Antennemetingen bij “De Lichtmis”
Bram, PB0AOK heeft op verzoek van de antennemeetgroep “ De Lichtmis” deze meet-methode op papier gezet, omdat er veel vragen waren omtrent de gevolgde procedure.
Inleiding
De antennemeetgroep van de afdeling Meppel van de VERON voert een keer per jaar metingen aan antennes uit. Deze metingen zijn in de eerste plaats bedoeld voor amateurs die de belangrijkste eigenschappen van (veelal zelfgemaakte) antennes op onafhankelijke wijze willen laten beoordelen.
De meetploeg beschikt daarvoor over veel eigen materiaal. De benodigde meetinstrumenten worden door het bedrijfsleven ter beschikking gesteld.
Meetopstelling
Een zogenaamde verre veld meetbaan vormt de meetopstelling die in het weiland tegenover het wegrestaurant op de meetdag wordt opgebouwd.
Deze opstelling bestaat uit een telescopische uitdraaibare antennemast die van een rotor is voorzien.
De rotor wordt door een stappenmotor aangedreven, waarmee de te meten antenne in stapjes van één graad nauwkeurig in het horizontale vlak kan worden gedraaid.
Op enkele meters daarvandaan staat een tweede antennemast, waarop de referentieantenne is gemonteerd. Beide antennes zijn met coaxiale kabels (Flex 2000) van een willekeurige lengte met de instrumenten verbonden, die i.v.m. de kwetsbaarheid in een toercaravan zijn ondergebracht. Verder hebben wij daar ook een laptop voor de notatie van de meetresultaten binnen handbereik.
Bij de metingen maken wij gebruik van een elektromagnetisch veld dat voldoende homogeen moet zijn om de meetfouten te beperken. Dit wordt gerealiseerd door voldoende afstand te creëren tussen de plaats van de zendantenne en de plaats waar wordt gemeten.
Bij de Lichtmis bedraagt deze afstand 250 meter. In de caravan wordt de benodigde voedingsspanning door een benzineaggregaat geleverd. De zender wordt vanuit een accu gevoed.
Voor het opwekken van het elektromagnetische veld wordt een eenvoudige Yagi als zendantenne gebruikt. Onderstaand figuur geeft de meetopstelling weer.
Calibratie
Voordat de metingen kunnen beginnen moet de meetbaan eerst worden gekalibreerd Voor zowel de 13 cm als de 23 cm band beschikken we over twee zelfgemaakte standaard gain hoorns, waarvan de antenneversterking destijds met behulp van een gecalibreerde meting nauwkeurig bij verschillende frequenties is bepaald.
Deze twee antennes worden op beide masten geplaatst en optimaal op de zendantenne uitgericht. De polarisatie van het elektrische veld is horizontaal.
Allereerst wordt nu het vermogen berekend dat op de ingang van de spectrumanalyser wordt ontvangen. Hierbij houden we uiteraard rekening met het vermogen van de zender, de gain van de antennes en de verliezen als gevolg van de kabeldemping en propagatie. Met de schakelaars S1 en S2 in de getekende stand wordt het ontvangen vermogen gemeten en met de berekende waarde vergeleken. Hiermee krijgen we een indruk in welke mate onze metingen door de omgeving worden beïnvloed.
Stel dat het gemeten vermogen dat met de calibratieantenne wordt ontvangen Pc dBm bedraagt.
Vervolgens schakelen we met S1 om naar de referentieantenne en meten een ontvangen vermogen van Pr dBm. Een eventueel verschil tussen beide meetwaarden wordt veroorzaakt door een verschil in kabeldemping en de omgeving. Beide waarden worden genoteerd.
De antennegain van de calibratieantenne is bij de gebruikte frequentie nauwkeurig berekend. Deze versterking bedraagt bijvoorbeeld Gr dB.
Tenslotte moet de netwerkanalyser worden gecalibreerd. We doen dat met behulp van de bijbehorende calibratieset die uit een open verbinding, een kortsluiting en een 50 ohms weerstand bestaat, die achtereenvolgens op het eind van kabel A worden aangesloten.
Met de netwerkanalyser meten we de staande golfverhouding die de antenne veroorzaakt. De aangegeven procedure is noodzakelijk om de invloed van de kabel en de coaxiale schakelaars op de SWR-meting ongedaan te maken.
Voordat later op de dag antennes voor de 13-centimeter band kunnen worden gemeten, moet de gehele opstelling opnieuw worden gecalibreerd. Ook voor deze frequentieband beschikken we over twee standaard gain hoorns.
Het meten van antennes
Antenneversterking
De calibratieantenne die op de telescopische mast was aangebracht wordt vervangen door een antenne waarvan we de gain, de openingshoek en de voor/achterverhouding willen bepalen.
Met de schakelaars S1 en S2 in de getekende stand richten we de antenne tot maximaal vermogen wordt ontvangen. Stel dat dit Pa dBm oplevert.
Door nu simpel op te tellen en af te trekken kan de versterking Ga van de antenne worden bepaald. Omdat de gemeten vermogens, uitgedrukt in dBm, negatief zijn doen we dit volgens:
Ga = ( ½Pc ½- ½Pa ½+ Gr ) [dB]
Regelmatig wordt met S1 overgeschakeld naar de referentieantenne om te zien of het vermogen Pr afwijkt van de waarde die bij de calibratie is gemeten als gevolg van bijvoorbeeld veranderingen in de atmosferische verliezen. De bepaalde antennegain ten opzichte van een halve golf dipool wordt met deze afwijking gecorrigeerd.
Openingshoek
De spectrumanalyser beschikt over een zogenaamde delta markerfunctie.
Eerst wordt het maximaal ontvangen vermogen bij een optimaal uitgerichte antenne in een geheugen opgeslagen. De antenne wordt vervolgens langzaam linksom gedraaid tot het vermogen 3 dB is gedaald. De meting wordt herhaald, waarbij de antenne rechtsom wordt gedraaid. Het draaien gaat per graad nauwkeurig. De som van beide hoeken levert de openingshoek van de antenne op de – 3dB punten, terwijl het verschil iets zegt over de symmetrie van de hoofdlus.
Voor/achterverhouding
De achterkant van de antenne wordt naar de bron gedraaid en ook nu wordt het ontvangen vermogen gemeten. Het vermogensverschil ten opzichte van Pa bepaald de voor/achterverhouding van de antenne.
Aanpassing
Door het omzetten van schakelaar S2 verbinden we de antenne met de netwerkanalyser. De ingestelde span van dit instrument komt overeen met de volledige amateurband waarop wordt gemeten. Op deze manier kan de SWR-karakteristiek over de band zichtbaar worden gemaakt.
Met dank aan Bram, PB0AOK
Frits van Schubert, PA3FYS
Antennemeetgroep “De Lichtmis” afdeling Meppel R32