— На какой диапазон эта антенна?
— Не знаю, проверь.
— КАААК?!?!
Как определить, что за антенна у вас в руках, если на ней нет маркировки? Как понять, какая антенна лучше или хуже? Эта проблема меня мучила давно.
В статье простым языком описывается методика измерения характеристик антенн, и способ определения частотного диапазона антенны.
Опытным радиоинженерам эта информация может показаться банальной, а методика измерения — недостаточно точной. Статья рассчитана на тех, кто вообще ничего не понимает в радиоэлектронике, как я.
TL;DR Мы будем измерять КСВ антенн на различных частотах с помощью прибора OSA 103 Mini и направленного ответвителя, строить график зависимости КСВ от частоты.
Теория
Когда передатчик посылает сигнал в антенну, часть энергии излучается в воздух, а часть отражается и возвращается назад. Соотношение между излучаемой и отраженной энергией характеризуют с помощью коэффициента стоячей волны (КСВ или SWR). Чем меньше КСВ, тем большая часть энергии передатчика излучается в виде радиоволн. При КСВ = 1 отражения нет (вся энергия излучается). КСВ у реальной антенны всегда больше 1.
Если посылать в антенну сигнал разной частоты и одновременно измерять КСВ, можно найти, на какой частоте отражение будет минимальным. Это и будет рабочий диапазон антенны. Также можно сравнить между собой разные антенны для одного диапазона и найти, какая из них лучше.
Часть сигнала передатчика отражается от антенны
Антенна, рассчитанная на определенную частоту, в теории, должна иметь наименьший КСВ на своих рабочих частотах. Значит достаточно поизлучать в антенну разными частотами и найти, на какой частоте отражение наименьшее, то есть максимальное количество энергии улетело в виде радиоволн.
Имея возможность генерировать сигнал на разных частотах и измерять отражение, мы сможем построить график, у которого по оси X будет частота, а по оси Y — коэффициент отражения сигнала. В результате там, где на графике будет провал (то есть наименьшее отражение сигнала), будет рабочий диапазон антенны.
Воображаемый график зависимости отражения от частоты. На всем диапазоне отражение 100%, кроме рабочей частоты антенны.
Прибор Osa103 Mini
Для измерений мы будем использовать OSA103 Mini. Это универсальный измерительный прибор, который объединяет осциллограф, генератор сигнала, анализатор спектра, измеритель АЧХ/ФЧХ, векторный антенный анализатор, измеритель LC, и даже SDR-трансивер. Рабочий диапазон OSA103 Mini ограничен 100 МГц, модуль OSA-6G расширяет частотный диапазон в режиме ИАЧХ до 6 ГГц. Родная программа со всеми функциями весит 3 Мб, работает под Windows и через wine в Linux.
Osa103 Mini — универсальный измерительный прибор для радиолюбителей и инженеров
Направленный ответвитель
Направленный ответвитель (directional coupler) — устройство, которое отводит небольшую часть ВЧ-сигнала, идущего в определенном направлении. В нашем случае он должен ответвлять часть отражённого сигнала (идущего от антенны назад в генератор) для его измерения.
Наглядное объяснение работы направленного ответвителя: youtube.com/watch?v=iBK9ZIx9YaY
Основные характеристики направленного ответвителя:
- Рабочие частоты — диапазон частот, на которых основные показатели не выходят за пределы нормы. Мой ответвитель рассчитан на частоты от 1 до 1000 МГц
- Ответвление (Coupling) — какая часть сигнала (в децибелах) будет отводится при направлении волны из IN в OUT
- Направленность (Directivity) — насколько меньше сигнала будет отводится при движении сигнала в обратном направлении из OUT в IN
На первый взгляд это выглядит достаточно запутанно. Для наглядности представим ответвитель как водопроводную трубку, с небольшим отводом внутри. Отвод сделан таким образом, что при движении воды в прямом направлении (от IN к OUT), отводится существенная часть воды. Количество воды, которое отводится при этом направлении, определяется параметром Coupling в даташите ответвителя.
При движении воды в обратном направлении отводится значительно меньше воды. Ее следует воспринимать как побочное явление. Количество воды, которое отводится при этом движении, определяется параметром Directivity в даташите. Чем этот параметр меньше (больше значение dB), тем лучше для нашей задачи.
Принципиальная схема
Так как мы хотим измерять уровень сигнала, отраженный от антенны, подключаем ее к IN ответвителя, а генератор к OUT. Таким образом на приёмник попадёт часть отражённого от антенны сигнала для измерения.
