Antenos atspindžio koeficiento matavimas

Jau esu rašęs apie antenos atspindžio matavimą. Tai toks parametras kuris parodo kaip efektyviai antena priima radijo signalą iš siųstuvo vietoj to, kad atsapindėtų jį atgal. Kiekvienas vis kitas siųstuvo dažnis turi savo atspindžio koeficientą konkrečiai antenai. Idealiu atveju mes norime, kad visas radijo signalas būtų sugertas antenos ir vėliau išspinduliuotas į orą, o ne atspindėtas atgal į siųstuvą.

Anksčiau minėtas metodas reikalauja spektro analizatoriaus, o tai brangi technika, ne visada prieinama. Aišku ji suteikia privalumų, galima matuoti antenos atspindžio koeficientą plačiam dažnių diapazone ir susidaryti gana tikslų vaizdą kuriuose diapazonuose antena dirba efektyviausiai. Šiame blog’o įraše aprašytam metodui nereikia brangios radijo aparatūros, bet jis atspindžio koeficientą parodo tik viename konkrečiame dažnyje kuris tuo metu paduodamas į anteną.

Atspindžio koeficientas, kurį mes čia matuosime, vadinamas VSWR –  Voltage Standing Wave Ratio. Koeficientas lygus 1 reiškia, kad antena sugeria ir į aplinką išspinduliuoja visą radijo signalą, išsiųstą iš radijo siųstuvo. Kuo didesnis atspindys tuo didesnis koeficientas. Paprastai siekiama, kad norimam dažnių diapazone atspindžio koeficientas nebūtų didesnis nei pvz. 1,5. Koeficientas lygus 1,5 reiškia, kad atgal į siųstuvą atsispindi 4% išsiųsto galingumo, o koeficientas 2 reiškia 10%.

Krentančios ir atsispindėjusios bangos įtampas matuojame paprasčiausiu voltmetru pagal šią schemą:

Strukturine

 

Pagal pamatuotas įtampas koeficientas skaičiuojamas sekančiai:

VSWR

Esminis komponentas šiame matavime tai dvigubas directional coupler’is. Vieną coupler’į sukonfiguruojame, kad voltmetras rodytų krentančią bangą, o kitą, kad atsispindėjusią:

rd_microwaves_C2-A59_98

Jis turi dirbti matuojamame dažnių diapazone ir turėti 25 – 30dB directivity parametrą. Tai gana aukštas rodiklis, dauguma rinkoje esančių couplerių turi 10 – 20dB directivity parametrą. Vis gi mažesnio (~15 – 20 dB) directivity parametro directional coupler’ius naudoti galima, bet reikia turėti omenyje jog matavimų paklaida bus didesnė. Norėdami tai suprasti geriau paskaitykite anksčiau rašytą info čia.

Rasti dvigubą directional coupler’į už prieinamą kainą nėra lengva, lengviau surasti paprastą viengubą directional couplerį:

coupler

Nepatogumas, kad jį naudojant reikia daug laidų junginėjimo/perjunginėjimo. Matuojant krentančią bangą reikia jungti TX>>INPUT>>OUTPUT>>ANTENA, matuojant atsispindėjusią bangą TX>>OUTPUT>>INPUT>>ANTENA. Junginėjant laidus pasikeičia aplinkos sąlygos įveliančios papildomą paklaidą.

Mažiau terlionės ir matavimo aplinkos pasikeitimo naudojant kompromisinį variantą  – bidirectional coupler’į. Tai tarpinis variantas tarp paminėtų ankstesnių dviejų:

Bidirectional coupler

Krentančios ir atsispindėjusios bangos įtampas matuojant pakaitomis, vis ant kitos pusės užsukant 50 omų terminatorių.  Atliekant matavimą siųstuvo ir antenos laidai lieka nepaliesti.
Aš pasirinkau naudoti šį variantą kombinuojant jį su aukštadažniu jungikliu kuris komutuos 50 omų terminatorių ir įtampos detektorių. Bet aukštuose dažniuose kaip 2,4GHz, 5,8GHz reikia būti atsargiam su tokiais perjungėjais kadangi jie gali įnešti savo paklaidą. Atsispindėjusios ir nueinačios bangos pusėse būtina naudoti vienodų charakteristikų, kokybiškus sujungimo laidus:

RF switch

Gavosi toks testinis setup’as kur RF signalo šaltinis yra aukštadažnis generatorius. Su juo patogu matuoti atspindį skirtinguose dažniuose:

Setup

Koncepcijos patvirtinimui naudosiu testinę anteną:

antena

Kurios atspindžio koeficiento charakteristika žemiau, centrinis dažnis ant 774 MHz:

774

Nustatau 774 MHz ant generatoriaus ir matuoju įtampas:

774 setupas

Krentanti:

Krentancios bangos itampa

Atsispindėjusi:

Atsispindejusios bangos itampa

VSWR = (1,303 + 0,081)/(1,303-0,081) = 1,13

Sekantis matavimas ties 666 MHz:

666

Krentanti – 1,104 V ; atsispindėjusi – 0,667 V. VSWR = 4.

Matavimas ties 726 MHz:

726

Krentanti – 1,291 V; atsispindėjusi – 0,241 V. VSWR = 1,5.

Matavimas ties 822 MHz:

822

Krentanti – 1,271 V; atsispindėjusi – 0,346 V. VSWR = 1,7.

Matom jog VSWR koeficientas pamatuotas Procom SWR3000 matuokliu bei tiriamu metodu sutampa, nors ir ne idealiai. Paklaida tikriausia atsiranda dėl nevienodų savadarbių laidų prie RF komutatoriaus. SWR 3000 taip pat daugiau testeris nei, kad precizinis matavimo instrumentas. Testeris leidžiantis sandėlyje atskirti 433MHz antenas nuo 868MHz.

Bet aš savo rezultatą pasiekiau, įrodžiau sau, kad matavimo principai teisingi, dabar galiu skirti daugiau laiko ir gražiai viską apipavidalinti kaip normalų matavimo prietaisą. Gal net užteks ryžto viską pajungti prie mikrovaldiklio kuris paskaičiuos koeficientą ir parodys ekrane 🙂

Tada palyginsiu matavimo rezultatus su rimtesne antenų analizavimo technika kuri jau ilgą laiką nuobodžiauja ant mano stalo.

 

This entry was posted in Antenos, RF reikalai. Bookmark the permalink.

One Response to Antenos atspindžio koeficiento matavimas

  1. Vytautas says:

    Tikrai geras straipsnis!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *