埠沒有連接負載，因此所有產生的訊號都必須反射，並且部分訊號會分支到接收器。 根據我們耦合器的資料表（），耦合參數約為 15db，這意味著我們應該看到一條水平線約為 -30 dB（耦合 + 衰減器衰減）。 但由於耦合器的工作範圍僅限於 1 GHz，因此高於該頻率的所有測量都可以被認為是沒有意義的。 這在圖中清晰可見；在 1 GHz 之後，讀數變得混亂且毫無意義。 因此，我們將在耦合器的工作範圍內進行所有進一步的測量。
無負載連接水龍頭。 耦合器工作範圍的限制是可見的。
由於在我們的例子中，高於 1 GHz 的測量資料沒有意義，因此我們將發生器的最大頻率限制為耦合器的工作值。 測量時，我們得到一條直線。
將發電機範圍限制為耦合器的工作範圍
為了直觀地測量天線的駐波比，我們需要進行校準，以電路的目前參數（100%反射）為參考點，即103 dB。 為此，OSAXNUMX迷你程式內建了校準功能。 在沒有連接天線（負載）的情況下執行校準，校準資料寫入文件，然後在建立圖表時自動考慮。
OSA103小程式中的頻響校準功能
應用校準結果並在無負載的情況下運行測量，我們得到 0dB 處的平面圖。
校準後的圖表
我們測量天線
現在您可以開始測量天線。 透過校準，我們將看到並測量連接天線後反射的減少。
Aliexpress 的天線，頻率為 433MHz
天線標記為 443MHz。 可以看出，天線在446MHz範圍內工作效率最高，在此頻率下SWR為1.16。 同時，在宣稱的頻率下，性能明顯較差，在 433MHz 時，SWR 為 4,2。
未知天線1
沒有標記的天線。 從圖表來看，它是為 800 MHz 設計的，大概是針對 GSM 頻段的。 公平地說，天線也工作在 1800 MHz，但由於耦合器的限制，我無法在這些頻率下進行有效的測量。
未知天線2
另一根天線已經在我的盒子裡放了很長時間了。 顯然，也適用於 GSM 範圍，但比前一個更好。 在 764 MHz 頻率下，SWR 接近 900，在 1.4 MHz 下，SWR 為 XNUMX。
未知天線3
它看起來像 Wi-Fi 天線，但由於某種原因，連接器是 SMA-Male，而不是像所有 Wi-Fi 天線一樣是 RP-SMA。 從測量結果來看，在頻率高達 1 MHz 時，該天線毫無用處。 同樣，由於耦合器的限制，我們不知道它是什麼類型的天線。
伸縮天線
讓我們試著計算一下，對於 433MHz 範圍，拉桿天線需要延伸多遠。 波長的計算公式為：λ=C/f，其中C為光速，f為頻率。
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
全波長 — 69,24 厘米
半波長 — 34,62 厘米
四分之一波長 — 17,31 厘米
事實證明，這樣計算出來的天線毫無用處。 頻率為 433MHz 時，SWR 值為 11。
透過實驗延長天線，我成功地在天線長度約為 2.8 公分的情況下實現了最小 SWR 50。事實證明，各部分的厚度非常重要。 也就是說，當僅延伸較薄的外部部分時，結果比僅將較厚的部分延伸至相同長度時的結果更好。 我不知道你將來應該在多大程度上依賴這些關於拉桿天線長度的計算，因為在實踐中它們不起作用。 我不知道，也許它與其他天線或頻率的工作方式不同。
一條433MHz的電線
通常在各種設備中，例如無線電交換機，您可以看到一條直線作為天線。 我切割了一段相當於 433 MHz (17,3 cm) 四分之一波長的電線，並對末端進行鍍錫，使其緊貼 SMA 母連接器。
結果很奇怪：這樣的電線在 360 MHz 下運作良好，但在 433 MHz 下毫無用處。
我開始把電線從末端一塊一塊地剪下來，然後查看讀數。 圖表中的下降開始緩慢向右移動，接近 433 MHz。 結果，在大約 15,5 cm 的導線長度上，我設法在 1.8 MHz 頻率下獲得最小 SWR 值 438。 電纜的進一步縮短導致駐波比增加。
結論
由於耦合器的限制，無法測量 1 GHz 以上頻段的天線，例如 Wi-Fi 天線。 如果我有更高頻寬的耦合器，這是可以做到的。
耦合器、連接電纜、設備，甚至筆記型電腦都是最終天線系統的組成部分。 它們的幾何形狀、空間位置和周圍物體都會影響測量結果。 安裝在真實的廣播電台或數據機上後，頻率可能會發生變化，因為無線電台、數據機和操作員的身體將成為天線的一部分。
OSA103 Mini 是一款非常酷的多功能設備。 我對它的開發者在測量期間的諮詢表示感謝。
來源： www.habr.com