Измерение характеристик рупорных антенн в любительских условиях

Не буду останавливаться на конкретных конструкциях рупорных облучателей, это хорошо описано в литературе, к примеру: http://www.w1ghz.org/antbook/contents.htm   и на сайте www.vhfdx.ru

Расскажу о простых и дешевых методах настройки рупорных антенн диапазона 5,7 и 10 ГГц.
После того, как с помощью ПО ( к примеру SABOR или HDL-ANT) выбрана конструкция рупора, его раскрыв, определена диаграмма направленности по половинной мощности и –10 дб, рупор изготавливается.

После изготовления рупора необходимо убедиться, в первую очередь, что его КСВН удовлетворяет требованиям нашего любительского антенно-фидерного тракта. Хорошо, если векторный анализатор цепей под руками, если нет, то поступаем следующим образом :

Находим (покупаем) вентиль, или, что еще лучше , циркулятор диапазона 4,2-5,6 или 4-8 ГГц ( 8-12, 8-18 ГГц для 10 ГГц).

Вентиль можно аккуратно переделать в циркулятор ( это сделать легко, если вентиль микрополосковый), удалить нагрузку и припаять жесткий кабель с SMA разъемом. Вместо нагрузки отраженный от рупора сигнал поступает на вход трансвертера.

Далее собирается измерительная схема :

Вместо трансвертера можно использовать СВЧ детектор, а вместо ГШ с усилителем использовать трансвертер в режиме передачи, но не всегда под руками естьправильно настроенный СВЧ детектор на AD8317 с хорошим КСВН.

А вот трансвертер всегда под руками, так же как и самодельный ГШ .
Желательно трансвертер подключать кабелем длиной около метра-двух или использовать в разрыв кабеля вентиль этого диапазона (так мы обеспечим большую точность настройки рупора улучшением КСВН нашего “детектора”).

На фото слева ГШ (самодельный) , далее усилитель , циркулятор и рупор.

Теперь остается только включить ГШ и вращением винтов вблизи зонда КВП рупора настроить его по минимуму шума на выходе трансвертера. Это очень легко , тем более ,что настроить на минимум КСВН нам необходимо в одной точке (любительской частоте). Если позволяет аппаратура по ПЧ , можно посмотреть изменение шума по диапазону , но это может быть ошибочным – необходимо учитывать неравномерноть коэффициента передачи тракта трансвертера. Поэтому лучше настраивать в одной точке.

После того , как рупор настроен по КСВН , необходимо проверить его диаграмму перед тем , как устанавливать на зеркало.

Это так же можно сделать с помощью ГШ, усилителя , вспомогательного рупора и простой стойки с самодельной шкалой (хватит точности шкалы в 5 градусов).

Рис. 3

ГШ накручен прямо на усилитель , а тот на рупор.

По опыту скажу , что 2 метров для облучателей вполне хватит.

Облучатель для 5,7 ГГц измеряется прямо на табуретке :)

Далее рупора размещаются в согласованной поляризации , желательно на месте крепления передающего рупора иметь возможность его подстройки по азимуту и углу места , хотя для простоты , можно его закрепить просто скотчем.

Лучше , чтобы на выходе нашего трансивера по ПЧ был логарифмический детектор или простой измеритель RMS в дб (часто сейчас можно найти в мультиметре). Но можно соорентироваться и по S-метру , 1 деление примерно 6 дб.

Изменение от максимума на 3 дб по азимуту в обе стороны от максимума – будут отражать ширину диаграммы по половинной мощности, но более интересна ширина диаграммы по мощности –10 дб ( для чего и используется усилитель после ГШ , чтобы раскачать уровень шума, который бы позволил устойчиво засечь разницу в -10 дб от максимума). Эта ширина диаграммы направленности на которую мы ориентировались при расчете облучателя для нашего зеркала.

Измерение диаграммы проводится для горизонтальной и для вертикальной поляризации отдельно. Это не совсем правильно с точки зрения профессионального измерения, но для оценки ДН в обеих плоскостях вполне достаточно.

Возможные допущения :

• расстояние между рупорами можно сократить до 1-1,5 метров , при недостаточном уровне с усилителя и ГШ;
• ГШ лучше выбирать из серии Mxxxxx, у них приличный уровень шума, но и самодельные на переходе транзистора тоже применимы;
• усилитель применять желательно, при этом точнее получится нахождение минимума при настройке КСВН и диаграмму направленности удастся оценить до –10 дб;
• измерять можно в комнате, в коридоре, желательно подолгу не находиться в поле передающего рупора , хотя подводимая мощность минимальна ( -100 дбм + 40 = -60 дбм в лучшем случае, только за счет высокой чувствительности и узкой полосы возможен такой вариант измерения);
• желательно применять МШУ перед трансвертером;
• для упрощения можно карандашом шкалу нанести прямо на табуретке, стоя за рупором, блок облучателя вращать прямо руками, смотря на шкалу детектора.