- ما هو نطاق هذا الهوائي؟
- لا أعرف ، تحقق من ذلك.
- كاك؟!؟!
كيف تحدد نوع الهوائي الموجود بين يديك إذا لم يكن هناك علامات عليه؟ كيف نفهم الهوائي الأفضل أم الأسوأ؟ هذه المشكلة تعذبني لفترة طويلة.
توضح المقالة بلغة بسيطة طريقة لقياس خصائص الهوائيات ، وطريقة لتحديد مدى تردد الهوائي.
بالنسبة إلى مهندسي الراديو ذوي الخبرة ، قد تبدو هذه المعلومات تافهة ، وقد لا تكون تقنية القياس دقيقة بدرجة كافية. هذه المقالة مخصصة لأولئك الذين لا يفهمون أي شيء على الإطلاق في مجال الإلكترونيات اللاسلكية ، مثلي.
TL؛ DR سنقوم بقياس
SWR للهوائيات بترددات مختلفة بمساعدة أداة OSA 103 Mini ومقرنة اتجاهية ، وبناء رسم بياني SWR مقابل التردد.
نظرية
عندما يرسل المرسل إشارة إلى الهوائي ، يُشع جزء من الطاقة في الهواء ، وينعكس جزء ويعود. تتميز النسبة بين الطاقة المشعة والعاكسة بمعامل الموجة الدائمة (SWR أو SWR). أصغر SWR ، الجزء الأكبر من طاقة الإرسال ينبعث في شكل موجات الراديو. في SWR = 1 لا يوجد انعكاس (تنبعث كل الطاقة). يكون SWR لهوائي حقيقي دائمًا أكبر من 1.
إذا قمت بإرسال إشارة من ترددات مختلفة إلى الهوائي وقياس SWR في وقت واحد ، يمكنك أن تجد في أي تردد سيكون انعكاس الحد الأدنى. سيكون هذا نطاق عمل الهوائي. يمكنك أيضًا مقارنة الهوائيات المختلفة لنفس النطاق والعثور على الهوائيات الأفضل.
ينعكس جزء من إشارة المرسل من الهوائيمن الناحية النظرية ، ينبغي أن يكون للهوائي المصمم لتردد معين أدنى SWR في تردداته التشغيلية. لذلك ، يكفي إرسال ترددات مختلفة إلى الهوائي ومعرفة ما هو تردد الانعكاس الأقل ، أي الحد الأقصى لمقدار الطاقة الذي تم نقله على شكل موجات لاسلكية.
من خلال القدرة على توليد إشارة على ترددات مختلفة وقياس الانعكاس ، يمكننا إنشاء رسم بياني له تردد على طول المحور X ومعامل انعكاس الإشارة على طول المحور Y. نتيجة لذلك ، حيث سيكون هناك تراجع في الرسم البياني (أي أصغر انعكاس للإشارة) ، سيكون هناك نطاق تشغيل هوائي.
مؤامرة وهمية من التفكير مقابل التردد. على المدى بأكمله ، انعكاس 100 ٪ ، باستثناء تردد العمل للهوائي.Osa103 ميني
للقياسات سوف نستخدم
OSA103 Mini . هذا جهاز قياس عالمي يجمع بين مرسمة الذبذبات ، ومولد الإشارة ، ومحلل الطيف ، ومقياس استجابة التردد / الطور ، ومحلل هوائي المتجهات ، ومقياس LC ، وحتى جهاز إرسال واستقبال SDR. يقتصر نطاق التشغيل الخاص بـ OSA103 Mini على 100 ميجاهرتز ، وتوسّع وحدة OSA-6G نطاق التردد في وضع A / C إلى 6 GHz. يزن البرنامج الأصلي مع جميع الوظائف 3 ميغابايت ، ويعمل تحت Windows ومن خلال النبيذ في Linux.
Osa103 Mini - أداة القياس العالمية لهواة الراديو والمهندسينمقرنة الاتجاه
المقرنة الاتجاهية عبارة عن جهاز يحول جزءًا صغيرًا من إشارة التردد اللاسلكي في اتجاه محدد. في حالتنا ، يجب أن يتفرع جزءًا من الإشارة المنعكسة (الانتقال من الهوائي إلى المولد) لقياسه.