Схема подключения ответвителя. Отраженный сигнал отводится на приемник
Измерительная установка
Соберём установку для измерения КСВ в соответствии с принципиальной схемой. На выходе генератора прибора дополнительно установим аттенюатор с затуханием 15 дБ. Это улучшит согласование ответвителя с выходом генератора и повысит точность измерения. Аттенюатор можно взять с затуханием в 5..15 дБ. Величина затухания автоматически учтётся при последующей калибровке.
Аттенюатор ослабляет сигнал на фиксированное число децибел. Главной характеристикой аттенюатора является коэффициент затухания (аттенюации) сигнала и рабочий диапазон частот. На частотах вне рабочего диапазона характеристики аттенюатора могут непредсказуемо изменяться.
Так выглядит финальная установка. Нужно также не забыть подать сигнал промежуточной частоты (ПЧ) с модуля OSA-6G на основную плату прибора. Для этого соединяем порт IF OUTPUT на основной плате с INPUT на модуле OSA-6G.
Для снижения уровня помех от импульсного источника питания ноутбука все замеры я провожу при питании ноутбука от батареи.
Калибровка
Перед началом измерений необходимо убедиться в исправности всех узлов прибора и качестве кабелей, для этого соединяем генератор и приемник кабелем напрямую, включаем генератор и проводим измерение АЧХ. Получаем почти ровный график на 0dB. Это значит, что на всем диапазоне частот вся излучаемая мощность генератора дошла до приемника.
Подключение генератора напрямую к приемнику
Добавим в схему аттенюатор. Видно почти ровное ослабление сигнала на 15dB на всем диапазоне.
Подключение генератора через аттенюатор на 15dB к приемнику
Подключим генератор к разъему OUT ответвителя, а приемник к CPL ответвителя. Так как к порту IN не подключено нагрузки, весь генерируемый сигнал должен отражаться, и часть ответвляться на приемник. Согласно даташиту на наш ответвитель (ZEDC-15-2B), параметр Coupling равен ~15db, значит мы должны увидеть горизонтальную линию на уровне около -30 дБ (coupling + затухание аттенюатора). Но так как рабочий диапазон ответвителя ограничен 1 ГГц, все измерения выше этой частоты можно считать не имеющими смысла. Это отчетливо видно на графике, после 1 ГГц показания хаотичны и не имеют смысла. Поэтому все дальнейшие измерения мы будем проводить в рабочем диапазоне ответвителя.
Подключение ответвителя без нагрузки. Виден предел рабочего диапазона ответвителя.
Так как данные измерений выше 1 ГГц, в нашем случае, не имеют смысла, ограничим максимальную частоту генератора до рабочих значений ответвителя. При замерах получаем ровную линию.
Ограничение диапазона генератора до рабочего диапазона ответвителя
Для того, чтобы наглядно измерять КСВ антенн, нам нужно выполнить калибровку, чтобы принять текущие параметры схемы (100% отражение) как точку отсчета, то есть ноль dB. Для этого в программе OSA103 Mini есть встроенная функция калибровки. Калибровка выполняется без подключенной антенны (нагрузки), данные калибровки записываются в файл и в дальнейшем автоматически учитываются при построении графиков.
Функция калибровки ИАЧХ в программе OSA103 Mini
Применив результаты калибровки и запустив измерения без нагрузки, мы получаем ровный график на 0dB.
График после выполнения калибровки
Измеряем антенны
Теперь можно приступить к измерению антенн. Благодаря калибровке, мы будем видеть и измерять уменьшение отражения после подключения антенны.
Антенна с Aliexpress на 433MHz
Антенна с маркировкой 443MHz. Видно, что наиболее эффективно антенна работает на диапазоне 446MHz, на этой частоте КСВ равно 1.16. При этом, на заявленной частоте показатели существенно хуже, на 433MHz КСВ 4,2.
Неизвестная антенна 1
Антенна без маркировки. Судя по графику, рассчитана на 800 МГц, предположительно для GSM-диапазона. Справедливости ради нужно сказать, что эта антенна также работает на 1800 МГц, но из-за ограничений ответвителя я не могу делать корректные замеры на этих частотах.
Неизвестная антенна 2
Еще одна антенна, которая давно валяется у меня в коробках. Судя по всему, тоже для GSM-диапазона, но уже лучше предыдущей. На частоте 764 МГц КСВ близок к единице, на 900 МГц КСВ — 1.4.
Неизвестная антенна 3
Это похоже на антенну Wi-Fi, но коннектор почему-то SMA-Male, а не RP-SMA, как у всех Wi-Fi-антенн. Судя по измерениям, на частотах до 1 ГГц эта антенна бесполезна. Опять же, из-за ограничений ответвителя мы не узнаем, что это за антенна.
