антенаВимірювання – це процес кількісної оцінки та аналізу продуктивності та характеристик антени. Використовуючи спеціальне випробувальне обладнання та методи вимірювання, ми вимірюємо посилення, діаграму спрямованості, коефіцієнт стоячої хвилі, частотну характеристику та інші параметри антени, щоб перевірити, чи відповідають конструктивні характеристики антени вимогам, перевірити характеристики антени та надати пропозиції щодо покращення. Результати та дані вимірювань антени можна використовувати для оцінки продуктивності антени, оптимізації дизайну, покращення продуктивності системи, а також надання вказівок і відгуків виробникам антен та інженерам із застосування.
Обладнання, необхідне для вимірювання антени
Для тестування антени найосновнішим пристроєм є аналізатор аналізаторів аналізатора (VNA). Найпростішим типом аналізатора аналізаторів аналізатора (VNA) є 1-портовий аналізатор аналізаторів аналізатора (VNA), який здатний вимірювати опір антени.
Вимірювання діаграми спрямованості, коефіцієнта підсилення та ефективності антени є складнішим і потребує набагато більше обладнання. Ми називатимемо антену для вимірювання AUT, що розшифровується як Antenna Under Test. Необхідне обладнання для вимірювання антени включає:
Еталонна антена - антена з відомими характеристиками (підсиленням, діаграмою спрямованості тощо).
Радіочастотний передавач потужності – спосіб введення енергії в AUT [Антена під час тестування]
Система приймача – це визначає, яку потужність отримує опорна антена
Система позиціонування. Ця система використовується для обертання тестової антени відносно антени джерела, щоб виміряти діаграму спрямованості як функцію кута.
Блок-схема вищевказаного обладнання показана на рисунку 1.
Рисунок 1. Схема необхідного обладнання для вимірювання антени.
Ці компоненти будуть коротко обговорені. Еталонна антена, звичайно, повинна добре випромінювати на бажаній тестовій частоті. Еталонними антенами часто є рупорні антени з подвійною поляризацією, так що горизонтальну та вертикальну поляризацію можна вимірювати одночасно.
Система передачі повинна бути здатна видавати стабільний відомий рівень потужності. Вихідна частота також має бути настроюваною (можна вибирати) і достатньо стабільною (стабільна означає, що частота, яку ви отримуєте від передавача, близька до бажаної частоти, не сильно змінюється залежно від температури). Передавач повинен містити дуже мало енергії на всіх інших частотах (за межами бажаної частоти завжди буде деяка енергія, але на гармоніках, наприклад, не повинно бути багато енергії).
Приймальна система просто повинна визначити, яку потужність отримує тестова антена. Це можна зробити за допомогою простого вимірювача потужності, який є пристроєм для вимірювання РЧ (радіочастотної) потужності, який можна підключити безпосередньо до терміналів антени через лінію передачі (наприклад, коаксіальний кабель із роз’ємами N-типу або SMA). Зазвичай приймач є системою 50 Ом, але може мати інший опір, якщо вказано.
Зверніть увагу, що система прийому/передачі часто замінюється на VNA. Вимірювання S21 передає частоту з порту 1 і записує отриману потужність на порт 2. Отже, VNA добре підходить для цього завдання; однак це не єдиний спосіб виконання цього завдання.
Система позиціонування контролює орієнтацію тестової антени. Оскільки ми хочемо виміряти діаграму спрямованості тестової антени як функцію кута (зазвичай у сферичних координатах), нам потрібно повернути тестову антену так, щоб антена-джерело освітлювала тестову антену з усіх можливих кутів. Для цього використовується система позиціонування. На малюнку 1 показано обертання AUT. Зауважте, що є багато способів виконати це обертання; іноді опорна антена обертається, а іноді і опорна, і AUT антени обертаються.
Тепер, коли у нас є все необхідне обладнання, ми можемо обговорити, де проводити вимірювання.
Де є хороше місце для наших вимірювань антени? Можливо, ви хотіли б зробити це у своєму гаражі, але відблиски від стін, стелі та підлоги зробили б ваші вимірювання неточними. Ідеальним місцем для проведення вимірювань антени є десь у відкритому космосі, де не може виникнути відбиття. Однак, оскільки космічні подорожі зараз непомірно дорогі, ми зосередимося на місцях вимірювання, які знаходяться на поверхні Землі. Безехову камеру можна використовувати для ізоляції тестової установки антени під час поглинання відбитої енергії піною, що поглинає РЧ.
