-このアンテナはどの範囲ですか？
-わかりません、確認してください。
-KAAAK？！？！
マーキングがない場合、手に持っているアンテナの種類を判別する方法は？ どのアンテナが良いか悪いかを理解する方法は？ この問題は私を長い間苦しめました。
この記事では、アンテナの特性を測定する方法と、アンテナの周波数範囲を決定する方法を簡単な言語で説明しています。
経験豊富な無線技術者にとって、この情報は些細なように見えるかもしれず、測定技術は十分に正確ではないかもしれません。 この記事は、私のように、ラジオエレクトロニクスについてまったく理解していない人を対象としています。
TL; DR OSA 103 Mini機器と方向性結合器を使用して、異なる周波数でアンテナのSWRを測定し、VSWRと周波数のグラフを作成します。
理論
送信機がアンテナに信号を送信すると、エネルギーの一部が空中に放射され、一部が反射して戻ってきます。 放射エネルギーと反射エネルギーの比率は、定在波係数（SWRまたはSWR）によって特徴付けられます。 SWRが小さいほど、送信機エネルギーの大部分が電波の形で放出されます。 SWR = 1では、反射はありません（すべてのエネルギーが放出されます）。 実際のアンテナのSWRは常に1より大きくなります。
異なる周波数の信号をアンテナに送信し、同時にSWRを測定すると、どの周波数で反射が最小になるかがわかります。 これがアンテナの動作範囲になります。 同じ帯域の異なるアンテナを比較して、どちらが良いかを見つけることもできます。
送信機信号の一部がアンテナから反射されます
理論上、特定の周波数用に設計されたアンテナは、動作周波数で最低のSWRを持つ必要があります。 したがって、アンテナにさまざまな周波数を放射し、どの周波数で最も反射が少ないか、つまり電波の形で飛んだエネルギーの最大量を見つけるだけで十分です。
さまざまな周波数で信号を生成し、反射を測定する機能があるため、X軸に沿った周波数とY軸に沿った信号反射係数を持つグラフを作成できます。 その結果、グラフにディップがある場合（つまり、信号の最小反射）、アンテナの動作範囲があります。
反射対周波数の虚数プロット。 アンテナの動作周波数を除き、範囲全体で反射は100％です。
Osa103ミニ
測定には、 OSA103 Miniを使用します 。 これは、オシロスコープ、信号発生器、スペクトルアナライザー、周波数/位相応答メーター、ベクトルアンテナアナライザー、LCメーター、さらにはSDRトランシーバーを組み合わせた汎用測定デバイスです。 OSA103 Miniの動作範囲は100 MHzに制限されており、OSA-6GモジュールはALCHモードの周波数範囲を6 GHzに拡張します。 すべての機能を備えたネイティブプログラムの重量は3 MBで、Windowsで動作し、Linuxでwineを介して動作します。
Osa103 Mini-無線アマチュアおよびエンジニア向けの汎用測定器
方向性結合器
方向性結合器は、特定の方向に進むRF信号のごく一部を迂回させるデバイスです。 私たちの場合、それはそれを測定するために（アンテナから発生器に戻る）反射信号の一部を分岐しなければなりません。
方向性結合器の視覚的な説明： youtube.com/watch?v=iBK9ZIx9YaY
方向性結合器の主な特徴：
- 動作周波数 -メインインジケータが標準を超えない周波数の範囲。 私のカプラーは1〜1000 MHzの周波数用に設計されています
- カップリング -波の方向がINからOUTの場合、信号のどの部分（デシベル単位）が迂回されるか
- 方向性 -信号がOUTからINに反対方向に移動するとき、どれだけ少ない信号が迂回されるか
一見すると、これはかなりわかりにくいように見えます。 わかりやすくするために、内部に小さな蛇口がある水道管のようなカプラーを想像してください。 蛇口は、水が順方向（INからOUT）に移動すると、水の大部分が迂回するように作られています。 この方向に放出される水の量は、カプラーのデータシートのカップリングパラメーターによって決まります。
