AntenaMērīšana ir antenas veiktspējas un raksturlielumu kvantitatīvas novērtēšanas un analīzes process. Izmantojot īpašu testa aprīkojumu un mērīšanas metodes, mēs izmērām antenas pastiprinājumu, starojuma modeli, stāvviļņu attiecību, frekvences raksturlīkni un citus parametrus, lai pārbaudītu, vai antenas konstrukcijas specifikācijas atbilst prasībām, pārbaudītu antenas veiktspēju un sniegtu uzlabošanas ieteikumus. Antenas mērījumu rezultātus un datus var izmantot, lai novērtētu antenas veiktspēju, optimizētu konstrukcijas, uzlabotu sistēmas veiktspēju un sniegtu norādījumus un atsauksmes antenu ražotājiem un lietojumprogrammu inženieriem.
Nepieciešamais aprīkojums antenas mērījumiem
Antenas testēšanai visfundamentālākā ierīce ir VNA. Vienkāršākais VNA veids ir 1 porta VNA, kas spēj izmērīt antenas impedanci.
Antenas starojuma diagrammas, pastiprinājuma un efektivitātes mērīšana ir sarežģītāka un prasa daudz vairāk aprīkojuma. Mērāmo antenu sauksim par AUT, kas apzīmē Antenna Under Test (Antenna testēšanas laikā). Antenas mērījumiem nepieciešamais aprīkojums ietver:
Atskaites antena - antena ar zināmām īpašībām (pastiprinājumu, diagrammu utt.)
RF jaudas raidītājs — veids, kā ievadīt enerģiju AUT [Antenna testēšanas laikā]
Uztvērēja sistēma — tā nosaka, cik daudz jaudas saņem atsauces antena.
Pozicionēšanas sistēma — šī sistēma tiek izmantota, lai pagrieztu testa antenu attiecībā pret avota antenu un mērītu starojuma modeli kā leņķa funkciju.
Iepriekš minētās iekārtas blokshēma ir parādīta 1. attēlā.
1. attēls. Nepieciešamās antenas mērīšanas aprīkojuma shēma.
Šīs sastāvdaļas tiks īsi aplūkotas. Atsauces antenai, protams, ir labi jāizstaro vēlamajā testa frekvencē. Atsauces antenas bieži vien ir divējādi polarizētas ragu antenas, lai horizontālo un vertikālo polarizāciju varētu izmērīt vienlaikus.
Raidīšanas sistēmai jāspēj izvadīt stabilu, zināmu jaudas līmeni. Izejas frekvencei jābūt arī regulējamai (izvēlei) un samērā stabilai (stabils nozīmē, ka frekvence, ko saņemat no raidītāja, ir tuvu vēlamajai frekvencei un daudz nemainās atkarībā no temperatūras). Raidītājam visās pārējās frekvencēs jābūt ļoti mazai enerģijai (ārpus vēlamās frekvences vienmēr būs zināma enerģija, bet, piemēram, harmonikās nevajadzētu būt daudz enerģijas).
Uztveršanas sistēmai vienkārši jānosaka, cik daudz jaudas tiek saņemts no testa antenas. To var izdarīt, izmantojot vienkāršu jaudas mērītāju, kas ir ierīce RF (radiofrekvences) jaudas mērīšanai un ko var tieši savienot ar antenas spailēm, izmantojot pārraides līniju (piemēram, koaksiālo kabeli ar N tipa vai SMA savienotājiem). Parasti uztvērējs ir 50 omu sistēma, bet var būt arī cita pretestība, ja norādīts.
Ņemiet vērā, ka raidīšanas/uztveršanas sistēmu bieži aizstāj ar VNA. S21 mērījums pārraida frekvenci no 1. porta un reģistrē saņemto jaudu 2. portā. Tādēļ VNA ir labi piemērots šim uzdevumam; tomēr tā nav vienīgā metode šī uzdevuma veikšanai.
Pozicionēšanas sistēma kontrolē testa antenas orientāciju. Tā kā mēs vēlamies izmērīt testa antenas starojuma modeli kā leņķa funkciju (parasti sfēriskās koordinātēs), mums ir jāpagriež testa antena tā, lai avota antena apgaismotu testa antenu no visiem iespējamiem leņķiem. Šim nolūkam tiek izmantota pozicionēšanas sistēma. 1. attēlā mēs parādām AUT rotāciju. Ņemiet vērā, ka šo rotāciju var veikt dažādos veidos; dažreiz tiek pagriezta atsauces antena, bet dažreiz tiek pagrieztas gan atsauces, gan AUT antenas.
Tagad, kad mums ir viss nepieciešamais aprīkojums, mēs varam apspriest, kur veikt mērījumus.
Kur ir laba vieta antenas mērījumiem? Varbūt jūs vēlētos to darīt savā garāžā, bet atstarojumi no sienām, griestiem un grīdas padarītu jūsu mērījumus neprecīzus. Ideāla vieta antenas mērījumu veikšanai ir kaut kur kosmosā, kur nevar rasties atstarojumi. Tomēr, tā kā kosmosa ceļojumi pašlaik ir pārāk dārgi, mēs koncentrēsimies uz mērījumu vietām, kas atrodas uz Zemes virsmas. Bezatbalss kameru var izmantot, lai izolētu antenas testa iekārtu, vienlaikus absorbējot atstaroto enerģiju ar RF absorbējošām putām.
