Anténaměření je proces kvantitativního hodnocení a analýzy výkonu a charakteristik antény. Pomocí speciálních testovacích zařízení a metod měření měříme zisk, vyzařovací diagram, poměr stojatých vln, frekvenční odezvu a další parametry antény, abychom ověřili, zda konstrukční specifikace antény splňují požadavky, zkontrolujeme výkon antény a další parametry antény. poskytnout návrhy na zlepšení. Výsledky a data z měření antény lze použít k vyhodnocení výkonu antény, optimalizaci návrhů, zlepšení výkonu systému a poskytnutí vedení a zpětné vazby výrobcům antén a aplikačním inženýrům.
Požadované vybavení pro měření antén
Pro testování antény 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 říkat AUT, což je zkratka pro Antenna Under Test. Požadované vybavení pro měření antény zahrnuje:
Referenční anténa - Anténa se známými charakteristikami (zisk, vzor atd.)
Vysokofrekvenční vysílač energie – způsob vstřikování energie do AUT [testovaná anténa]
Přijímací systém – Určuje, kolik energie je přijímáno referenční anténou
Polohovací systém - Tento systém se používá k otáčení testovací antény vzhledem ke zdrojové anténě, k měření vyzařovacího diagramu jako funkce úhlu.
Blokové schéma výše uvedeného zařízení je znázorněno na obrázku 1.
Obrázek 1. Schéma požadovaného anténního měřicího zařízení.
Tyto komponenty budou krátce diskutovány. Referenční anténa by samozřejmě měla dobře vyzařovat na požadované testovací frekvenci. Referenční antény jsou často duálně polarizované rohové antény, takže horizontální a vertikální polarizace může být měřena současně.
Vysílací systém by měl být schopen poskytovat stabilní známou úroveň výkonu. Výstupní frekvence by měla být také laditelná (volitelná) a přiměřeně stabilní (stabilní znamená, že frekvence, kterou získáte z vysílače, se blíží frekvenci, kterou chcete, se příliš nemění s teplotou). Vysílač by měl obsahovat velmi málo energie na všech ostatních frekvencích (vždy bude nějaká energie mimo požadovanou frekvenci, ale například na harmonických by nemělo být mnoho energie).
Přijímací systém jednoduše potřebuje určit, kolik energie je přijímáno z testovací antény. To lze provést pomocí jednoduchého měřiče výkonu, což je zařízení pro měření RF (radiofrekvenčního) výkonu a lze jej připojit přímo ke svorkám antény pomocí přenosového vedení (jako je koaxiální kabel s konektory typu N nebo SMA). Typicky je přijímač 50 Ohmový systém, ale může mít jinou impedanci, pokud je specifikována.
Všimněte si, že vysílací/přijímací systém je často nahrazen VNA. Měření S21 vysílá frekvenci z portu 1 a zaznamenává přijímaný výkon na portu 2. Proto je VNA pro tento úkol velmi vhodná; není to však jediný způsob provádění tohoto úkolu.
Polohovací systém řídí orientaci testovací antény. Protože chceme měřit vyzařovací diagram testovací antény jako funkci úhlu (typicky ve sférických souřadnicích), musíme testovací anténu natočit tak, aby zdrojová anténa osvětlovala testovací anténu ze všech možných úhlů. K tomuto účelu slouží polohovací systém. Na obrázku 1 ukazujeme otáčení AUT. Všimněte si, že existuje mnoho způsobů, jak tuto rotaci provést; někdy se otočí referenční anténa a někdy se otočí jak referenční, tak AUT anténa.
Nyní, když máme veškeré potřebné vybavení, můžeme diskutovat o tom, kde provést měření.
Kde je dobré místo pro naše anténní měření? Možná byste to chtěli udělat ve své garáži, ale odrazy od stěn, stropů a podlahy by vaše měření zkreslily. Ideální místo pro provádění anténních měření je někde ve vesmíru, kde nemůže docházet k odrazům. Protože je však cestování vesmírem v současnosti neúměrně drahé, zaměříme se na místa měření, která jsou na povrchu Země. Anechoická komora může být použita k izolaci testovacího nastavení antény a zároveň absorbovat odraženou energii pěnou absorbující RF.
