Comments 41
Вроде интересно написано, но мне как человеку не очень далекому от антенной механики непонятны эти кружочки и линии на приборе. Можете дать ссылку где почитать простыми словами, или объясните вкратце, что они означают и как их понимать?
Это диаграмма Смита или Smith Chart.
Если набрать в Google: Smith Chart Basics, то будет отличное описание.
Ролик от Rohde Schwarz.
Короткое пояснение для читателей, которые не захотят разбираться с диаграммой. Выходное сопротивление радиоканального передатчика представляет некоторую комплексную величину. Это означает, что в выходном каскаде микросхемы присутствуют некоторые ёмкости или индуктивности. Например, для микросхемы SX1261 выходное сопротивление равно 13,5 + j ∙ 7,6 Ом. Антенны проектируются на входное сопротивление 50 Ом. Понятно дело, что кусок проволоки – это не резистор, но на высоких частотах его можно считать таковым. Соответственно задача разработчика – согласовать трансивер и антенну между собой. Производители дают готовые согласующие цепочки, которые нужно тщательно скопировать в собственный дизайн. И вроде только остается соединить трансивер + согласующая цепочка (балун) + антенна. Но это не всегда работает из-за плохого качества антенны, т.к. последняя также может иметь емкостную или индуктивную составляющую. Для того чтобы представить всю информацию на одном графике, служит диаграмма Смита. Суть в том, что точка на диаграмме должна быть в центре. Однако, даже согласовав одну точку (при помощи дополнительных конденсаторов и индуктивностей), нет гарантии, что антенна будет работать в диапазоне частот (когда нужно несколько рабочих каналов). Для этого необходимо ещё смотреть на график возвратных потерь. График должен «проваливаться» как можно глубже и быть как можно «шире».
А зачем делать антенну на 50 ом? Почему бы не рассчитать ее под передатчик сразу?
Такое тоже встречается. Например для трансивера CC2530 можно использовать дипольную антенну (Design Note DN041, DN004), которая подключается напрямую к дифференциальным выходам трансивера. В большинстве же случаев антенна покупная (или рассчитанная на сопротивление 50 Ом) и под неё нужен согласующий каскад. Чтобы самостоятельно спроектировать антенну, нужны глубокие знания в этой области.
50 Ом и 75 Ом (а еще и 120 ом) - это стандартные величины. На эти величины выпускается широкий ассортимент кабелей, разъемов и самих антенн. Под эти величины рассчитываются входные и выходные цепи ВЧ измерительных приборов, разветвителей (сплиттеров), делителей (аттенюаторов) и прочей вспомогательной аппаратуры.
Если антенна печатная, и будет работать исключительно только с конкретной микросхемой, то да, их можно согласовать как это более удобно. Но если сигнал пойдет через разъем по кабелю и на готовую антенну, тогда нужно согласовывать с волновым сопротивлением разъема, кабеля и антенны, а это обычно или 50 или 75 Ом.
А зачем делать антенну на 50 ом?
Это фактический стандарт. Подавляющее большинство трансиверов рассчитываются на несимметричную 50-омную нагрузку. Не потому, что это какой-то там лучший или единственный вариант, а потому что это фактический стандарт, которому следуют по сути все за более чем нечастыми исключениями.
Почему бы не рассчитать ее под передатчик сразу?
Среднестатистический передатчик имеет несимметричный 50-омный выход. Рассчитанный на среднестатистическую несимметричную 50-омную (в теории) антенну. На практике конструирование антенн часто выполняется удручающе плохо, по остаточному принципу - об этом, собственно, в статье и упоминается.
50 Ом также оптимум по максимальной мощности и вносимого затухания в кабеле. Поэтому передатчики и антенные фидеры чаще всего 50-ти омные. А приемники и их фидеры - 75, как у винтажных телевизоров.
Вот хорошая короткая статья по теме, из которой следует немного другое.
Единственная иллюстрация в статье, если сму статью совсем невмоготу осилить
Прикольно. Вы уверены что это действительно так?
В некоторых девайсах антенна на приём является и антенной на передачу. И часть СВЧ тракта к этой антенне тоже (линия, циркулятор или переключатель например).
Нет не уверен:) Потому что не инженер. Просто вспомнилось такое объяснение. А про приемник это ТОЛЬКО приемник, как в телевидение было. А в трансиверах (приемо-передатчиках), как я и написал, выбирается середина. То есть компромис между качеством приемом и передачей. Про СВЧ, если говорить про устройства большой мощности, это все еще на волноводах. 500 Ом для WR90 например. А 50 или 75 это про коаксиальные линии. Насколько помню Белл лаб ввела.
