Merjenje prilagoditve antene s pomočjo smernega sklopnika

Najprej sem si izmeril, kolikšno ima sklopnik dejanko odvzemno dušenje na frekvenci 2.45GHz. Sklopnik sem priklopil pravilno, kot so narisane puščice, ki kažejo smer signalov. Na VCO-jo sem si nastavil frekvenco, z zaključnim uporom zaključil odvzem in izmeril nivo na izhodu sklopnika. Izmeril sem 1,46V.

Nato sem dal zaključni upor na izhod sklopnika in izmeril nivo na odvzemu. Izmeril sem 0,181V.

Po formuli za izračun v dB (A=20*log (U2/U1)) sem izračunal, da ima odvzem dušenje 18,13dB.

Nato sem priklopil sklopnik na generator (VCO) tako, kot je na sliki (pozor na smer puščic). Na odvzemu -10dB je priklopljen diodni detektor, karega izhodno napetost merimo z merilnikom napetosti.

Desno, na sliki je viden zaključni upor 50E in kratkospojnik. Kratkospojnik je dejansko SMA konektor, ki ima direktno zalotano srednjo žilo z maso. Na odvzem je priklopljen diodni detektor.

Najprej si nastavimo željeno frekvenco, na kateri hočemo meritev opraviti, ali pa če imamo kot generator VCO poiščemo točko najboljše prilagoditve naše antene in meritev opravimo na tisti frekvenci. Meritev opravimo trikrat.

1. izmerimo napetost pri odprtih sponkah mostička, brez da bi kaj priklopili nanj.

2. izmerimo napetost pri kratko sklenjenem izhodu mostička. Na izhod privijemo kratkospojnik.

3. izmerimo napetost z našo anteno, ki jo merimo.

Če na izhod priklopimo našo anteno, ali pa zaključni upor, napetost zaradi boljše prilagoditve kot so odprte sponke mostička, ali kratkega stika izhoda, pade.

Izmerjene vrednosti lahko vstavimo v Excel datoteko, ki nam izračuna rezultat (v rdečem polju). Izračun nam vrne rezultat v treh različnih faktorjih: SWR, faktor refleksije in pa prilagojenost izraženo v dB.

Jaz sem v mojem primeru izmeril napetosti:

Kratek stik - 0,115V

Otprte sponke - 0,100V

Zaključni upor - 0,004V -----> prilagoditev 28,6dB

Dipol antena - 0,008V -------> prilagoditev 22,6dB

Dipol, ki sem ga meril. Lepo se vidi tudi način izvedbe prilahoditve impedance s pomočjo 50E koaksialnega kabla dolžine lambda/2 .

1, 2, 3

Da sem dobil prave rezultate pri preračunih sem moral uporabiti kot detektor kupljen kristalni detektor. Če sem meril z mojim, doma izdelanim, rezultati niso bili pravi. Tu imam v mislih prilagojenost; meritev frekvence, pri kateri je prilagojenost najboljša, je vsekakor točna. DIP se da videti v vsakem primeru. Na meritev tudi zelo vpliva sprememba nivoja izhodnega signala VCO-ja pri spreminjanju frekvence. Ta pojav se pojavi zaradi spreminjanja impedance bremena, v odvisnosti od frekvence. Temu pojavu se da izogniti, če damo med VCO in merilni mostiček fiksni dušilni člen, okrog 10dB, kateri nam to spremembo impedance na VCO zelo zmanjša.

Malo sem se poigral tudi z programom za modeliranje anten. Zanimale so me predvsem lastnosti antene objavljene tu. Anteno sem namreč tudi izdelal in pomeril. Ojačanje antene mi je izračunalo 16,2dBi in dobil sem nalednje diagrame sevanja EH in isto v 3D obliki . Antena izgleda vredu in je že tudi testno v funkciji, kar me je motilo, je bila edino izvedba priklopa kabla na dipol. Prvo sem priklopil kabel direktno, kot to opisujejo avtorji in dobil prilagoditev pod 8dB. Vsaj mene so učili, da ima zaprti dipol impedanco nad 200E, zato sem dodal impedančni transformator 1:4, kot je vidno na treh slikah zgoraj. Prilagoditev se je občutno popravila in krepko presega 20dB. Tako da bo tako tudi ostalo.