Телескопическая антенна
Попробуем рассчитать, на сколько нужно выдвинуть телескопическую антенну для диапазона 433MHz. Формула расчета длины волны: ? = C/f, где C — скорость света, f — частота.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Полная длина волны — 69,24 см
Половина длины волны — 34,62 см
Четверть длины волны — 17,31 см
Рассчитанная таким образом антенна оказалась абсолютно бесполезна. На частоте 433MHz значение КСВ — 11.
Экспериментально выдвигая антенну, мне удалось добиться минимального КСВ 2.8 при длине антенны около 50 см. При этом оказалось, что толщина секций имеет большое значение. То есть, при выдвигании только тонких крайних секций, результат был лучше, чем при выдвигании на ту же длину только толстых секций. Не знаю, насколько впредь стоит полагаться на эти расчеты с длиной телескопической антенны, потому что на практике они не работают. Может быть с другими антеннами или частотами это работает иначе, не знаю.
Кусок провода на 433MHz
Часто во разных приборах, вроде радиовыключателей, можно видеть кусок прямого провода в качестве антенны. Я отрезал кусок провода, равного четверти длины волны 433 МГц (17,3см), и залудил конец так, чтобы он плотно вставлялся в разъем SMA Female.
Результат получился странный: такой провод неплохо работает на 360 МГц но бесполезен на 433 МГц.
Я начал по кусочку обрезать провод с конца и смотреть на показания. Провал на графике начал медленно сдвигаться в вправо, в сторону 433 МГц. В итоге, на длине провода около 15,5 см, мне удалось получить наименьшее значение КСВ 1.8 на частоте 438 МГц. Дальнейшее укорачивание кабеля привело к росту КСВ.
Заключение
Из-за ограничений ответвителя не удалось измерять антенны на диапазоны выше 1 ГГц, например, антенны Wi-Fi. Это можно было сделать, будь у меня более широкополосный ответвитель.
Ответвитель, соединительные кабели, прибор и даже ноутбук – это части получающейся антенной системы. Их геометрия, положение в пространстве и окружающие предметы влияют на результат измерения. После установки на реальную радиостанцию или модем, частота может сдвинуться, т.к. корпус радиостанции, модема, тело оператора станут частью антенны.
OSA103 Mini — очень крутой многофункциональный прибор. Выражаю благодарность его разработчику за консультацию при проведении замеров.
Комментарии (70)
MedicusAmicus
14.04.2019 17:53А аналоги у чудо-устройства есть?
Или какой-нибудь diy-вариант?
zhovner Автор
14.04.2019 18:03Это сложный вопрос. Пока я искал способ измерять свои антенны, все советовали использовать лабораторные частотные анализаторы за миллионы денег. Вроде как есть китайский NWT4000 за 100$ который можно использовать для этих задач, но сам не пробовал. Буду признателен если в комментариях посоветуют самый дешевый способ решить задачу описанную в посте.
vasimv
14.04.2019 18:16+1Я пользуюсь Surecom SW-102. Недорогой, но антенны на 144/433 мегагерца проверять/настраивать можно. Заодно и мощность сигнала показывает. Проблемы, конечно, есть — диапазон от 100 до 520 мегагерц, если сигнал широкополосный какой-нибудь (LoRa с полосой в 500 кГц, например), то выдает часто какую-то хрень, но в моих случаях легко программно сконфигурировать приемопередатчик для измерения. Самое неприятное — малую мощность (ниже десятков милливатт) просто не детектит.
bopoh13
15.04.2019 13:59Я покупал Surecom SW-33 (флюс не смыт, как пишут) с эквивалентом нагрузки 50 Ом. За металлический корпус не нужно браться. Китайские антенны бывают не соответствуют маркировке: вместо заявленного 70-сантиметрового диапазона КСВ=2.5 было только в 2-метровом диапазоне.
MedicusAmicus
14.04.2019 18:27А sdr для таких частот существует?
Приемник, к примеру, тут лежит.