Согласно теории цепей, если импеданс передатчика мощности и приемника мощности комплексно сопряжены, то вся мощность от передатчика передается в приемник без переотражений. Теоретически никто не мешает сделать межкаскадное (в данном случае - передатчик с антенной) сопряжение импедансов без перехода к 50 Ом, практически в макроустройствах (т.е. не в микросхемах) так делают очень редко и предварительно обдумав, ибо все контрольно-измерительное оборудование рассчитано на работу в тракте 50 Ом (редко 75 Ом - для ТВ систем), и в случае проведений измерений и настройки функциональных блоков могут возникать серьезные ошибки или вообще катастрофический отказ активных устройств.
P.S. С другой стороны, согласно теореме Боде-Фано, два комплексных импеданса можно сопрячь с КСВн, равным единице, только в одной частотной точке, так что реальное устройство - это всегда некоторый компромисс между полосой и мощностью.
Судя по этой презентации https://www.youtube.com/watch?v=rUDMo7hwihs диаграммы Вольперта—Смита - это такой архаичный подход поддерживаемый только старыми поколениями разработчиков. Диаграммы представляют собой искривленное до круга обычное декартово комплексное пространство. Т.е. на этих диаграммах частота никак не представлена. Согласно преданиям есть разработчики по одному только виду кривой на диаграмме способные определить схему и номиналы согласующих цепочек.
С современными численными методами, наверно было бы проще видеть обычный прямоугольный график. Потому что на готовых платах уже не сделать свои согласующие цепи, да и подключение анализатора к платам очень грубое и само вносит искажения. Тут не до математики, а плюс-минус лапоть.
Пакеты моделирования, думаю, точнее бы вычислили возможные предельные отклонения и позволили бы найти более технологичные приемы согласования и управления направленностью.
Ну это вы сильно поспешили с выводами. Диаграмма была специально создана в таком формате чтобы гармонично вписывать в себя логарифмические и бесконечные величины, с которыми любой прямоугольный график быстро окажется неюзабельным.
Вся её структура создана так чтобы всё что нужно радиотехнику было доступно взгляду, а остальное ненужное - пространственно свёрнуто в виде сходящихся в бесконечность дуг. Да, на прямоугольном графике я хорошо увижу отличие импеданса, скажем в 1кОм и 100 кОм, но зачем это мне вообще надо, когда 99.99% задач на согласование нагрузки решаются для сопротивлений 10-200 Ом? Прямоугольный график будет содержать огромные бесполезные для практических задач площади координатной сетки, даже будучи построенным в логарифмическом масштабе. А на диаграмме всё четко и понятно - попал в центр и получил максимальную передачу энергии от источника к приёмнику.
Диаграмма это ещё и график с квадрантами: по тому где находится точка относительно её центра можно сказать какого характера нагрузка подключена к прибору: индуктивная или емкостная, где находится резонанс (место перехода одного в другое), и что именно переходит во что. Каждая точка на диаграмме конечно же соответствует своей частоте, так что она там ещё как есть.
По диаграмме не просто можно сказать, но и напрямую сделать расчёт согласующих цепей. Именно так их раньше без компьютеров и делали. Даже сегодня диаграмма актуальна как никогда, так как она просто шедевр юзабилити среди графиков. Научившись ей пользоваться вы обретёте более глубокое и фундаментальное понимание того что такое согласование вообще и импеданс в частности.
Ну почему же старыми разработчиками? Новыми тоже.
Да, неудобно что частота явно не отображается, зато вместо кучи графиков в декартовой системе координат, можно использовать эту диаграмму . Где в одном месте собраны в том или ином виде множество параметров СВЧ цепи. Отражения, КСВН, их характер, добротность, резонанс и прочее.
Есть ещё 3D диагр. Вольперта-Смита.) Не знаю насколько она юзабельна, не буду говорить за остальных.
Рискую нахвататься минусов, и даже наверное поделом, но все же признаюсь - мне нравятся прямоугольные графики, где по одной оси отложена частота, а по другой раздельно активная и реактивная компонента в виде двух совмещенных графиков.