Діапазони вільного простору (безехові камери)
Діапазони вільного простору – це місця вимірювання антени, призначені для імітації вимірювань, які будуть виконуватися в космосі. Тобто всі хвилі, відбиті від навколишніх предметів і землі (що небажано), максимально пригнічуються. Найпопулярніші діапазони вільного простору - це безехові камери, підвищені діапазони та компактний діапазон.
Безехові камери
Безехові камери – це діапазони кімнатної антени. Стіни, стеля і підлога облицьовані спеціальним матеріалом, що поглинає електромагнітні хвилі. Внутрішні полігони є бажаними, тому що умови випробувань можна контролювати набагато суворіше, ніж на відкритих полігонах. Матеріал також часто має зубчасту форму, що робить ці камери досить цікавими для огляду. Зубчасті трикутники сконструйовані таким чином, що те, що відбивається від них, має тенденцію поширюватися у випадкових напрямках, а те, що складається з усіх випадкових відображень, має тенденцію до некогерентного додавання і, таким чином, далі пригнічується. Зображення безехової камери показано на наступному малюнку разом із деяким тестовим обладнанням:
(На малюнку показано тестування антени RFMISO)
Недоліком безехових камер є те, що вони часто мають бути досить великими. Часто для імітації умов дальнього поля антени повинні бути розташовані на відстані принаймні кількох довжин хвиль одна від одної. Отже, для нижчих частот із великою довжиною хвилі нам потрібні дуже великі камери, але вартість і практичні обмеження часто обмежують їх розмір. Відомо, що деякі оборонні підрядні компанії, які вимірюють радарний поперечний переріз великих літаків або інших об’єктів, мають безехові камери розміром з баскетбольні майданчики, хоча це не звичайне явище. Університети з безеховими камерами зазвичай мають камери довжиною, шириною та висотою 3-5 метрів. Через обмеження розміру та матеріал, що поглинає РЧ, як правило, найкраще працює на УВЧ і вище, безехові камери найчастіше використовуються для частот вище 300 МГц.
Підвищені хребти
Elevated Ranges — це полігони на відкритому повітрі. У цій установці джерело й антена, що тестуються, встановлені над землею. Ці антени можуть бути на горах, вежах, будівлях або де завгодно. Це часто робиться для дуже великих антен або на низьких частотах (VHF і нижче, <100 МГц), де вимірювання в приміщенні було б неможливим. Основна діаграма підвищеного діапазону показана на малюнку 2.
Малюнок 2. Ілюстрація підвищеного діапазону.
Антена-джерело (або опорна антена) не обов’язково знаходиться на вищій висоті, ніж тестова антена, я просто показав це тут. На лінії видимості (LOS) між двома антенами (показаними чорним променем на малюнку 2) не повинно бути перешкод. Всі інші відображення (наприклад, червоний промінь, відбитий від землі) небажані. Для підвищених діапазонів, як тільки джерело та місце розташування тестової антени визначено, оператори випробування визначають, де виникнуть значні відбиття, і намагаються мінімізувати відбиття від цих поверхонь. Часто для цієї мети використовується матеріал, що поглинає радіочастоту, або інший матеріал, який відхиляє промені від тестової антени.
Компактні діапазони
Антена-джерело повинна бути розміщена в дальній зоні тестової антени. Причина полягає в тому, що для максимальної точності хвиля, яку приймає тестова антена, має бути плоскою. Оскільки антени випромінюють сферичні хвилі, антена повинна бути розташована на достатній відстані, щоб хвиля, що випромінюється від антени-джерела, була приблизно плоскою хвилею - див. Малюнок 3.
Рисунок 3. Антена-джерело випромінює хвилю зі сферичним хвильовим фронтом.
Однак для внутрішніх камер часто недостатньо розділення, щоб досягти цього. Одним із методів вирішення цієї проблеми є використання компактного асортименту. У цьому методі вихідна антена орієнтована на відбивач, форма якого призначена для відображення сферичної хвилі приблизно в площині. Це дуже схоже на принцип, за яким працює тарілка. Основна операція показана на малюнку 4.
Малюнок 4. Компактний діапазон - сферичні хвилі від вихідної антени відбиваються, щоб бути плоскими (колімованими).
Зазвичай бажано, щоб довжина параболічного рефлектора була в декілька разів більшою, ніж тестова антена. Антена-джерело на малюнку 4 зміщена від рефлектора, щоб вона не заважала відбитим променям. Необхідно також дотримуватися обережності, щоб уникнути прямого випромінювання (взаємного зв’язку) від антени-джерела до випробувальної антени.
Час публікації: 3 січня 2024 р