شرح مرئي لعملية المقرنة الاتجاهية:
youtube.com/watch؟v=iBK9ZIx9YaYالخصائص الرئيسية لمقرنة الاتجاه:
- ترددات التشغيل - مجموعة من الترددات التي لا تتجاوز المؤشرات الرئيسية فيها القاعدة. تم تصميم قارنة التوصيل الخاصة بي للترددات من 1 إلى 1000 ميجاهرتز
- اقتران - أي جزء من الإشارة (بالديسيبل) سيتم تحويله عندما يكون اتجاه الموجة من IN إلى OUT
- الاتجاهية - مقدار الإشارة التي سيتم تحويلها عندما تتحرك الإشارة في الاتجاه المعاكس من OUT إلى IN
للوهلة الأولى ، هذا يبدو مربكا إلى حد ما. من أجل الوضوح ، تخيل وصلة مقرنة كأنبوب ماء ، مع وجود حنفية صغيرة في الداخل. يتم إنشاء الصنبور بطريقة بحيث عندما يتحرك الماء في الاتجاه الأمامي (من IN إلى OUT) ، يتم تحويل جزء كبير من الماء. يتم تحديد كمية المياه التي يتم تصريفها في هذا الاتجاه بواسطة معلمة اقتران في ورقة البيانات المقرنة.
عندما يتحرك الماء في الاتجاه المعاكس ، يتم تصريف كمية أقل من المياه. يجب أن تؤخذ كآثار جانبية. يتم تحديد كمية المياه التي يتم تحويلها أثناء هذه الحركة بواسطة معلمة الاتجاهية في ورقة البيانات. أصغر هذه المعلمة (كلما زادت قيمة ديسيبل) ، كان ذلك أفضل لمهمتنا.
مخطط الدائرة
نظرًا لأننا نريد قياس مستوى الإشارة المنعكس من الهوائي ، فإننا نقوم بتوصيله بالمقرن IN والمولد خارج. وبالتالي ، سيتلقى المستقبل جزءًا من الإشارة المنعكسة من الهوائي للقياس.
مخطط اتصال مقرنة. يتم إرسال الإشارة المنعكسة إلى المتلقي.قياس التثبيت
نقوم بتجميع التثبيت لقياس SWR وفقًا لمخطط الدائرة. عند إخراج مولد الجهاز ، نقوم أيضًا بتثبيت مُخفف بتوهين 15 ديسيبل. سيؤدي ذلك إلى تحسين مطابقة مقرنة مع إخراج المولد وزيادة دقة القياس. يمكن أخذ الموهن بتوهين قدره 5،15 dB. تؤخذ قيمة التوهين تلقائيًا في الاعتبار أثناء المعايرة اللاحقة.
يخفف المخفف الإشارة بعدد ثابت من الديسيبل. السمة الرئيسية للمخفف هي معامل التوهين للإشارة ونطاق تردد التشغيل. في الترددات خارج نطاق التشغيل ، يمكن أن تتغير خصائص المخفف بشكل غير متوقع.
هذه هي الطريقة التي يبدو الإعداد النهائي. يجب أن تتذكر أيضًا إرسال إشارة تردد وسيطة (IF) من وحدة OSA-6G إلى اللوحة الرئيسية للجهاز. للقيام بذلك ، قم بتوصيل منفذ IF OUTPUT على اللوحة الرئيسية بـ INPUT على وحدة OSA-6G.
لتقليل مستوى التداخل من مصدر إمداد الطاقة بالكمبيوتر المحمول ، أقوم بإجراء جميع القياسات عند تشغيل الكمبيوتر المحمول بواسطة بطارية.
معايرة
قبل البدء في إجراء القياسات ، تحتاج إلى التأكد من أن جميع العقد الخاصة بالجهاز ونوعية الكابلات تعمل ، ولهذا نقوم بتوصيل المولد والمستقبل بكبل مباشر ، وتشغيل المولد وقياس استجابة التردد. نحصل على رسم بياني ثابت تقريبًا عند 0dB. هذا يعني أنه على مدى التردد بأكمله ، وصلت جميع القدرة المشعة للمولد إلى جهاز الاستقبال.