Добавлю к написанному авторами выше:
Векторный анализатор цепей по сути своей измеряет именно S-параметры, в том числе коэффициент отражения в комплексной форме - точку на диаграмме Вольперта-Смита. При пересчете результатов измерений в декартову систему координат погрешность измерений будет точно так же пересчитываться и зависеть от положения измеряемой точки.
Написаны километры текста и тысячи статей по снижению погрешностей измерений S-параметров ВАЦ и извлечению параметров оснастки. Измерять "плюс-минус лапоть" иногда приходится, в силу стечения обстоятельств, но это не тот путь, коим должен следовать СВЧ-разработчик.
Так не очень далёкому, или далёкому от антенной техники?
Спасибо за публикацию, коллега!
На своём опыте знаю, как облегчает жизнь радиолюбителю наличие и грамотное применение (о чём собственно Ваша публикация) даже бюджетных источника питания, генератора сигналов, осциллографа и векторного анализатора.
73! de RD9F
Рисунок 6 верный? Линия S11 странно выглядит, падения на 2.4 ГГц не видно. Или это иллюстрация, что резонанс аненны неверный и ниже 2 ГГц?
Как выбираете место где подрезать?
В очередной раз хотел бы прорекламировать прибор Osa103. Он заткнет за пояс любой китайский векторный недоанализатор как по скорости так и по точности измерений. По цене (по крайней мере раньше) был вполне доступный. Не знаю правда можно ли купить сейчас, разработчик говорил о проблемах с комплектующими.
Ура, статья человеческим языком. В сто раз лучше чем видео в ютубе на аналогичную тему, даже по английски.
В сто раз лучше чем видео в ютубе на аналогичную тему
Люто, бешено плюсую! ©
даже по английски
Так с англоязычными видео та же беда, что и с любыми другими - вместо в своем темпе прочитать текст и рассмотреть иллюстрации, приходится слушать в темпе автора, страдая от скуки на уже известном и неудобно перематывая назад на недопонятых моментах, и развивая навык нажимать на паузу, когда хочется спокойно рассмотреть иллюстрацию. В результате времени и усилий уходит до черта, а пользы от просмотра - около нуля.
Tektronix TTR506A динамический диапазон > 122 дБ. Правда, эквивалентная стоимость последнего равна однокомнатной квартире на окраине Саратова.
Тектроникс что-то больше VNA решил не делать, и похоже продал эту модель другой компании. Теперь это Minu-Circuits EVNA-63+
Но правда купить его от этого не проще, даже не из-за цены, понятное дело...
спасибо, хороший ликбез по антеннам и их анализу. правильно ли я понимаю, что на алике лучше даже и не смотреть на эти устройства? или бывает приличное изготовление?
Ну а где же их тогда покупать? Если есть возможность сделать печатную антенну - то это хороший вариант. Можно выбрать тип, найти нужную документацию с характеристиками и подстроить на прототипе. Но часто на плате просто нет места. Тогда придется рисковать и выбирать из того что есть. Можно приобрести несколько типов и обязательно их проверить. Печальный опыт покупки сомнительной антенны имеется, которая в итоге не заработала. До сих пор не могу понять, как мы тогда так сели в лужу. Но то была простая спиральная антенна. Когда антенна стоит хоть каких-то денег и есть коннектор или плата, то шансы на успех увеличиваются.
с хвостиками-то ладно. али - и откусывать до результата. я про сам анализатор интересуюсь, можно ли китайским клонам доверять.
Спиральная антенна все же это конкретный тип антенны, коей эти "пружинки" с алика не являются, они же обычный изувеченый штырек, в отличии от спиральной антенны. Лучше как-то по-другому их называть...
Есть замечательный многофункциональный прибор ОСА 103. Официальный сайт доступен из России, а так через VPN (с Российского адреса). Например, VPN-free.pro.
Пошла реклама. Выше уже был подобный коммент.
Пошла реклама.
Тогда уже и RigExpert нелишне упомянуть. Приборы у них "заточены" под продвинутого пользователя в поле, поэтому форм-фактор соответствующий - не настольный ящик и не любительски нежная штуковина, но и в стационарной лаборатории или попросту дома они тоже хорошо себя показывают. Режим Time Domain Reflectometer вообще не раз спасет от многих часов бесплодных поисков плавающих неисправностей в линиях.
Действительно спиральной можно считать только ту антенну, у которой виток спирали близок к четверти длины волны. А тут мы имеем обычную штыревую, но с распределённой индуктивностью, с т.н. "электрическим удлинением"
Проверка антенн при помощи векторного анализатора NanoVNA-F V2