Antenapomiar to proces ilościowej oceny i analizy wydajności i charakterystyk anteny. Używając specjalistycznego sprzętu testowego i metod pomiarowych, mierzymy wzmocnienie, wzór promieniowania, współczynnik fali stojącej, odpowiedź częstotliwościową i inne parametry anteny, aby sprawdzić, czy specyfikacje projektowe anteny spełniają wymagania, sprawdzamy wydajność anteny i przedstawiamy sugestie ulepszeń. Wyniki i dane z pomiarów anten 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 antenowych
Do testowania anten najbardziej podstawowym urządzeniem jest analizator wektorów (VNA). Najprostszym typem analizatora wektorów (VNA) jest analizator wektorów z 1 portem, za pomocą którego można zmierzyć impedancję anteny.
Pomiar charakterystyki promieniowania, wzmocnienia i wydajności anteny jest trudniejszy i wymaga znacznie więcej sprzętu. Antenę, która ma zostać zmierzona, nazwiemy AUT, co oznacza Antenna Under Test (Antena pod Testem). Wymagany sprzęt do pomiarów anten obejmuje:
Antena odniesienia – antena o znanych parametrach (zysk, charakterystyka itp.)
Nadajnik mocy RF – sposób wprowadzania energii do AUT [antena w trakcie testu]
System odbiorczy – określa, ile mocy otrzymuje antena referencyjna
System pozycjonowania – System ten służy do obracania anteny testowej względem anteny źródłowej w celu pomiaru charakterystyki promieniowania jako funkcji kąta.
Schemat blokowy powyższego sprzętu pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1. Schemat niezbędnego sprzętu do pomiaru anten.
Te komponenty zostaną krótko omówione. Antena referencyjna powinna oczywiście dobrze promieniować przy pożądanej częstotliwości testowej. Anteny referencyjne są często antenami tubowymi o podwójnej polaryzacji, dzięki czemu polaryzację poziomą i pionową można mierzyć w tym samym czasie.
System nadawczy powinien być zdolny do wyprowadzania stabilnego, znanego poziomu mocy. Częstotliwość wyjściowa powinna być również dostrajalna (wybieralna) i w miarę stabilna (stabilna oznacza, że częstotliwość, którą otrzymujesz z nadajnika, jest zbliżona do częstotliwości, której chcesz, i nie zmienia się zbytnio wraz z temperaturą). Nadajnik powinien zawierać bardzo mało energii przy wszystkich innych częstotliwościach (zawsze będzie jakaś energia poza pożądaną częstotliwością, ale nie powinno być dużo energii przy harmonicznych, na przykład).
System odbiorczy musi po prostu określić, ile mocy jest odbierane 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 pomocą linii transmisyjnej (takiej jak kabel koncentryczny ze złączami typu N lub SMA). Zazwyczaj odbiornik jest systemem 50 Ohm, ale może mieć inną impedancję, jeśli jest określona.
Należy zauważyć, że system nadawczo-odbiorczy jest często zastępowany przez VNA. Pomiar S21 przesyła częstotliwość z portu 1 i rejestruje odebraną moc w porcie 2. Stąd VNA jest dobrze przystosowany do tego zadania; jednak nie jest to jedyna metoda wykonywania tego zadania.
System pozycjonowania kontroluje orientację anteny testowej. Ponieważ chcemy zmierzyć wzór promieniowania anteny testowej jako funkcję kąta (zwykle we współrzędnych sferycznych), musimy obrócić antenę testową tak, aby antena źródłowa oświetlała antenę testową z każdego możliwego kąta. W tym celu stosuje się system pozycjonowania. Na rysunku 1 pokazujemy obracanie AUT. Należy zauważyć, że istnieje wiele sposobów wykonania tego obrotu; czasami obracana jest antena odniesienia, a czasami obracane są zarówno antena odniesienia, jak i AUT.
Teraz, gdy mamy już cały niezbędny 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 pomiary byłyby niedokładne. Idealnym miejscem do wykonywania pomiarów anten jest przestrzeń kosmiczna, gdzie nie mogą wystąpić żadne odbicia. Jednak ponieważ podróże kosmiczne są obecnie niezwykle drogie, skupimy się na miejscach pomiarowych, które znajdują się na powierzchni Ziemi. Komora bezechowa może być używana do izolowania konfiguracji testowej anteny, jednocześnie pochłaniając odbitą energię za pomocą pianki pochłaniającej RF.
Komory bezechowe (przestrzenie wolne)
Zakresy wolnej przestrzeni to lokalizacje pomiarów antenowych zaprojektowane w celu symulacji pomiarów, które byłyby wykonywane w kosmosie. Oznacza to, że wszystkie odbite fale od pobliskich obiektów i ziemi (które są niepożądane) są tłumione w jak największym stopniu. Najpopularniejszymi zakresami wolnej przestrzeni są komory bezechowe, zakresy podwyższone i zakres kompaktowy.