水が反対方向に移動すると、排出される水ははるかに少なくなります。 それは副作用としてとられるべきです。 この移動中に迂回される水の量は、データシートの方向性パラメーターによって決まります。 このパラメーターが小さいほど（dB値が大きいほど）、タスクに適しています。
回路図
アンテナから反射された信号レベルを測定するため、カプラーINに接続し、ジェネレーターをOUTに接続します。 したがって、受信機は、測定のためにアンテナから反射された信号の一部を受信します。
カプラーの接続図。 反射信号は受信機に送信されます。
測定のインストール
回路図に従ってSWRを測定するための設備を組み立てます。 デバイスのジェネレーターの出力に、15 dBの減衰を持つ減衰器を追加インストールします。 これにより、カプラーとジェネレーターの出力のマッチングが改善され、測定の精度が向上します。 5..15 dBの減衰で減衰器を使用できます。 減衰値は、その後のキャリブレーション中に自動的に考慮されます。
減衰器は、デシベルの固定数で信号を減衰させます。 減衰器の主な特性は、信号の減衰係数と動作周波数範囲です。 動作範囲外の周波数では、減衰器の特性が予測不能に変化する場合があります。
これが最終的なセットアップの外観です。 また、OSA-6Gモジュールからデバイスのメインボードに中間周波数（IF）信号を送信することを忘れないでください。 これを行うには、メインボードのIF OUTPUTポートをOSA-6GモジュールのINPUTに接続します。
ラップトップのスイッチング電源からの干渉のレベルを減らすために、ラップトップがバッテリーで駆動されているときにすべての測定を行います。
校正
測定を開始する前に、デバイスのすべてのコンポーネントとケーブルの品質が良好であることを確認する必要があります。これを行うには、ジェネレーターとレシーバーをケーブルで直接接続し、ジェネレーターをオンにして周波数応答を測定します。 0dBでほぼフラットなグラフが得られます。 これは、周波数範囲全体にわたって、発電機のすべての放射電力が受信機に到達したことを意味します。
発電機を受信機に直接接続する
回路に減衰器を追加します。 範囲全体でほぼ15dBの信号減衰が見られます。
ジェネレーターを15dB減衰器を介してレシーバーに接続する
カプラーのOUTコネクタにジェネレーターを接続し、カプラーのCPLにレシーバーを接続します。 INポートには負荷が接続されていないため、生成された信号全体が反映され、その一部がレシーバーに分岐します。 カプラー（ ZEDC-15-2B ）のデータシートによると、結合パラメーターは〜15dbであるため、約-30dB（結合+減衰器減衰）の水平線が表示されます。 ただし、カプラの動作範囲は1 GHzに制限されているため、この周波数を超えるすべての測定値は無意味と見なすことができます。 これはグラフにはっきりと表示されます。1GHzを超えると、測定値は無秩序になり、意味がありません。 したがって、カプラの動作範囲でさらに測定を行います。
無負荷でタップを接続します。 カプラーの動作範囲の制限が表示されます。
この場合、1 GHzを超える測定データは意味をなさないため、ジェネレーターの最大周波数をカプラーの動作値に制限します。 測定すると、直線が得られます。
発電機の範囲をカプラーの動作範囲に制限する
アンテナのSWRを視覚的に測定するために、現在の回路パラメーター（100％反射）を基準点、つまり0 dBとするためのキャリブレーションを実行する必要があります。 これを行うために、OSA103 Miniプログラムにはキャリブレーション機能が組み込まれています。 接続されたアンテナ（負荷）なしでキャリブレーションが実行され、キャリブレーションデータがファイルに書き込まれ、グラフをプロットするときに自動的に考慮されます。
OSA103 Miniの周波数応答校正機能
キャリブレーション結果を適用し、負荷なしで測定を開始すると、0dBの均一なグラフが得られます。