https://m.habr.com/ru/post/149698/
Вопрос за эталонным генератором.needbmw
14.04.2019 19:39+1Я делал примерно тоже самое с помощью широкополосного источника шума с алиэкспресса и SDR HackRF (ну и directed coupler тоже нужен, его можно взять на eBay б/у недорого)
Javian
14.04.2019 20:49Возможно можно сделать наподобие «применение RTL-SDR совместно с генератором шума BG7TBL» blog.radiospy.ru/testy/achx-metr-iz-svistka.html
olartamonov
14.04.2019 18:47Для какой-то серьёзной работы минимум — это www.deepace.net/shop/kc901s-9khz4ghz-handheld-network-analyzer
Ну и более дешёвый есть rigexpert.com/products/antenna-analyzers/aa-1000, но а) до 1 ГГц и б) я его имел, мне в ряде случае не понравилось — например, на антеннах с замыканием на землю (Inverted F и т.п.) он в режиме измерения КСВ ерунду какую-то показывал
И да, вы играетесь с готовыми четвертьволновыми штырями, здесь можно что-то наколенно изобразить, а также достаточно получить хоть какой-нибудь график КСВ — но любая работа с печатными антеннами, в т.ч. «мы точно скопировали к себе чертёж из даташита», в обязательном порядке требует полноценного VNA, стабильно работающего в рабочем диапазоне антенны.
I-denis
15.04.2019 01:05NWT 4000 за 100$ это вроде бы simple spectrum analyzer.
пользуюсь самодельным nwt-502, автор оригинальной конструкции немец, инфы по nwt, в том числе по китайским клонам полно на cqham.ru и авторской страничке UB3TAF
Sagittarius67
14.04.2019 19:59+1Вот неплохой вариант — N1201SA.
Здесь есть описание и обзор — ra9da.ru/n1201sa
d1024
14.04.2019 22:58На Aliexpress видел такой бюджетный вариант Simple Spectrum Analyser D6
Но отзывов пока не попадалось.
w0lf
15.04.2019 08:56Если достаточно частот до 30 мГц (КВ антенны) очень рекомендую вот это www.cqham.ru/forum/showthread.php?31155-%CF%E0%ED%EE%F0%E0%EC%ED%FB%E9-SWR-%ED%E0-%E1%E0%E7%E5-%C0%F0%E4%F3%E8%ED%EE устройство собрать. Процесс настройки многодиапазонных КВ антенн с этим устройством упросился на несколько порядков.
sciu
15.04.2019 20:00Есть
Вот наш давнишний анализатор kroks.ru/shop/network-equipment/portativnyj-analizator-spektra-s-treking-generatorom-arinst-ssa-tg-r2
Совсем недавно появился векторник kroks.ru/shop/network-equipment/portable-vector-time-domain-reflectometer-arinst-kvr-23-6200
Ivanii
14.04.2019 18:24-4«Статья рассчитана на тех, кто вообще ничего не понимает в радиоэлектронике, как я.»
И комплект оборудования за 20 000 р. странное сочетание.
Kastrulya
15.04.2019 12:48Видео про деление клетки будет стоить много миллионов: www.instagram.com/p/BwPSuzxh36V
При этом, чтобы понять происходящее, не нужно иметь ученую степень.
olartamonov
14.04.2019 18:42+81) Достаточно бессмысленно измерять антенны вне устройства, в котором они будут использоваться — рабочие характеристики четвертьволного диполя (типичной антенны) сильно зависят от размера и формы «земли» и положения антенны относительно неё. Хотя есть антенны, в которых внутри имеется земляной противовес, это редко бывают китайские поделия.
2) ?/4 вы посчитали для скорости света в вакууме, а у вас медный штырь в диэлектрике. Плюс отсутствие земляной плоскости — потому и результат такой странный
zhovner Автор
14.04.2019 18:49характеристики четвертьволного диполя (типичной антенны) сильно зависят от размера и формы «земли» и положения антенны относительно неё
Вы правы, об этом говорится в заключении. Описанное в статье, это способ различать антенны без маркировки.
olartamonov
14.04.2019 22:56Нет, не говорится. В заключении говорится другое.
У четвертьволнового диполя «земля» — это неотъемлемая часть антенны, её вторая половина (и нет, я выражаюсь не образно, это буквально вторая половина антенны), а не просто как-то там влияющее на антенну внешнее обстоятельство.
Почитайте базовую теорию, например тутbalamutang
15.04.2019 17:42у полуволнового диполя — да, а четвертьволновой — это монополь
я однажды расковырял штыревую антенну от роутера (с RP-SMA) — там был именно диполь, коаксиальный кабель был пропущен через «земляную» трубку и оплетка была припаяна к ней в середине антенны, а центральная жила была второй частью диполя.Nikolo-73
15.04.2019 21:40Сэр придумал как от двухполюсного генератора отбирать энергию по одному проводу? dic.academic.ru/dic.nsf/dic_fwords/46375/%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8C
Проблема в том, что на ВЧ в коаксиальном кабеле внутренняя и наружная части оплётки это разные провода. Присоединив провод к центральной жиле не делает его сразу «монополем».balamutang
16.04.2019 10:10я просто указал ребятам что они в пылу обсуждения перепутали формулировки, монополь — это пример, можно сказать цитата из теории.