توصيل المولد مباشرة إلى المتلقيإضافة المخفف إلى الدائرة. يمكنك أن ترى توهينًا متساويًا تقريبًا للإشارة بمقدار 15dB على النطاق بأكمله.
توصيل مولد عبر المخفف 15dB إلى المتلقينقوم بتوصيل المولد بموصل OUT الخاص بالمقرنة والمستقبل إلى CPL الخاص بالمقرنة. نظرًا لعدم وجود حملات متصلة بمنفذ IN ، يجب أن تنعكس الإشارة التي تم إنشاؤها بالكامل ، وسوف يتفرع جزء منها إلى جهاز الاستقبال. وفقًا
لورقة البيانات الموجودة على قارنة التوصيل (
ZEDC-15-2B ) ، تبلغ المعلمة Coupling حوالي 15db ، لذلك يجب أن نرى خطًا أفقيًا عند -30dB تقريبًا (تقارن + التوهين المخفف). ولكن نظرًا لأن نطاق تشغيل المقرنة يقتصر على 1 جيجا هرتز ، يمكن اعتبار جميع القياسات فوق هذا التردد بلا معنى. هذا واضح للعيان على الرسم البياني ، فبعد 1 جيجا هرتز ، تكون القراءات فوضوية ولا معنى لها. لذلك ، سوف نقوم بإجراء جميع القياسات الإضافية في نطاق تشغيل المقرنة.
ربط الصنبور دون تحميل. الحد الأقصى لنطاق التشغيل للمقرنة مرئي.نظرًا لأن بيانات القياس التي تفوق 1 جيجا هرتز ، في حالتنا ، لا معنى لها ، فسنحصر الحد الأقصى لتردد المولد في قيم تشغيل المقرنة. عند القياس ، نحصل على خط مستقيم.
حصر نطاق المولد في نطاق تشغيل المقرنةمن أجل قياس بصري SWR للهوائيات ، نحن بحاجة إلى معايرة لأخذ معلمات الدائرة الحالية (انعكاس 100 ٪) كنقطة مرجعية ، أي صفر ديسيبل. للقيام بذلك ، يحتوي برنامج OSA103 Mini على وظيفة معايرة مدمجة. يتم إجراء المعايرة بدون هوائي متصل (تحميل) ، تتم كتابة بيانات المعايرة في ملف وتؤخذ في الاعتبار تلقائيًا عند رسم الرسوم البيانية.
وظيفة معايرة استجابة التردد في OSA103 Miniبتطبيق نتائج المعايرة وبدء القياسات دون تحميل ، نحصل على رسم بياني متساوي عند 0dB.
الرسم البياني بعد المعايرةقياس الهوائيات
الآن يمكنك البدء في قياس الهوائيات. بفضل المعايرة ، سوف نرى وقياس الانخفاض في الانعكاس بعد توصيل الهوائي.
هوائي من Aliexpress في 433MHz
هوائي ملحوظ 443MHz. يمكن ملاحظة أن الهوائي يعمل بكفاءة أكبر في نطاق 446 ميجا هرتز ، عند هذا التردد يبلغ SWR 1.16. في الوقت نفسه ، في التردد المعلن ، المؤشرات أسوأ بكثير ، عند 433MHz SWR 4.2.
هوائي غير معروف 1
هوائي دون وضع علامات. بناءً على الجدول الزمني ، تم تصميمه ل 800 MHz ، ويفترض أن يكون لمجموعة GSM. في الإنصاف ، يجب أن أقول أن هذا الهوائي يعمل أيضًا على سرعة 1800 ميجاهرتز ، ولكن نظرًا للقيود المفروضة على مقرنة لا يمكنني إجراء القياسات الصحيحة في هذه الترددات.