Pripravil sem si stvari za merjenje ojačanja in smernega diagrama anten. Za merjenje nivojev bom uporabil tole:

To je logaritemski detektor AD8362, ki meri signale v rasponu od -40dBm do +20dBm in ima frekvenčno področje od 20MHz pa do 3000MHz. Vhod je sicer širokopasoven, zato bom moral za resnejšo meritev dodati še pasovno prepustna sita.

Na oddajni strani bom uporabil VCO, ojačevalnik in logaritemsko anteno:

Nekaj posameznih slik ojačevalnika, izdelanega po dokumentaciji S51KQ:

ICL7660 sem uporabil v DIP8 ohišju, zato je zalotan v zraku, za vsak slučaj sem dodal v napajalno vejo 5V en upor 5E6 - 1W, ker sem opazil da je vredu, dobijo FETi prej negativno prednapetost, drugače se mi je dogajalo, da so šli v zasičenje, sploh če ni bilo priklopljenega signala iz VCO-ja. Trimerje sem nastavil tako, da sem dobil na izhodu maximalno moč. V mojem primeru je to približno 500mW. Stabilizator napetosti sem prilotal na ohišje ojačevalnika, da to odvaja toploto in na spodnji strani sem dal pod CLY5 bakreno ploščico 10x10x1mm, prav tako zaradi hlajenja.

VCO je vzet od spektralnega analizatorja in sicer VCO1, ki se ga najde tukaj in tukaj.

Oddajna antena pa je od Marka.

Do meritev še nisem prišel, imam pa namen meriti ojačanje po primerjalni metodi. Kot referenco bom uporabil dipol anteno, potem pa tisto, ki jo bom želel meriti. Tako bom dobil ojačanje antene. Za smerni diagram pa se bom moral še malo potruditi. Namreč pri merilniku moči, ki ima tudi možnost prenosa vrednosti na računalnik moram dodati prilagoditev nivojev, da bodo tudi prikazane vrednosti točne, če se mi ne bo dalo, pa bom pač delal s svinčnikom in papirjem, HI. Tudi tako se da.

Merilnik moči se najde tu, programski paket PolarPlot pa tu.

Merilnik moči mi je le uspelo tudi modificirati, tako da lahko uporabljam tudi novi logaritemski detektor. Z zadnje strani sem si dodal 5 polni konektor, preko katerega peljem napajanje na senzor in izhod na vhod mikrokontrolerja. Vmes sem dodal stikalo, s katerim izberem zunanji ali notranji senzor. Sam logaritemski detektor AD8362 ima druge izhodne nivoje kot AD8307. Da ustrezajo dB sem moral napetost iz zunanjega detektorja AD8362 zmanjšati na pol. To sem storil z dvema uporoma 10k 1%, tako je prikaz v dB pravilen, le točen ni. Na srečo ima merilnik tudi možnost merjenja po relativni metodi, kar mi je pa za merjenje anten čisto dovolj. Tako za merjenje dobitka priklopim na vhod polvalni dipol in z funkcijo REL določim, da je to 0 dB. Sedaj le še primerjam z anteno, ki jo preizkušam in prikaz je točen v plus, ali pa tudi minus.

PRVA MERJENJA ANTEN Z MERILNIKOM MOČI:

Izdelal sem, med drugim tudi, Biloop anteno, ki se mi je zdela enostavna. Povzel sem jo po dokumentaciji PE2ER, le da sem jo moral malenkost modificirati. Za osmico sem vzel trdo instalacijsko žico 2,5mm2, dolžine kot jo navaja avtor, pa je bila resonanca nižje, kot je opisano. Po več merjenjih sem ugotovil, da je resonanca na 2,445GHz, če zanki navijem na telo premera 34mm, oziroma žica dolžine 112mm. Tako, resonanca je bila določena, sedaj pa še najboljša prilagoditev. Pri antenah te vrste je impedanca in s tem prilagoditev odvisna od razdalje med ploščo in osmico. Jaz sem dobil najboljši SWR pri razdalji 15mm, avtor navaja 15 do 16mm. No ja, zadevo sem tako fiksiral in pomeril še dobitek antene. Izmeril sem, tako v kleti, 7,5dBd kar je v bistvu vredu. Prijatelj, kateremu sem jo podaril, je imel prej neko vertikalko, je z njo zelo zadovoljen. Upam, da mi bo povedal tudi natančneje, kolikšna je razlika.

