Антенные измерения (с примерами и иллюстрациями)

[UA9-140]

Решил открыть новую тему по особенностям измерения параметров антенн. Главным образом, в диапазонах 430мгц и 144мгц.

Основной инструмент (из наличия под руками) антенный анализатор T100+ от китайской конторы Times Technology http://timestechnology.com.hk/

T100+

В прибор загружена последняя актуальная прошивка T101-R004.ENC с сайта http://timestechnology.com.hk/support-T100-plus.html

T101-R004.zip

Прошивка

(52.48 КБ) 512 скачиваний

Программа для прошивки под Windows

UpdateGUIVer-1-0-0-6.zip

Программа для прошивки

(204.24 КБ) 504 скачивания

Ссылка на драйвер USB под Windows (необходимо установить до работы с прибором) http://www.silabs.com/products/mcu/Page ... ivers.aspx

Ну и мануал:

T100 plus Manual 2-1.pdf

(1019.65 КБ) 532 скачивания

[UA9-140]

Работа T100+ с компьютером.
Прибор позволяет производить измерения в автономном режиме.
Но если есть возможность подключить его к компьютеру, то пользоваться им становится значительно удобнее.

Предлагаемое производителем оборудования ПО мало пригодно для реальной работы и является скорее демонстрацией связи прибора с ПК.
К счастью, чешскими радиолюбителями была разработана более удобная и функциональная ппрограмма. http://www.czcube.org/en/results/t100utility.html
Последняя версия программы V1.09, 2012-07-30

T100_v1_09.zip

(178.01 КБ) 525 скачиваний

С тех далеких времен программа почему-то пропала с авторского сайта. Но после моего письма администрации сайта, две последние версии были возвращены для загрузки. За что им огромная благодарность от пользователей прибора.

Фактически, при работе под управлением ПК прибор замеряет значение единственного параметра S11 на заданной частоте и отдает это значение в компьютер.
Программа на компьютере по построенному перечню значений S11 по частотам вычисляет остальные параметры: КСВ, активное и реактивное сопротивления и т.д.
Можно сохранить полученный массив данных в формате *.CSV. Это позволяет провести дополнительный анализ данных например, в Excel.

Разумеется, перед использованием программы необходимо на ПК установить USB драйвер (ссылка в предыдущем сообщении)

[UA9-140]

Перейдем к калибровке прибора.
Для калибровке в комплекте с прибором есть три маленьких SMA-разъема - терминатора.

Calibration_kit_sma.jpg (6.95 КБ) 14582 просмотра

Open - открытый. Просто колпачёк без центрального контакта
Close - центральный контакт замкнут на корпус
Load - "образцовая" (чисто активная) нагрузка 50 Ом

При входе в режим калибровки прибор сам "подсказывает", что надо накрутить на тестовый разъем.
Затем с каждой нагрузкой "пробегает" по всему измеряемому диапазону частот. Для последней прошивки это два диапазона: 89МГц-230МГц и 390МГц-600МГц.
По завершению калибровки прибор готов к работе. Причем производится автоматическая блокировка доступа к калибровочным константам. Для повторной калибровки блокировку необходимо снять через меню.

Теперь посмотрим результаты калибровки.
Подключим 50 Ом терминатор к разъему прибора и снимем КСВ:

Видим, что КСВ меняется в пределах 1.00-1.01 Всё нормально.

Теперь подключим эту же 50 ом нагрузку через кабель (длиной примерно 70см). И что же видим? Средний КСВ 1.05 до 1.10. Причем кабель и SMA разъемы достаточно качественные (С "привычными" разъемами типа PL-259 всё должно быть заметно хуже)

Что же делать? Очевидное решение провести калибровку прибора вместе с кабелем. То есть, наш тестовый отрезок длиной 70см "намертво" прикручиваем к прибору. И проводим повторную калибровку прикручивая тестовые нагрузки не прямо к прибору, а к нашему кабелю.
После завершения калибровки опять проверяем КСВ нашей "образцовой" нагрузки 50 Ом:

Опять видим что всё здорово. КСВ в пределах 1.00-1.01. Но что же мы получим если теперь уберем кабель и прикрутим нагрузку 50 Ом прямо к прибору? Не трудно догадаться. КСВ опять вырос:

Какие можно сделать выводы?
1. Измеренное согласование даже идеальной активной нагрузки зависит от того, прямо она подключена к прибору или всего лишь через короткий и достаточно качественный кабель с хорошими разъемами. Если же антенна реальная (активное сопротивление существенно отличается от 50 Ом плюс реактивная составляющая ), а кабель и разъемы не очень подходят для УКВ (например, RG-58 и PL-259) то результаты могут быть почти любые.
2. Если возможно, калибровку прибора нужно делать как можно ближе к точке, параметры которой нас интересуют. К примеру, отцепить кабель снижения от антенны, откалибровать прибор вместе с кабелем, после этого вернуть антенну на место и померять.

[UA9-140]

(Анонс) Второй эксперимент - замер параметров стационарной двухдиапазонной антенны.

[UA9-140]

(Анонс) Третий эксперимент - замер параметров антенн переносных р/ст.