Komory bezechowe
Komory bezechowe to wewnętrzne pasma antenowe. Ściany, sufity i podłoga są wyłożone specjalnym materiałem pochłaniającym fale elektromagnetyczne. Pasma wewnętrzne są pożądane, ponieważ warunki testowe można znacznie ściślej kontrolować niż w przypadku pasm zewnętrznych. Materiał jest często również ząbkowany, co sprawia, że te komory są dość interesujące do oglądania. Ząbkowane trójkątne kształty są zaprojektowane tak, że to, co jest od nich odbijane, ma tendencję do rozprzestrzeniania się w losowych kierunkach, a to, co jest dodawane ze wszystkich losowych odbić, ma tendencję do dodawania się niespójnie i jest w ten sposób jeszcze bardziej tłumione. Zdjęcie komory bezechowej pokazano na poniższym rysunku, wraz z niektórymi urządzeniami testowymi:
(Na zdjęciu widoczny jest 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 o dużych długościach fal potrzebujemy bardzo dużych komór, ale koszty i ograniczenia praktyczne często ograniczają ich rozmiar. Wiadomo, że niektóre firmy kontraktowe z branży obronnej, które mierzą przekrój radarowy dużych samolotów lub innych obiektów, mają komory bezechowe wielkości boisk do koszykówki, chociaż nie jest to powszechne. Uniwersytety z komorami bezechowymi mają zazwyczaj komory o długości, szerokości i wysokości 3-5 metrów. Ze względu na ograniczenia rozmiaru i ponieważ materiał pochłaniający RF zazwyczaj najlepiej działa w zakresie UHF i wyższych, komory bezechowe są najczęściej używane w przypadku częstotliwości powyżej 300 MHz.
Podwyższone zakresy
Zakresy podwyższone to zakresy zewnętrzne. W tym ustawieniu źródło i antena poddawana testowi są zamontowane nad ziemią. Te anteny mogą znajdować się na górach, wieżach, budynkach lub gdziekolwiek, gdzie uzna się to za odpowiednie. Często robi się to w przypadku bardzo dużych anten lub przy niskich częstotliwościach (VHF i poniżej, <100 MHz), gdzie pomiary w pomieszczeniach byłyby trudne do wykonania. Podstawowy schemat zakresu podwyższonego pokazano na rysunku 2.
Rysunek 2. Ilustracja podwyższonego zakresu.
Antena źródłowa (lub antena odniesienia) niekoniecznie znajduje się na wyższej wysokości niż antena testowa, pokazałem to tutaj w ten sposób. Linia widzenia (LOS) między dwiema antenami (przedstawiona czarnym promieniem na rysunku 2) musi być niezakłócona. Wszystkie inne odbicia (takie jak czerwony promień odbity od ziemi) są niepożądane. W przypadku podwyższonych zasięgów, po ustaleniu lokalizacji źródła i anteny testowej, operatorzy testu ustalają, gdzie wystąpią znaczące odbicia, i próbują zminimalizować odbicia od tych powierzchni. Często w tym celu stosuje się materiał pochłaniający fale radiowe lub inny materiał, który odchyla promienie od anteny testowej.
Kompaktowe zakresy
Antena źródłowa musi być umieszczona w dalekim polu anteny testowej. Powodem jest to, że fala odbierana przez antenę testową powinna być falą płaską, aby uzyskać maksymalną dokładność. Ponieważ anteny emitują fale sferyczne, antena musi być wystarczająco daleko, aby fala emitowana z anteny źródłowej była w przybliżeniu falą płaską - patrz Rysunek 3.
Rysunek 3. Antena źródłowa emituje falę o kulistym froncie fali.
Jednak w przypadku komór wewnętrznych często nie ma wystarczającej separacji, aby to osiągnąć. Jedną z metod rozwiązania tego problemu jest kompaktowy zakres. W tej metodzie antena źródłowa jest zorientowana w stronę reflektora, którego kształt jest zaprojektowany tak, aby odbijać falę sferyczną w sposób mniej więcej planarny. Jest to bardzo podobne do zasady działania anteny talerzowej. Podstawową operację pokazano na rysunku 4.
Rysunek 4. Zasięg kompaktowy – fale sferyczne odbite od anteny źródłowej są płaskie (skolimowane).
Długość reflektora parabolicznego jest zazwyczaj pożądana, aby była kilkakrotnie większa od anteny testowej. Antena źródłowa na rysunku 4 jest przesunięta względem reflektora, tak aby nie przeszkadzała odbitym promieniom. Należy również zachować ostrożność, aby zapobiec bezpośredniemu promieniowaniu (wzajemnemu sprzężeniu) z anteny źródłowej do anteny testowej.
Czas publikacji: 03-01-2024