Brīvās telpas diapazoni (bezatbalss kameras)
Brīvās telpas diapazoni ir antenas mērījumu vietas, kas paredzētas, lai simulētu mērījumus, kas tiktu veikti kosmosā. Tas nozīmē, ka visi atstarotie viļņi no tuvumā esošiem objektiem un zemes (kas ir nevēlami) tiek pēc iespējas vairāk apslāpēti. Populārākie brīvās telpas diapazoni ir bezatbalss kameras, paaugstināti diapazoni un kompaktie diapazoni.
Bezatbalss kameras
Bezatbalss kameras ir iekštelpu antenu diapazoni. Sienas, griesti un grīda ir izklāta ar īpašu elektromagnētiskos viļņus absorbējošu materiālu. Iekštelpu diapazoni ir vēlami, jo testa apstākļus var daudz stingrāk kontrolēt nekā āra diapazonos. Materiālam bieži vien ir arī robaina forma, padarot šīs kameras diezgan interesantas. Robainās trīsstūra formas ir veidotas tā, lai no tām atstarotais signāls izplatītos nejaušos virzienos, un tas, kas summējas no visiem nejaušajiem atstarojumiem, parasti summējas nesakarīgi un tādējādi tiek vēl vairāk nomākts. Bezatbalss kameras attēls ir parādīts šajā attēlā kopā ar dažām testa iekārtām:
(Attēlā redzams RFMISO antenas tests)
Bezatbalss kameru trūkums ir tas, ka tām bieži vien ir jābūt diezgan lielām. Bieži vien antenām jāatrodas vismaz vairāku viļņu garumu attālumā vienai no otras, lai simulētu tālā lauka apstākļus. Tādēļ zemākām frekvencēm ar lieliem viļņu garumiem mums ir nepieciešamas ļoti lielas kameras, taču izmaksas un praktiski ierobežojumi bieži vien ierobežo to izmēru. Ir zināms, ka dažiem aizsardzības līgumslēdzējiem, kas mēra lielu lidmašīnu vai citu objektu radara šķērsgriezumu, ir bezatbalss kameras basketbola laukumu lielumā, lai gan tas nav ierasts. Universitātēm ar bezatbalss kamerām parasti ir kameras, kuru garums, platums un augstums ir 3–5 metri. Izmēra ierobežojuma dēļ un tāpēc, ka RF absorbējošs materiāls parasti vislabāk darbojas UHF un augstākā frekvencē, bezatbalss kameras visbiežāk izmanto frekvencēm virs 300 MHz.
Paaugstinātas grēdas
Paaugstinātie diapazoni ir āra diapazoni. Šajā iestatījumā testējamais avots un antena ir uzstādīti virs zemes. Šīs antenas var atrasties kalnos, torņos, ēkās vai jebkur citur, kur tas ir piemērots. To bieži dara ļoti lielām antenām vai zemās frekvencēs (VHF un zemāk, <100 MHz), kur iekštelpu mērījumi būtu sarežģīti. Paaugstināta diapazona pamata diagramma ir parādīta 2. attēlā.
2. attēls. Paaugstināta diapazona ilustrācija.
Avota antena (vai atskaites antena) ne vienmēr atrodas augstākā augstumā nekā testa antena, es to šeit vienkārši parādīju. Redzamības līnijai (LOS) starp abām antenām (2. attēlā redzamais melnais stars) jābūt netraucētai. Visi pārējie atstarojumi (piemēram, no zemes atstarotais sarkanais stars) ir nevēlami. Augstos diapazonos, kad ir noteikta avota un testa antenas atrašanās vieta, testa operatori nosaka, kur notiks būtiski atstarojumi, un cenšas samazināt atstarojumus no šīm virsmām. Bieži vien šim nolūkam tiek izmantots RF absorbējošs materiāls vai cits materiāls, kas novirza starus prom no testa antenas.
Kompakti diapazoni
Avota antena jānovieto testa antenas tālajā laukā. Iemesls ir tāds, ka testa antenas uztvertajam vilnim jābūt plakanam vilnim, lai nodrošinātu maksimālu precizitāti. Tā kā antenas izstaro sfēriskus viļņus, antenai jāatrodas pietiekami tālu, lai no avota antenas izstarotais vilnis būtu aptuveni plakans vilnis — skatīt 3. attēlu.
3. attēls. Avota antena izstaro vilni ar sfērisku viļņu fronti.
Tomēr iekštelpu kamerās bieži vien nav pietiekama attāluma, lai to panāktu. Viena no metodēm šīs problēmas risināšanai ir kompakta diapazona izmantošana. Šajā metodē avota antena ir orientēta uz reflektoru, kura forma ir paredzēta sfēriskā viļņa atstarošanai aptuveni plaknē. Tas ir ļoti līdzīgs principam, pēc kura darbojas paraugantena. Pamata darbība ir parādīta 4. attēlā.
4. attēls. Kompakts diapazons — no avota antenas atstarotie sfēriskie viļņi tiek atstaroti plaknē (kolimēti).
Paraboliskā reflektora garumam parasti ir jābūt vairākas reizes lielākam par testa antenas garumu. 4. attēlā redzamā avota antena ir nobīdīta no reflektora tā, lai tā netraucētu atstarotajiem stariem. Jāievēro arī piesardzība, lai novērstu jebkādu tiešu starojumu (savstarpēju sasaisti) no avota antenas uz testa antenu.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 3. janvāris