[UA9-140]

(Анонс) Измерение коэффициента укорочения кабеля, четвертьволновые трансформаторы и полуволновые повторители. Влияние затухания в кабеле на КСВ

[UA9-140]

Обновил текст про калибровку.
Вопросы и темы для разбора приветствуются

[Varlok]

откуда уверенность, что при калибровке прибора с кабелем получим в результате измерений то что есть после кабеля на самом деле?

можно проверить:
после стандпртной калибровки снять график КСВ у исследуемого АФУ
после подключения удлиняющего провода и повторной калибровки с ним снять график этого же АФУ
результаты сравнить

снятие графика КСВ АФУ произвести 3-5 раз и результат усреднить (ну или хотя бы посмотреть одинаковый он или нет)

[UA9-140]

откуда уверенность, что при калибровке прибора с кабелем получим в результате измерений то что есть после кабеля на самом деле?

Для меня главный вывод из этой истории: "Совы не то, чем кажутся"(С) То есть, у меня есть уверенность, что уверенности нет.

А про калибровку на "конце кабеля" я когда-то читал (если правильно помню) в мануале на Rigexpert и что-то такое (если опять же правильно помню) на vfhdx писал Виктор UA9FAD. Да и простая логика не протестует против такого варианта.

можно проверить:
после стандпртной калибровки снять график КСВ у исследуемого АФУ
после подключения удлиняющего провода и повторной калибровки с ним снять график этого же АФУ
результаты сравнить

Да, попробовать подключить более реальную (более сложную) нагрузку можно. Я думаю, что результат должен получиться примерно такой же.
В данном же случае мы фактически меряем КСВ куска кабеля с разъемами. И практически совпадающие (с точностью "до знака") графики КСВ это подтверждают.

Логика такая: скажем, доп. кабель внес дополнительную ёмкость, прибор при калибровке эту емкость скомпенсировал (сминусовал). После отключения кабеля (этой доп. емкости) получили подключенную к выходу виртуальную "отрицательную" емкость. То есть реактивность такой же величины но противоположного знака.
Кстати, скриншоты это подтверждают. Поведение КСВ практически одинаковое, но знак реактивности противоположный.

снятие графика КСВ АФУ произвести 3-5 раз и результат усреднить (ну или хотя бы посмотреть одинаковый он или нет)

Попробовать можно( и нужно) но, на мой взгляд, повторяемость измерений самого прибора достаточно хорошая. Осреднение пригодилось бы при нестабилности параметров (например, геометрии) самого АФУ и (или) его окружения. Но тогда на мой взгляд, лучше сначала добиться нормальной повторяемости результатов, а уже потом переходить непосредственно к измерениям.

[UA9-140]

В соседних ветках заговорили о применимости разных типов разъемов на высоких частотах.
Попробуем проиллюстрировать этот вопрос конкретными измерениями (и, конечно, картинками )

Действующие лица те же: прибор T100+ и различные ВЧ переходники типов SMA, N и UHF (PL-259 и SO-239).
Также будем использовать эквивалент нагрузки Narda 370BNM (50 Ом, N-коннектор, до 18GHz)

Изменения будем делать только на UHF диапазоне, так как там "эффект разъемов" заметнее.

Для начала, смеряем КСВ "штатного" SMA эквивалента (из комплекта T100) при "прямом" подключении к прибору.
Так как калибровка прибора была сделана именно в такой конфигурации, то КСВ должен быть близок к идеалу, т.е. к единице.

Смотрим, всё правильно. КСВ от 1.00 до 1.01.

Теперь добавим переходник (SMA-Nf) и прикрутим эквивалент Nm от Narda:

Картина немного ухудшилась. КСВ от 1.00 до 1.03. Тут возможно некоторое влияние смены эквивалента на NARDA. Причем, какой эквивалент "точнее" - ещё неизвестно (Скорее всего, эквивалент от Narda при его паспортных частотах от DC до 18GHz более качественный, но это в нашем случае не очень принципиально.)

Добавим еще пару N - переходников. Получлась конфигурация (SMA-Nf)-(Nm-Nm)-(Nf-Nf)-(Nm-Narda)

КСВ ещё ухудшился и стал больше 1.10 (до 1.12-1.15)

Теперь посмотрим что получится при добавлении в тракт передачи сравнительно низкочастотных UHF разъемов.
Для начала, соберём конфигурацию с одним PL переходом: (SMA-UHFf)-(UHFm-Nf)-(Nm-Narda)

Видим, что КСВ заметно ушудшился. Теперь он в диапазоне 1.2-1.4. А ведь мы добавили только один UHF переход!

Теперь добавим еще один UHF переход. Конфигурация переходников получится такая: (SMA-UHFf)-(UHFm-UHFm)-(UHFf-Nf)-(Nm-Narda)

Картина с КСВ ожидаемо стала еще хуже. КСВ теперь от 1.5-1.6 и хуже.
А ведь мы пока добавляли только заводские переходники, а например, не куски непонятно какого кабеля с непонятно как "прикрученными" разъёмами!

По моему, всё получилось достаточно наглядно.
И можно (очередной раз) сделать вывод что уже на частотах порядка 400 МГц всё не просто!