Uporablja router Netgear WG602v3 in mu je kazal nivo, z originalno anteno 30, z biloop anteno pa 42 (česa???). Če sem prav videl, bi naj imela originalna antena dobitek okrog 5dBi.

Preizkusil sem še dvojni biloop. Moje predvidevanje je, da so razmere enake kot med biquadom in dvojnim biquadom. Za sevalec sem uporabil trdo instalacijsko žico 2,5 mm2. Dimenzije loopov so enake pri obeh.

Za izdelavo sem si odrezal konec žice, dolg 224mm, ter si označil sredino na 112mm. Žico omotavam okrog telesa premera 34mm. Za lažje delo sem si preko centra potegnil dodatno črto. Prvo sem ovil en loop, od sredine.

Kjer se žici križata, sem si ponovno označil, zaradi zvijanja od tam naprej, prvo en, nato še drug konec. Ker čisto na koncu nisem mogel napraviti okrogline, sem si pomagal s kladivom.

Ker se žica po zvijanju odvija, sem s prsti in s kladivom osmico lepo poravnal, da izgleda tako:

:

Še enkrat sem ponovil enako, ter na koncu oba dela na sredini spojil. Na koaksialni kabel sem priklopil enako, kot pri biloopu. Za površino mase sem vzel Ms ploščo dimenzij 110 x 220mm. Potrebno bi bilo še na obeh koncih fiksirati loopa proti površini mase z primernim distančnikom iz neprevodnega materiala, vendar jaz zaradi testiranj tega nisem napravil.

Na sliki se vidi, kako izgleda na koncu. Zraven je še biloop, kateri je služil za primerjavo pri meritvah.

Prvo sem se lotil resonančne frekvence in prilagoditve (dvojni biloop). Ugotovil sem, da je najboljša prilagoditev 44dB, pri oddaljenosti 8 mm, od reflektorja. Se pravi loope sem moral bližati in s tem nižati impedanco. Pri biloopu je ta razdalja 15mm. Potem sem pa prešel na merjenje dobitka, kar je sicer v kleti zelo vprašljivo dejanje, zato moram jutri ven. Z logaritemskim detektorjem sem ugotavljal tudi dobitek, glede na dipol. Pri biloopu sem izmeril 6,6 dBd, pri dvojnem biloopu pa 7,2 dBd. Nato sem probal spreminjati še razdaljo pri dvojnem biloopu do reflektorja in s tem ugotoviti, pri kateri razdalji je dobitek največji. Izkazalo se je, da je to dejansko pri 8 mm, pri večanju ali manjšanju razdalje, je jakost signala padala. Se pravi, da je bila meritev najboljše prilagoditve točna.

Meritev sem ponovil še na prostem. Izmeril sem dobitek biloop antene 7,1 dBd in dvojnega biloopa 8,4 dBd. Se pravi da ima dvojni biloop dejansko dobitek za 1,3dB večji kot biloop. To sicer ni okrog 3dB, kot bi nekje teoretično naj bilo, nekaj pa je.

O tem sem vprašal za mnenje Dragoslava Dobričiča in dobil tudi odgovor. "Te 3dB je nemogoče dobiti iz preprostega razloga, ker razpored tokov v elementih ni enak, kot če bi bili loopi napajani posebaj preko delilnika moči, da bi dobili vsi enake moči. Druga stvar je pa njihovo seštevanje efektivnih površin, katere se prekrivajo, ker so loopi preblizu, se pravi da niso na optimalni razdalji stakiranja. Vse to vpliva na zmanjšanje efikasnosti take antene." Se pravi rešitev je dva ločena biloopa na optimalni razdalji in zadaj delilnik moči.