هوائي غير معروف 2
هوائي آخر كان يرقد في الصناديق الخاصة بي لفترة طويلة. على ما يبدو ، أيضا لفرقة GSM ، ولكن بالفعل أفضل من سابقتها. عند تردد 764 MHz ، يكون SWR قريبًا من الوحدة ، وعند 900 MHz يبلغ SWR 1.4.
هوائي غير معروف 3
هذا مشابه لهوائي Wi-Fi ، ولكن لسبب ما ، يكون الموصل SMA-Male وليس RP-SMA ، مثل جميع هوائيات Wi-Fi. إذا حكمنا من خلال القياسات ، عند ترددات تصل إلى 1 جيجا هرتز ، فإن هذا الهوائي لا طائل منه. مرة أخرى ، نظرًا لقيود مقرنة ، لا نعرف نوع الهوائي.
هوائي تلسكوبي
دعنا نحاول حساب المبلغ الذي تحتاجه لتوسيع الهوائي التلسكوبي لنطاق 433 ميجا هرتز. معادلة حساب طول الموجة: λ = C / f ، حيث C هي سرعة الضوء ، f هي التردد.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
الطول الموجي الكامل - 69.24 سم
الطول الموجي نصف - 34.62 سم
ربع الطول الموجي - 17.31 سم
الهوائي وبالتالي تحسب كانت عديمة الفائدة تماما. عند تردد 433 MHz ، تكون قيمة SWR 11.
بتمديد الهوائي بشكل تجريبي ، تمكنت من تحقيق حد أدنى SWR يبلغ 2.8 بطول هوائي يبلغ حوالي 50 سم ، واتضح أن سمك المقاطع له أهمية كبيرة. أي أنه عند سحب المقاطع المتطرفة الرقيقة فقط ، كانت النتيجة أفضل من سحب المقاطع السميكة فقط بنفس الطول. لا أعرف كم يستحق الاعتماد على هذه الحسابات بطول الهوائي التلسكوبي ، لأنها في الواقع لا تعمل. ربما مع الهوائيات الأخرى أو الترددات التي تعمل بشكل مختلف ، لا أعرف.
قطعة من الأسلاك في 433MHz
غالبًا في الأجهزة المختلفة ، مثل مفاتيح الراديو ، يمكنك رؤية قطعة من الأسلاك المستقيمة كهوائي. قمت بقطع قطعة من الأسلاك تساوي ربع طول الموجة البالغ 433 ميجاهرتز (17.3 سم) ، وقمت بقص النهاية بحيث يتم تركيبها بشكل مريح في موصل SMA Female.
كانت النتيجة غريبة: مثل هذا السلك يعمل بشكل جيد عند 360 MHz ولكنه عديم الفائدة عند 433 MHz.
بدأت في قطع قطعة من الأسلاك من النهاية وإلقاء نظرة على القراءات. بدأ الفشل على الرسم البياني في التحول ببطء إلى اليمين ، نحو 433 ميغاهيرتز. ونتيجة لذلك ، عند طول سلك يبلغ حوالي 15.5 سم ، تمكنت من الحصول على أقل قيمة SWR 1.8 عند تردد 438 ميجا هرتز. مزيد من تقصير الكابل أدى إلى زيادة في SWR.
استنتاج
نظرًا لقيود المقرنة ، لم يكن من الممكن قياس الهوائيات في النطاقات التي تفوق GHz 1 ، على سبيل المثال ، هوائيات Wi-Fi. يمكن القيام بذلك إذا كان لدي أكبر مقرنة النطاق العريض.
تعتبر أداة التوصيل ، والكابلات الموصلة ، والصك ، وحتى الكمبيوتر المحمول ، جزءًا من نظام الهوائي الناتج. تؤثر هندستها وموقعها في الفضاء والأشياء المحيطة بها على نتيجة القياس. بعد التثبيت على محطة راديو أو مودم حقيقي ، قد يتغير التردد لأن جسم المحطة الإذاعية ، المودم ، سيصبح جسم المشغل جزءًا من الهوائي.
OSA103 Mini هو جهاز متعدد الوظائف رائع جدًا. أعرب عن امتناني لمطورها للتشاور خلال القياسات.