Antenapomiar to proces ilościowej oceny i analizy wydajności i charakterystyki anteny. Korzystając ze specjalnego sprzętu testowego i metod pomiarowych, mierzymy wzmocnienie, charakterystykę promieniowania, współczynnik fali stojącej, pasmo przenoszenia i inne parametry anteny, aby sprawdzić, czy specyfikacje konstrukcyjne anteny spełniają wymagania, sprawdzić działanie anteny i przedstawić sugestie ulepszeń. Wyniki i dane z pomiarów anteny można wykorzystać do oceny wydajności anteny, optymalizacji projektów, poprawy wydajności systemu oraz zapewnienia wskazówek i informacji zwrotnych producentom anten i inżynierom aplikacji.
Wymagany sprzęt do pomiarów anten
Do testowania anten najbardziej podstawowym urządzeniem jest VNA. Najprostszym typem VNA jest 1-portowy VNA, który jest w stanie zmierzyć impedancję anteny.
Pomiar charakterystyki promieniowania, wzmocnienia i wydajności anteny jest trudniejszy i wymaga znacznie większej liczby sprzętu. Antenę do pomiaru nazwiemy AUT, co oznacza Antenna Under Test. Wymagany sprzęt do pomiarów antenowych obejmuje:
Antena referencyjna — antena o znanej charakterystyce (wzmocnienie, charakterystyka itp.)
Nadajnik mocy RF – sposób wstrzykiwania energii do urządzenia AUT [Antena w trakcie testowania]
System odbiornika – określa, ile mocy odbiera antena referencyjna
System pozycjonowania — ten system służy do obracania anteny testowej względem anteny źródłowej w celu pomiaru charakterystyki promieniowania w funkcji kąta.
Schemat blokowy powyższego sprzętu przedstawiono na rysunku 1.
Rysunek 1. Schemat wymaganego sprzętu do pomiaru anteny.
Składniki te zostaną pokrótce omówione. Antena referencyjna powinna oczywiście dobrze promieniować z żądaną częstotliwością testową. Anteny referencyjne to często anteny tubowe o podwójnej polaryzacji, dzięki czemu można mierzyć jednocześnie polaryzację poziomą i pionową.
System nadawczy powinien być w stanie generować stabilny, znany poziom mocy. Częstotliwość wyjściowa powinna być również przestrajalna (wybieralna) i w miarę stabilna (stabilna oznacza, że częstotliwość otrzymywana z nadajnika jest zbliżona do żądanej częstotliwości i nie zmienia się zbytnio wraz z temperaturą). Nadajnik powinien zawierać bardzo mało energii na wszystkich innych częstotliwościach (zawsze będzie trochę energii poza żądaną częstotliwością, ale na przykład nie powinno być dużo energii w przypadku harmonicznych).
System odbiorczy musi po prostu określić, ile mocy odbieranej jest z anteny testowej. Można to zrobić za pomocą prostego miernika mocy, który jest urządzeniem do pomiaru mocy RF (częstotliwości radiowej) i może być podłączony bezpośrednio do zacisków anteny za pośrednictwem linii transmisyjnej (takiej jak kabel koncentryczny ze złączami typu N lub SMA). Zazwyczaj odbiornik jest systemem 50 omów, ale może mieć inną impedancję, jeśli jest to określone.
Należy pamiętać, że system nadawczo-odbiorczy jest często zastępowany przez VNA. Pomiar S21 transmituje częstotliwość z portu 1 i rejestruje odbieraną moc w porcie 2. Dlatego też VNA dobrze nadaje się do tego zadania; nie jest to jednak jedyny sposób realizacji tego zadania.
System pozycjonowania kontroluje orientację anteny testowej. Ponieważ chcemy zmierzyć charakterystykę promieniowania anteny testowej w funkcji kąta (zazwyczaj we współrzędnych sferycznych), musimy obrócić antenę testową tak, aby antena źródłowa oświetlała antenę testową pod każdym możliwym kątem. W tym celu wykorzystuje się system pozycjonowania. Na rysunku 1 pokazujemy obrót AUT. Pamiętaj, że istnieje wiele sposobów wykonania tego obrotu; czasami obracana jest antena referencyjna, a czasami obracana jest zarówno antena referencyjna, jak i antena AUT.
Teraz, gdy mamy już cały wymagany sprzęt, możemy omówić miejsce wykonania pomiarów.
Gdzie jest dobre miejsce na pomiary anten? Być może chciałbyś to zrobić w swoim garażu, ale odbicia od ścian, sufitów i podłogi sprawiłyby, że Twoje pomiary byłyby niedokładne. Idealnym miejscem do wykonywania pomiarów antenowych jest miejsce w przestrzeni kosmicznej, gdzie nie mogą wystąpić żadne odbicia. Ponieważ jednak podróże kosmiczne są obecnie zbyt drogie, skupimy się na miejscach pomiarowych, które znajdują się na powierzchni Ziemi. Komorę bezechową można wykorzystać do odizolowania układu testowego anteny podczas pochłaniania energii odbitej za pomocą pianki pochłaniającej częstotliwości radiowe.