что касается моего спутанного объяснения про антенну от роутера — не хотелось городить стену из текста, надеялся что все так поймут, жаль что нет фото под рукой оно было бы уместнееNikolo-73
16.04.2019 11:41Вот мне и интересно из какой такой теории вы нашли монополь? То, что во множестве интернет об этом знает я привёл в ссылке. Более того, в теории, которую я изучал более 25 лет назад, активно использовался элементарный диполь (с равномерным распределением тока) для получения решений уравнений Максвелла сложных объектов.
balamutang
16.04.2019 12:47
ссылка на теорию в том комментарии на который я отвечалNikolo-73
16.04.2019 14:07Буржуи мастера придумывать названия. dmitriyrudnev ниже написал про «четвертьволновой монополь» другое буржуйское название GP (Ground Plane). Для себя можете сравнить отличие в картинках с полуволновым диполем? А как запитывается этот «четвертьволновой монополь»? Поле в верхней зоне над бесконечным идеально проводящим листом с четвертьволновым штырём такое же как и у полуволнового вибратора в свободном пространстве (когда токи в каждом плече имеют разные знаки).
dmitriyrudnev
14.04.2019 19:00+3В классической радиосвязи «кусок провода» становится антенной только после того, как к оплётке фидера этого «куска» подключают противовес. Антенна этой конструкции именуется GP (Ground Plane) и обладает на резонансной частоте волновым сопротивлением 35 Ом. Поляризация излучения антенны — вертикальная.
«Играя» с длинами элементов антенны и их взаимным расположением, можно добиться от антенны волнового сопротивления 50 Ом (как у выхода передатчика) для того, чтобы КСВ был близок к единице.
Пример расчета можно посмотреть здесьzhovner Автор
14.04.2019 19:22На 433MHz он показывает центральный штырь длиной 16мм. Это нормально?
dmitriyrudnev
14.04.2019 20:41Проверил: ввёл значение частоты «433000», получил длину вертикала = 164 мм, длину противовеса = 169 мм, количество противовесов = четыре.
zhovner Автор
14.04.2019 19:34Пользуясь случаем прошу посоветовать самую лучшую антенну из тех, которые можно купить или изготовить на 433MHz, чтобы ее можно было положить в рюкзак, то есть никакие штыри торчать не должны, чтобы ее можно было накрутить на такой прибор сверху и комфортно пользоваться на ходу.
Совсем идеально, если у нее будет встроенный активный LNA работающий от 3.3V, чтобы накручивать ее на HackRF. Может быть кому-то интересно разработать такой девайс?
Steve_R
14.04.2019 21:08В принципе, можно сделать печатную плату с такой антенной и усилителем. Но если крепить такую плату на крышку ноутбука, то частота будет уходить. Поэтому нужно сразу делать антенну с коррекцией под такой тип ношения.
zhovner Автор
14.04.2019 22:00+1У HackRF программно можно включить питание на антенном порту. Схема должна быть такая:
Задача получить качественный прием и мощность на передачу ~100mW вместо 10mW у hackrf.
Все это дело упаковать в пластиковый корпус, чтобы не ломалось, типа такого. Добавить светодиод с индикацией наличия питания, а еще лучше индикацию передачи, если это возможно. И готов продукт.
Поэтому нужно сразу делать антенну с коррекцией под такой тип ношения
На моей фотографии антенна выдается над крышкой ноутбука, так что думаю это лишнее. Если буден жесткий коаксиальный кабель, можно будет изогнуть антенну в нужном положении.
Изготовление корпуса я готов взять на себя, с вас электронная часть. Сделаем прототип и если будет хорошо работать проведем краудфандинг тут же на хабре.
Если вдруг кому интересна такая разработка, мои контакты в профиле.zhovner Автор
14.04.2019 22:05Еще неплохо бы предусмотреть возможно запитать усилитель от стороннего источника питания или от встроенной батарейки типа cr2450, чтобы можно было использовать антенну с другими SDR без активного антенного порта
I-denis
15.04.2019 01:16а цель всех этих мероприятий какая, если не секрет?
zhovner Автор
15.04.2019 01:29Хочу использовать SDR для диапазона 433MHz. Проблема в том, что выходная мощность большинства SDR крайне мала. Городить гирлянды из усилителей и антенн неудобно, хочу все в одном компактном устройстве, чтобы его можно было прицепить к крышке ноутбука вместе с трансивером.
