AnténaMěření je proces kvantitativního hodnocení a analýzy výkonu a charakteristik antény. Pomocí speciálního testovacího zařízení a měřicích metod měříme zisk, vyzařovací diagram, poměr stojatých vln, frekvenční odezvu a další parametry antény, abychom ověřili, zda konstrukční specifikace antény splňují požadavky, zkontrolovali výkon antény a poskytli návrhy na zlepšení. Výsledky a data z měření antény lze použít k vyhodnocení výkonu antény, optimalizaci návrhů, zlepšení výkonu systému a poskytování pokynů a zpětné vazby výrobcům antén a aplikačním inženýrům.
Požadované vybavení pro měření antén
Pro testování antén je nejzákladnějším zařízením VNA. Nejjednodušším typem VNA je 1portový VNA, který je schopen měřit impedanci antény.
Měření vyzařovacího diagramu, zisku a účinnosti antény je obtížnější a vyžaduje mnohem více vybavení. Anténu, která má být měřena, budeme nazývat AUT, což je zkratka pro Antenna Under Test (Testovaná anténa). Mezi potřebné vybavení pro měření antény patří:
Referenční anténa - anténa se známými charakteristikami (zisk, diagram atd.)
Vysílač RF výkonu - způsob vstřikování energie do testované antény [AUT]
Přijímací systém - Ten určuje, kolik energie přijímá referenční anténa
Polohovací systém - Tento systém se používá k otáčení testovací antény vzhledem ke zdrojové anténě a k měření vyzařovacího diagramu v závislosti na úhlu.
Blokové schéma výše uvedeného zařízení je znázorněno na obrázku 1.
Obrázek 1. Schéma požadovaného měřicího zařízení antény.
Tyto komponenty budou stručně probrány. Referenční anténa by samozřejmě měla dobře vyzařovat na požadované testovací frekvenci. Referenční antény jsou často duálně polarizované trychtýřové antény, takže lze současně měřit horizontální a vertikální polarizaci.
Vysílací systém by měl být schopen dodávat stabilní známý výkon. Výstupní frekvence by měla být také laditelná (volitelná) a přiměřeně stabilní (stabilní znamená, že frekvence, kterou získáte z vysílače, se blíží požadované frekvenci a příliš se nemění s teplotou). Vysílač by měl na všech ostatních frekvencích obsahovat velmi málo energie (mimo požadovanou frekvenci bude vždy nějaká energie, ale například na harmonických by nemělo být mnoho energie).
Přijímací systém jednoduše potřebuje určit, kolik energie přijímá z testované antény. To lze provést pomocí jednoduchého měřiče výkonu, což je zařízení pro měření RF (rádiové frekvence) výkonu a lze jej připojit přímo ke svorkám antény pomocí přenosového vedení (například koaxiálního kabelu s konektory typu N nebo SMA). Přijímač je obvykle 50ohmový systém, ale může mít i jinou impedanci, pokud je specifikována.
Všimněte si, že systém vysílání/příjmu je často nahrazen vizuálním analýzovým adaptérem (VNA). Měření S21 vysílá frekvenci z portu 1 a zaznamenává přijímaný výkon na portu 2. VNA je proto pro tento úkol vhodný; není to však jediná metoda pro jeho provedení.
Polohovací systém řídí orientaci testované antény. Protože chceme měřit vyzařovací diagram testované antény jako funkci úhlu (obvykle ve sférických souřadnicích), musíme testovanou anténu otočit tak, aby zdrojová anténa osvětlovala testovanou anténu ze všech možných úhlů. K tomuto účelu se používá polohovací systém. Na obrázku 1 ukazujeme otáčení testovací antény (AUT). Všimněte si, že existuje mnoho způsobů, jak toto otáčení provést; někdy se otáčí referenční anténa a někdy se otáčí jak referenční, tak i AUT anténa.
Nyní, když máme veškeré potřebné vybavení, můžeme probrat, kde provést měření.
Kde je vhodné místo pro měření antény? Možná byste to chtěli udělat ve své garáži, ale odrazy od stěn, stropů a podlahy by vaše měření učinily nepřesnými. Ideální místo pro provedení měření antény je někde ve vesmíru, kde k žádným odrazům nedochází. Protože je však cestování vesmírem v současné době neúnosně drahé, zaměříme se na místa měření, která se nacházejí na povrchu Země. K izolaci testovacího uspořádání antény lze použít bezodrazovou komoru, která absorbuje odraženou energii pomocí pěny absorbující rádiové frekvence.
Volné prostorové rozsahy (bezodrazové komory)
Rozsahy ve volném prostoru jsou anténní měřicí místa navržená k simulaci měření, která by se prováděla ve vesmíru. To znamená, že všechny odražené vlny od blízkých objektů a země (které jsou nežádoucí) jsou co nejvíce potlačeny. Nejoblíbenějšími rozsahy ve volném prostoru jsou bezodrazové komory, vyvýšené rozsahy a kompaktní rozsahy.