Zakresy wolnej przestrzeni (komory bezechowe)
Poligony wolnej przestrzeni to miejsca pomiarów antenowych zaprojektowane w celu symulacji pomiarów, które byłyby wykonywane w przestrzeni kosmicznej. Oznacza to, że wszystkie fale odbite od pobliskich obiektów i ziemi (które są niepożądane) są tłumione w jak największym stopniu. Najpopularniejszymi seriami wolnoprzestrzennymi są komory bezechowe, kuchnie podwyższone i serie kompaktowe.
Komory bezechowe
Komory bezechowe to zasięgi anten wewnętrznych. Ściany, sufity i podłoga wyłożone są specjalnym materiałem pochłaniającym fale elektromagnetyczne. Pożądane są strzelnice wewnętrzne, ponieważ warunki testowe mogą być znacznie ściślej kontrolowane niż na strzelnicach zewnętrznych. Materiał ma często postrzępiony kształt, co czyni te komory dość interesującymi do zobaczenia. Postrzępione kształty trójkątów są zaprojektowane w taki sposób, że to, co się od nich odbija, ma tendencję do rozprzestrzeniania się w przypadkowych kierunkach, a to, co jest zsumowane ze wszystkich przypadkowych odbić, ma tendencję do dodawania się niespójnego i w ten sposób jest jeszcze bardziej tłumione. Zdjęcie komory bezechowej pokazano na poniższym rysunku wraz z niektórymi urządzeniami testowymi:
(Zdjęcie przedstawia test anteny RFMISO)
Wadą komór bezechowych jest to, że często muszą być dość duże. Często anteny muszą być oddalone od siebie o co najmniej kilka długości fal, aby symulować warunki dalekiego pola. Dlatego w przypadku niższych częstotliwości i dużych długości fal potrzebujemy bardzo dużych komór, ale koszty i ograniczenia praktyczne często ograniczają ich rozmiar. Wiadomo, że niektóre firmy wykonawcze w dziedzinie obronności, które mierzą przekrój poprzeczny radaru dużych samolotów lub innych obiektów, mają komory bezechowe wielkości boisk do koszykówki, chociaż nie jest to zwyczajne. Uniwersytety posiadające komory bezechowe zazwyczaj mają komory o długości, szerokości i wysokości 3–5 metrów. Ze względu na ograniczenia dotyczące rozmiaru oraz fakt, że materiał pochłaniający fale radiowe zwykle najlepiej sprawdza się w paśmie UHF i wyższych, komory bezechowe są najczęściej używane dla częstotliwości powyżej 300 MHz.
Podwyższone zakresy
Wyżyny podwyższone to wybiegi zewnętrzne. W tej konfiguracji testowane źródło i antena są zamontowane nad ziemią. Anteny te mogą być umieszczone na górach, wieżach, budynkach lub w dowolnym miejscu, które uzna się za odpowiednie. Robi się to często w przypadku bardzo dużych anten lub przy niskich częstotliwościach (VHF i poniżej, <100 MHz), gdzie pomiary w pomieszczeniach byłyby trudne do wykonania. Podstawowy schemat podwyższonego zasięgu pokazano na rysunku 2.
Rysunek 2. Ilustracja zwiększonego zasięgu.
Antena źródłowa (lub antena referencyjna) niekoniecznie znajduje się na większej wysokości niż antena testowa, po prostu pokazałem to tutaj. Linia widoczności (LOS) pomiędzy dwiema antenami (przedstawiona przez czarny promień na rysunku 2) nie może być zasłonięta. Wszelkie inne odbicia (takie jak promień czerwony odbity od ziemi) są niepożądane. W przypadku podwyższonych zasięgów, po ustaleniu lokalizacji źródła i anteny testowej, operatorzy testu określają, gdzie wystąpią znaczące odbicia i próbują zminimalizować odbicia od tych powierzchni. Często wykorzystuje się w tym celu materiał pochłaniający fale radiowe lub inny materiał odchylający promienie od anteny testowej.
Seria kompaktowa
Antena źródłowa musi być umieszczona w dalekim polu anteny testowej. Powodem jest to, że fala odbierana przez antenę testową powinna być falą płaską, aby zapewnić maksymalną dokładność. Ponieważ anteny emitują fale sferyczne, antena musi znajdować się na tyle daleko, aby fala wypromieniowana z anteny źródłowej była w przybliżeniu falą płaską – patrz rysunek 3.
Rysunek 3. Antena źródłowa emituje falę o sferycznym czole fali.
Jednakże w przypadku komór wewnętrznych separacja często nie jest wystarczająca, aby to osiągnąć. Jedną z metod rozwiązania tego problemu jest zastosowanie kompaktowej gamy. W tej metodzie antena źródłowa jest skierowana w stronę reflektora, którego kształt jest zaprojektowany tak, aby odbijał falę sferyczną w sposób w przybliżeniu płaski. Jest to bardzo podobne do zasady działania anteny talerzowej. Podstawową operację pokazano na rysunku 4.
Rysunek 4. Zasięg kompaktowy – fale sferyczne z anteny źródłowej są odbijane jako płaskie (skolimowane).
Zwykle pożądane jest, aby długość reflektora parabolicznego była kilkukrotnie większa niż długość anteny testowej. Antena źródłowa na rysunku 4 jest przesunięta w stosunku do reflektora, tak aby nie przeszkadzała promieniom odbitym. Należy także zachować ostrożność, aby zapobiec bezpośredniemu promieniowaniu (wzajemnemu sprzężeniu) z anteny źródłowej do anteny testowej.
Czas publikacji: 03 stycznia 2024 r