I-denis
15.04.2019 12:16По мне, так схема достаточно простая — Диапазонный фильтр с нужной полосой на прием + LNA, и какой либо подходящий слабенький усилитель мощности и фильтр на выходе + коммутатор антенны (hackRF все равно в симплексе только работает) либо две отдельные антенны…
Погугливание сразу выбросило подходящие ссылки…
насчет питания от 3,3В это кажется фантастикой, но вот к примеру от 12В в природе есть готовые, понизите напряжение питания — получите меньшую мощность и можно уменьшить радиатор
www.ebay.com/itm/New-1MHz-500MHZ-1-5W-HF-FM-VHF-UHF-RF-Power-Amplifier-For-Ham-Radio-Heatsink/181839181384?_trkparms=aid%3D111001%26algo%3DREC.SEED%26ao%3D1%26asc%3D20160908131621%26meid%3D0817a4ab4b954326b79c6b00a7c5cb1d%26pid%3D100678%26rk%3D4%26rkt%3D15%26sd%3D141742024947%26itm%3D181839181384&_trksid=p2481888.c100678.m3607&_trkparms=pageci%3A6dd0c628-a4fd-11e8-b279-74dbd180dfb1%7Cparentrq%3A5acfee031650a99bef99a6fbffff9743%7Ciid%3A1
zhovner Автор
15.04.2019 01:22Более четкие требования к устройству:
- Компактный размер, чтобы можно было положить в рюкзак. Думаю не крупнее яблока, лучше меньше
- Небольшой вес, чтобы не заваливался hackrf и не сгибался коаксиальный кабель под собственным весом
- Конструкция, которую можно упаковать в обтекаемую пластиковую форму
- Диапазон частот LPD/PMR 433-446Mhz, лучше больше, если возможно, например до 700-800MHz
- Выходная мощность 100mW или более?
- Светодиод с индикацией работы LNA, и если возможно, отдельный светодиод с индикацией передачи, но это не обязательно
- Опционально: отключение LNA, чтобы антенна работала полностью пассивно. Если LNA не запитан, то антенна работает пассивно
- Опционально: автономное питание усилителя от батарейки типа cr2032 и/или от microUSB
I-denis
15.04.2019 12:20на рисунке антенны в корпусе очень похожи на квадрифолярные, и на диапазон типа 5,6 ГГЦ
- Компактный размер, чтобы можно было положить в рюкзак. Думаю не крупнее яблока, лучше меньше
progchip666
14.04.2019 20:50Всё хорошо если антенна имеет волновое сопротивление 50 Ом, а если нет? Что покажут такие измерения?
Steve_R
14.04.2019 21:12+1Если резонансная частота антенны ярко выражена, то можно будет увидеть пик на рабочей частоте (правда тут есть целый ряд условий).
kuza2000
15.04.2019 14:18Как минимум, будет отражаться от антены, если у нее волновое сопротивление другое, даже на рабочей частоте. КСВ будет завышен. Поэтому, возможно, не все антены, для которых был вердикт «фигня», на самом деле такие :)
MikeNer
14.04.2019 21:39>Я отрезал кусок провода, равного четверти длины волны 433 МГц (17,3см), и залудил конец >так, чтобы он плотно вставлялся в разъем SMA Female.
>Результат получился странный: такой провод неплохо работает на 360 МГц но бесполезен >на 433 МГц.
Результат абсолютно нормальный: у вас провод в изоляции. Проверьте для голого провода :)zhovner Автор
14.04.2019 22:12Но во всех приборах он тоже в изоляции. Я думал ПВХ оплетка не должна влиять.
Вот например первая ссылка на youtube по запросу «433 diy antenna» www.youtube.com/watch?v=OVsqGX0iBOMolartamonov
14.04.2019 23:11Ну здрасьте. Вы считаете четверть длины волны для скорости её распространения в вакууме — в реальной антенне, да ещё и с диэлектриком вокруг она никогда не будет такая же.
Просто голый медный стержень будет иметь velocity factor (отношение скорости волны в реальной конструкции к скорости волны в вакууме) около 0,95, т.е. получится длина 17,31 * 0,95 = 16,44 см; тонкий слой ПВХ вокруг накинет ещё примерно столько же, т.е. получится итого 17,31*0,95*0,95 = 15,62 см; диэлектрик потолще, пластиковые конструкции корпуса вокруг антенны и т.п. могут скинуть ещё больше.zhovner Автор
14.04.2019 23:19Я не пытаюсь спорить, вы наверное правы, просто я видел такие антенны во многих приборах. Вот например радиовыключатель. Антенна из того же провода что силовые контакты и тоже в оплетке.
olartamonov
14.04.2019 23:25Ну видели, и что? Их длина рассчитана с учётом диэлектрика.
