Діаграма направленості антени показує, у яких напрямках вона випромінює сильніше, а в яких слабше. Від неї залежить дальність зв’язку, захист від завад і правильне встановлення антени на щоглі чи дроні. Даташит часто дає «ідеальну» діаграму, змодельовану в симуляторі. Реальна антена з кронштейном, кабелем і корпусом поводиться інакше. У статті показуємо, як виміряти діаграму направленості антени звичайним аналізатором спектра і поворотним столом, а SparSIT LAB будує графік і рахує параметри автоматично.
Основні параметри діаграми направленості
| Параметр | Що означає |
|---|---|
| Ширина променя −3 дБ | кут, у межах якого потужність падає не більше ніж удвічі |
| Відношення вперед/назад (F/B) | наскільки задній пелюсток слабший за головний |
| Рівень бічних пелюсток | наскільки сильні паразитні напрямки |
| Нерівномірність | для всенаправлених антен: різниця між макс. і мін. |
| КСД | коефіцієнт спрямованої дії, оцінка підсилення в дБі |
Про одиниці дБ, дБм і дБі ми писали окремо: dBm, dB, dBi і RSSI: як читати рівень радіосигналу.
Як виміряти діаграму направленості
Для вимірювання потрібні:
- передавач на робочій частоті: генератор, радіомодуль або відеопередавач, з опорною антеною;
- приймач: аналізатор спектра з досліджуваною антеною;
- поворотний пристрій з розміткою по кутах — навіть саморобний диск з транспортиром;
- відстань між антенами щонайменше 10 довжин хвиль і мінімум відбиваючих предметів поруч.
Антену повертають з кроком 5–15° і на кожному куті записують рівень сигналу. Вручну це 24–72 записи в таблицю на кожну площину, а потім ще побудова полярного графіка.
Діаграма направленості в SparSIT LAB
Сторінка «Діаграма направленості» автоматизує рутину:
- Задайте частоту сигналу і смугу пошуку піку. Аналізатор Siglent шукає максимум у вузькому вікні, тому невеликий дрейф передавача не заважає.
- Вкажіть поправку: втрати кабелю, підсилення підсилювача.
- Поверніть антену на кут і натисніть F5. Рівень записується в точку, а кут автоматично збільшується на заданий крок. Повторний вимір на тому ж куті замінює точку.
- Виміряйте обидві площини: E і H.
Графік будується одразу в полярній або прямокутній системі, з нормуванням до максимуму (0 дБ) і позначкою рівня −3 дБ. Програма сама рахує ширину променя, F/B, рівень бічних пелюсток, нерівномірність і грубу оцінку КСД за формулою Крауса.
Якщо аналізатора немає, рівні можна вводити вручну з будь-якого приймача, наприклад RSSI модуля. Також підтримується імпорт точок із CSV. Готову діаграму можна зберегти як PNG або CSV і додати до протоколу випробувань.
Типові помилки при вимірюванні
- Замала відстань. У ближній зоні діаграма спотворюється. Для 2,4 ГГц мінімум 1,5–2 м, для 433 МГц — 7 м і більше.
- Відбиття від стін і людей. Найкраще міряти на відкритому майданчику.
- Кабель під антеною. Він стає частиною антени і перекошує діаграму. Використовуйте ферит на кабелі.
- Нестабільний передавач. Вимірюйте опорний рівень на початку і в кінці.
SparSIT LAB — безкоштовний бета-доступ
Розробляєте чи закуповуєте антени для зв’язку або FPV? SparSIT LAB будує діаграму направленості за кілька хвилин і сам рахує ширину променя, F/B і КСД. Бета-доступ безкоштовний.
Отримати бета-доступ Усі можливості SparSIT LAB →Часті запитання
Скільки точок потрібно на діаграму?
Для всенаправленої антени достатньо кроку 15° (24 точки). Для спрямованої (патч, хвильовий канал) — 5° (72 точки) біля головного пелюстка.
Чи можна виміряти діаграму направленості без аналізатора спектра?
Так, за RSSI приймача чи модуля. Точність нижча: RSSI зазвичай має крок 1 дБ і нелінійність. Для порівняння двох антен цього достатньо.
Чому виміряна діаграма не збігається з даташитом?
Даташит описує антену в ідеальних умовах. Корпус, кабель, кронштейн і земля змінюють діаграму. Саме тому реальне вимірювання важливе.
Корисні джерела: Radiation pattern (Wikipedia).