Bezodrazové komory
Bezodrazové komory jsou vnitřní anténní dosahy. Stěny, stropy a podlaha jsou obloženy speciálním materiálem pohlcujícím elektromagnetické vlny. Vnitřní dosahy jsou žádoucí, protože testovací podmínky lze mnohem přesněji kontrolovat než u venkovních dosahů. Materiál má také často zubatý tvar, což činí tyto komory docela zajímavými na pohled. Zubaté trojúhelníkové tvary jsou navrženy tak, aby to, co se od nich odráží, mělo tendenci se šířit náhodnými směry a to, co se sečte ze všech náhodných odrazů, má tendenci se sčítat nekoherentně, a proto je dále potlačeno. Obrázek bezodrazové komory je zobrazen na následujícím obrázku spolu s některým testovacím vybavením:
(Obrázek ukazuje test antény RFMISO)
Nevýhodou bezodrazových komor je, že často musí být poměrně velké. Antény musí být od sebe často vzdáleny minimálně několik vlnových délek, aby simulovaly podmínky vzdáleného pole. Pro nižší frekvence s velkými vlnovými délkami tedy potřebujeme velmi velké komory, ale jejich velikost často omezují náklady a praktická omezení. Některé obranné společnosti, které měří radarový průřez velkých letadel nebo jiných objektů, mají bezodrazové komory o velikosti basketbalových hřišť, ačkoli to není běžné. Univerzity s bezodrazovými komorami obvykle mívají komory o délce, šířce a výšce 3–5 metrů. Vzhledem k omezení velikosti a proto, že materiál absorbující rádiové frekvence obvykle funguje nejlépe v pásmu UHF a vyšším, se bezodrazové komory nejčastěji používají pro frekvence nad 300 MHz.
Vyvýšené pohoří
Vyvýšené dosahy jsou venkovní dosahy. V tomto uspořádání je zdroj a testovaná anténa umístěny nad zemí. Tyto antény mohou být na horách, věžích, budovách nebo kdekoli jinde, kde je to vhodné. To se často dělá u velmi velkých antén nebo na nízkých frekvencích (VHF a níže, <100 MHz), kde by měření v interiéru byla obtížná. Základní schéma vyvýšeného dosahu je znázorněno na obrázku 2.
Obrázek 2. Ilustrace zvýšeného dosahu.
Zdrojová anténa (nebo referenční anténa) nemusí být nutně ve vyšší nadmořské výšce než testovaná anténa, zde jsem to tak jen ukázal. Zorná linie (LOS) mezi oběma anténami (znázorněná černým paprskem na obrázku 2) musí být volná. Všechny ostatní odrazy (například červený paprsek odražený od země) jsou nežádoucí. U vyšších rozsahů, jakmile je určeno umístění zdroje a testovací antény, testovací operátoři určí, kde dojde k významným odrazům, a snaží se minimalizovat odrazy od těchto povrchů. K tomuto účelu se často používá materiál absorbující vysokofrekvenční záření nebo jiný materiál, který odklání paprsky od testované antény.
Kompaktní řady
Zdrojová anténa musí být umístěna ve vzdáleném poli testované antény. Důvodem je, že vlna přijímaná testovanou anténou by pro dosažení maximální přesnosti měla být rovinná vlna. Protože antény vyzařují sférické vlny, musí být anténa dostatečně daleko, aby vlna vyzařovaná ze zdrojové antény byla přibližně rovinná vlna – viz obrázek 3.
Obrázek 3. Zdrojová anténa vyzařuje vlnu se sférickým vlnoplochou.
U vnitřních komor však často není dostatečná separace k dosažení tohoto cíle. Jednou z metod, jak tento problém vyřešit, je použití kompaktního dosahu. V této metodě je zdrojová anténa orientována směrem k reflektoru, jehož tvar je navržen tak, aby odrážel sférickou vlnu přibližně rovinným způsobem. To je velmi podobné principu, na kterém funguje parabolická anténa. Základní funkce je znázorněna na obrázku 4.
Obrázek 4. Kompaktní dosah - sférické vlny ze zdrojové antény se odrážejí a jsou planární (kolimované).
Délka parabolického reflektoru je obvykle požadována několikanásobně větší než délka testované antény. Zdrojová anténa na obrázku 4 je odsazena od reflektoru, aby nepřekážela odraženým paprskům. Je také třeba dbát na to, aby se zabránilo přímému vyzařování (vzájemnému propojení) ze zdrojové antény do testované antény.
Čas zveřejnění: 3. ledna 2024