Вот мы себе сами штыревые антенны на 868 МГц делаем, длина что-то типа 75 мм:
А PCB'шные вообще под каждую конкретную плату и корпус как минимум согласующей цепочкой подстраиваются (и это после того, как их сначала промоделировали, а потом сделали и в реальной жизни в некоем среднем устройстве по длине подогнали).
lonelymyp
14.04.2019 23:38+1Ну теперь ясно почему у меня провод-антенна с длинной «по формуле» работала примерно никак…
daggert
15.04.2019 00:22Где-ж вы раньше были… Я уже с десяток самодельных антенн выкинул для баофенга…
FarFarInTheMountain
15.04.2019 00:24Ну вообще-то ещё при расчете нужно учитывать толщину вибратора, точнее отношение длины волны к диаметру провода. Эффект возникает из-за того, что ёмкость провода «удлинняет» вибратор. Из Ротхаммеля:
olartamonov
15.04.2019 08:05+1Это сильную роль для телескопических антенн играет, ну и для собранных из трубок; обычная штыревая на субгигагерцовый диапазон у вас примерно всегда попадает примерно в 10? с коэффициентом укорочения 0,95-0,96.
w0lf
15.04.2019 15:18В специальной русскоязычной литературе используют термин «коэффициент укорочения»: ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%83%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F
olartamonov
14.04.2019 23:20Кстати, раскрутите китайские поделия, там внутри часто будет смешно.
zhovner Автор
14.04.2019 23:25Вот безымянная антенна 1, остальные хорошо приклеены
olartamonov
14.04.2019 23:30Китайские обычно раздракониваются на части обратимо и без особых повреждений, несмотря на клей (вот раздраконить какой-нибудь Linx может быть сложнее).
И в половине внутри красивого длинного корпуса обнаруживается такая же укороченная спиралька, которую на практике сильнейше колбасит в зависимости от формы и расположения «земли», когда у 868-МГц антенны минимум КСВ запросто оказывается в районе 800 МГц.
А вот ту, что у меня на фото справа (Beyondoor) — колбасит намного меньше.mikelavr
15.04.2019 10:34А как разбираете — промышленным феном?
olartamonov
15.04.2019 11:25Грубой силой — у антенны корпус из мягкого (не трескающегося) пластика, надетый на разъём, обычно с небольшим количеством клея.
vitalijlysanov
15.04.2019 00:37Направленные ответвители могут встраиваться в саму радиостанцию. Включают на половину мощности и измеряют отражения, светодиод при этом светится, тогда дают полную мощность.
Первый вариант применения обычного АЧХ. Проверять можно и с выходным каскадом передатчика. На вход выходного каскада подать сигнал. Щуп датчика отнести подальше от антенны. И видно как она излучает и на каких частотах. Если придумать, как отнести щуп датчика подальше, совсем хорошо будет.
Второй вариант применения обычного АЧХ. Штатный переходник подключаем к выходу и вставляем в переходник щуп приемника. На согласованной нагрузке будет прямая линия. Подключаем кусок кабеля, синусоида получится. Закорачиваем кабель, синусоида сдвигается на половину периода. Синусоиды получаются из-за зависимости характеристик кабеля от частоты. Если подключить кабелем антенну в рабочем диапазоне не должно быть синусоид, т.е. согласованная нагрузка.
Самое лучшее это подать сигнал на выходной каскад и принимать на щуп, может даже на штатную антенну приемника.
koreshx
15.04.2019 01:03+2Статья рассчитана на тех, кто вообще ничего не понимает в радиоэлектронике, как я.
Всё описано доходчиво, за что спасибо автору. Но, тем не менее, в статье есть ряд допущений, которые нельзя использовать, обсуждая тему даже на базовом уровне. Постараюсь дополнить некоторые из них, надеюсь кому-то окажется полезным.
1)
На самом деле то, что на этой картинке обозначено как 40%, это потери на рассогласованности антенны и источника сигнала. Это всего-лишь один из трёх путей потерь при радиопередаче. Дабы не уходить сильно в дебри, обычно ограничиваются двумя потерями — на согласовании источника и антенны (в данном примере 40%) и прочие потери при излучении антенны. Т.е. в данном случае оптимистичные 60% передаваемые антенной могут оказаться и 30% и 20% и даже ниже. Для примера — показатель в 35% кпд для pcb антенны компактного размера с рабочей частотой 433МГц считается очень хорошим. Для частоты 868 всё уже веселее 60-70% у правильных компактных антенн.