キャリブレーション後のグラフ
測定アンテナ
これで、アンテナの測定を開始できます。 キャリブレーションのおかげで、アンテナを接続した後の反射の減少を確認して測定します。
433MHzのAliexpressからのアンテナ
443MHzとマークされたアンテナ。 アンテナは446 MHz帯域で最も効率的に動作することがわかります。この周波数でのSWRは1.16です。 同時に、宣言された周波数では、433MHz SWR 4.2で指標が著しく悪化しています。
不明なアンテナ1
マーキングなしのアンテナ。 スケジュールから判断すると、おそらくGSM範囲向けに800 MHz用に設計されています。 公平に言えば、このアンテナも1800 MHzで動作することを言わなければなりませんが、カプラーの制限のため、これらの周波数で正しい測定を行うことはできません。
不明なアンテナ2
私の箱に長い間横たわっている別のアンテナ。 どうやら、GSMバンドの場合も、以前のものよりはすでに優れています。 764 MHzの周波数では、SWRは1に近く、900 MHzではSWRは1.4です。
不明なアンテナ3
これはWi-Fiアンテナに似ていますが、何らかの理由でコネクタはすべてのWi-FiアンテナのようなRP-SMAではなくSMA-Maleです。 測定から判断すると、最大1 GHzの周波数ではこのアンテナは役に立ちません。 繰り返しますが、カプラーの制限により、どのようなアンテナなのかわかりません。
伸縮アンテナ
433MHzの範囲で伸縮アンテナをどれだけ延長するかを計算してみましょう。 波長の計算式：λ= C / f、ここでCは光の速度、fは周波数です。
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
全波長 -69.24 cm
半波長 -34.62 cm
波長の1 /4-17.31 cm
このように計算されたアンテナはまったく役に立ちませんでした。 433 MHzの周波数では、SWRの値は11です。
アンテナを実験的に延長すると、アンテナの長さが約50 cmで最小SWR 2.8を達成することができ、セクションの厚さが非常に重要であることがわかりました。 つまり、極限の薄いセクションのみを引き出した場合、同じ長さの厚いセクションのみを引き出した場合よりも結果が優れていました。 実際には機能しないため、テレスコピックアンテナの長さを使用してこれらの計算にどれだけ頼る価値があるかはわかりません。 他のアンテナや周波数では動作が異なるかもしれませんが、わかりません。
433MHzのワイヤ
多くの場合、無線スイッチなどの異なるデバイスでは、アンテナとして直線の線を見ることができます。 433 MHz（17.3 cm）の波長の4分の1のワイヤーを切断し、SMAメスコネクタにぴったりと収まるように端を錫メッキしました。
結果は奇妙でした。そのようなワイヤは360 MHzではうまく機能しますが、433 MHzでは役に立たないのです。
私は端からワイヤーを切り始め、測定値を見ました。 チャート上の障害は、433 MHzに向かってゆっくりと右にシフトし始めました。 その結果、約15.5 cmのワイヤ長で、438 MHzの周波数でSWR 1.8の最小値を得ることができました。 ケーブルをさらに短くすると、SWRが増加しました。
おわりに
カプラの制限により、Wi-Fiアンテナなど、1 GHzを超える帯域でアンテナを測定することはできませんでした。 これは、より大きなブロードバンドカプラーがあれば可能です。
カプラー、接続ケーブル、機器、さらにはラップトップも、結果として生じるアンテナシステムの一部です。 それらのジオメトリ、空間内の位置、および周囲のオブジェクトが測定結果に影響します。 実際のラジオ局またはモデムにインストールした後、周波数がシフトする場合があります。 ラジオ局の本体、モデム、オペレーターの本体がアンテナの一部になります。
OSA103 Miniは非常にクールな多機能デバイスです。 測定中に相談した開発者に感謝します。