Pull to refresh

Comments 71

Соотношение между излучаемой и отраженной энергией характеризуют с помощью коэффициента стоячей волны (КСВ или SWR).
Не совсем так. Такая формулировка не даёт понимания, почему при отражённой мощности равной нулю, КСВ получается равным единице. На самом деле формула КСВ вот такая:
КСВ = ( Pизлучаемая + Pотражённая ) / ( Pизлучаемая - Pотражённая )

А аналоги у чудо-устройства есть?
Или какой-нибудь diy-вариант?

Это 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.
Я 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.
Я 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.
Я 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)
Для 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.
NWT 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
У меня mini VNA Tiny+ — это не совсем бюджетно, зато работает до 3 ГГц.
АЧХ антены измеряли просто подключив к нему Х1-50
Если 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.
«Статья рассчитана на тех, кто вообще ничего не понимает в радиоэлектронике, как я.»
И комплект оборудования за 20 000 р. странное сочетание.
Видео про деление клетки будет стоить много миллионов: www.instagram.com/p/BwPSuzxh36V
При этом, чтобы понять происходящее, не нужно иметь ученую степень.
1) 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) λ/4 вы посчитали для скорости света в вакууме, а у вас медный штырь в диэлектрике. Плюс отсутствие земляной плоскости — потому и результат такой странный
характеристики 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.

Нет, 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 тут
у 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.
Сэр 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».
я 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 уместнее
Вот 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.
image
ссылка на теорию в том комментарии на который я отвечал
Буржуи 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).
В 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 здесь
На 433MHz он показывает центральный штырь длиной 16мм. Это нормально?
Проверил: ввёл значение частоты «433000», получил длину вертикала = 164 мм, длину противовеса = 169 мм, количество противовесов = четыре.
Там оказывается верстка сломана, не влазят цифры.
На днях картинка простой антенны на 70 см попалась.
Использование заклепок/болтов на таких частотах приводит к непозволительным потерям мощности. До мегагерц 50 еще норм. Но если больше, то только пайка.
Пользуясь 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?
В 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.
У 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.
Еще 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
а цель всех этих мероприятий какая, если не секрет?
Хочу 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.
По 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
Более 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



на рисунке антенны в корпусе очень похожи на квадрифолярные, и на диапазон типа 5,6 ГГЦ
Всё хорошо если антенна имеет волновое сопротивление 50 Ом, а если нет? Что покажут такие измерения?
Если резонансная частота антенны ярко выражена, то можно будет увидеть пик на рабочей частоте (правда тут есть целый ряд условий).
правда тут есть целый ряд условий

вот и я о том же
Как 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 :)
>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 :)
Но 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=OVsqGX0iBOM
Ну 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.
Я 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.
Ну 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).
Ну теперь ясно почему у меня провод-антенна с длинной «по формуле» работала примерно никак…
Где-ж вы раньше были… Я уже с десяток самодельных антенн выкинул для баофенга…
Ну 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:
image
Это сильную роль для телескопических антенн играет, ну и для собранных из трубок; обычная штыревая на субгигагерцовый диапазон у вас примерно всегда попадает примерно в 10³ с коэффициентом укорочения 0,95-0,96.
Кстати, раскрутите китайские поделия, там внутри часто будет смешно.

Китайские 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.
А как разбираете — промышленным феном?
Грубой силой — у антенны корпус из мягкого (не трескающегося) пластика, надетый на разъём, обычно с небольшим количеством клея.

Направленные 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.

Статья 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)
image
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.
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.

Не понял, можно подробнее на пальцах?

Всё 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.

Резистор 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.

OSA103 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!
Мне 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.
Коллеги!
Мне одному показалось странным направление излучения антенны Yagi на рисунке?
image
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.

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.

Резонансная частота — это не диапазон. КСВ полезна, но по названию статьи я ожидал найти затухание скажем для половины частоты. На рисунках видно 20дб для диполя и 10дб для телескопической. 10дб может покрыться трансивером, а вот перепад 20дб может быть критичен для линейности. Выходит, для широкополосных приём передатчиков телескопическая лучше, а не ‘’абсолютно бесполезна’’. Неизвестная антенна скорее всего тоже широкополосная и её минимальный КСВ ничего не скажет.

 Так что спасибо за эксперимент, но выводы неполные или противоречивые.

Sign up to leave a comment.

Articles