2)
В статье бездоказательно постулировано (как мне показалось), что рабочая частота антенны совпадает с частотой, на корой измерен минимальный КСВ. Мало того, что это не верно, так это может прилично подпортить нервы тому, кто будет пользоваться этим правилом на практике (думаю уже понятно, что я тоже наступал когда-то на эти грабли). Гораздо проще и надежнее (хотя тоже не без нюансов, но их сильно меньше) пользоваться правилом, что рабочая частота антенны это её резонансная частота, а найти его можно по минимуму импеданса. Снять зависимость импеданса (даже описанным в статье прибором) достаточно просто — подключаете последовательно с антенной резистор 50 Ом (при выходном сопротивлении источника 50 Ом) и находите минимум. Это и будет рабочая частота антенны. Для решения поставленной статьёй задачи, этого вполне достаточно. Даже КСВ измерять не придётся. А уж если нужно настроить устройство целиком, тогда да, нужно померять. Для этого измеряем КСВ на резонансной частоте (разумеется приведя резонансную частоту антенны к нужной, физичечски изменяя геометрию — подрезка например) и подбираем согласующий контур. Если есть чем померять составляющие импеданса — совсем хорошо, можно сразу рассчитать контур, например здесь home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html.
3)
Как уже написали выше в комментариях. В отрыве от устройства антенну действительно нельзя рассматривать. Разве, что антенна не является полноценной, а соединяется она с передатчиком качественным фидером. Справедливости ради, в статье это автор вскользь указал, но не указал мастшабы :) Корпус и рука оператора может напрочь сделать антенну непригодной.zhovner Автор
15.04.2019 04:06Гораздо проще и надежнее (хотя тоже не без нюансов, но их сильно меньше) пользоваться правилом, что рабочая частота антенны это её резонансная частота, а найти его можно по минимуму импеданса. Снять зависимость импеданса (даже описанным в статье прибором) достаточно просто — подключаете последовательно с антенной резистор 50 Ом (при выходном сопротивлении источника 50 Ом) и находите минимум. Это и будет рабочая частота антенны.
Не понял, можно подробнее на пальцах?koreshx
15.04.2019 08:06+1Всё делайте абсолютно также, как Вы делали. За исключением того, что непосредственно у антенны, последовательность с ней, подключаете резистор 50-51Ом. На численные значения графика не обращаете внимание, достаточно найти минимум.
vitalijlysanov
15.04.2019 09:44Резистор можно назвать лампочкой накаливания, или лампочку накаливания назвать резистором.
Это еще путь к автоматизации, если на лампочку направить ВЕБ камеру с захватами изображения, это для студентов может быть интересно.
Сейчас лампочки накаливания разве что на елочных гирляндах можно найти.
Чисто теоретически можно и два встречных светодиода включить вместо лампочки, тогда зафиксированные мощности уменьшаются.
В темноте ВЕБ камера может зафиксировать ток светодиода в несколько микроампер.
Со светодиода можно снять и амплитудную модуляцию сигнала.
Если при качании частоты синхронно отслеживать яркость светодиода, можно что то рассмотреть в полосе частот.
Astrei
15.04.2019 02:20+1OSA103 шикарный прибор! Никакой китайский хлам типа miniVNA с наиглючнейшим ПО и рядом не стоял. Единственный его недостаток — диапазон маловат.
Кроме описанного в статье применения, осой можно измерять параметры элементов RLC, и довольно точно (сравнивал с измерителем иммитанса Е7-15), использовать как генератор, спектроанализатор, осциллограф, короче, целая лаборатория в одном маленьком корпусе!
zhovner Автор
15.04.2019 04:00Мне тоже понравился, правда я не могу оценить в полной мере все возможности, потому что не разбираюсь. Попробовал еще осциллограф, успешно отснифал цифровой протокол управления светоидоной лентой. Особенно радует качество софта весом 3Мб. Кстати успешно запускает под wine на Linux и macOS.
dmitriyrudnev
15.04.2019 07:21Коллеги!
Мне одному показалось странным направление излучения антенны Yagi на рисунке?
Naves
15.04.2019 09:37Но так как рабочий диапазон ответвителя ограничен 1 ГГц, все измерения выше этой частоты можно считать не имеющими смысла. Это отчетливо видно на графике, после 1 ГГц показания хаотичны и не имеют смысла. Поэтому все дальнейшие измерения мы будем проводить в рабочем диапазоне ответвителя.
Но почему? Вы же сняли ачх для всех частот, судя по графику, скачет от 10 до 20дБ. Просто в дальнейшем нужно учитывать это для каждого диапазона.
В простейшем случае можно к значениям конечного графика с антенной, вычитать значения отклонения от нормы -15. Собственно для этого у вас есть калибровка.
jok40
КСВ = ( Pизлучаемая + Pотражённая ) / ( Pизлучаемая - Pотражённая )