Rozsahy volného prostoru (Anechoické komory)
Rozsahy volného prostoru jsou místa měření antény určená k simulaci měření, která by byla prováděna ve vesmíru. To znamená, že všechny odražené vlny od blízkých objektů a země (které jsou nežádoucí) jsou co nejvíce potlačeny. Nejoblíbenější volné prostory jsou anechoické komory, zvýšené rozsahy a kompaktní rozsahy.
Anechoické komory
Bezdozvukové komory jsou rozsahy vnitřních antén. Stěny, stropy a podlaha jsou obloženy speciálním materiálem pohlcujícím elektromagnetické vlny. Vnitřní výběhy jsou žádoucí, protože testovací podmínky mohou být mnohem přísněji kontrolovány než podmínky venkovních výběhů. Materiál má často také zubatý tvar, takže tyto komory jsou docela zajímavé. Zubaté trojúhelníkové tvary jsou navrženy tak, že to, co se od nich odráží, má tendenci se šířit náhodnými směry, a to, co se sečte ze všech náhodných odrazů, má tendenci se nesouvisle sčítat a je tak dále potlačováno. Obrázek anechoické komory je zobrazen na následujícím obrázku spolu s některým testovacím zařízením:
(Obrázek ukazuje test antény RFMISO)
Nevýhodou anechoických komor je, že často musí být poměrně velké. Často musí být antény od sebe vzdáleny minimálně o několik vlnových délek, aby se 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. O některých společnostech poskytujících obranné služby, které měří radarový průřez velkých letadel nebo jiných objektů, je známo, že mají anechoické komory velikosti basketbalových hřišť, i když to není běžné. Univerzity s anechoickými komorami mají obvykle komory o délce, šířce a výšce 3–5 metrů. Kvůli omezení velikosti a protože RF absorbující materiál obvykle nejlépe funguje při UHF a vyšších, anechoické komory se nejčastěji používají pro frekvence nad 300 MHz.
Zvýšené rozsahy
Elevated Ranges jsou venkovní výběhy. V tomto nastavení jsou testovaný zdroj a anténa namontovány nad zemí. Tyto antény mohou být na horách, věžích, budovách nebo kdekoli, kde je to vhodné. To se často provádí u velmi velkých antén nebo při nízkých frekvencích (VHF a méně, < 100 MHz), kde by vnitřní měření bylo obtížné. Základní schéma zvýšeného rozsahu je na obrázku 2.
Obrázek 2. Ilustrace zvýšeného rozsahu.
Zdrojová anténa (nebo referenční anténa) nemusí být nutně ve vyšší elevaci než testovací anténa, jen jsem to zde ukázal. Čára viditelnosti (LOS) mezi dvěma anténami (znázorněná černým paprskem na obrázku 2) musí být bez překážek. Všechny ostatní odrazy (např. červený paprsek odražený od země) jsou nežádoucí. Pro zvýšené rozsahy, jakmile je určen zdroj a umístění testovací antény, pak testovací operátoři určí, kde se budou vyskytovat významné odrazy, a pokusí se minimalizovat odrazy od těchto povrchů. Často se pro tento účel používá vysokofrekvenční absorbující materiál nebo jiný materiál, který odklání paprsky od testovací antény.
Kompaktní rozsahy
Zdrojová anténa musí být umístěna ve vzdáleném poli zkušební antény. Důvodem je, že vlna přijímaná testovací anténou by měla být rovinná vlna pro maximální přesnost. Protože antény vyzařují kulové vlny, anténa musí být dostatečně daleko, aby vlna vyzařovaná ze zdrojové antény byla přibližně rovinná - viz obrázek 3.
Obrázek 3. Zdrojová anténa vyzařuje vlnu s kulovou vlnoplochou.
U vnitřních komor však často není dostatečné oddělení k dosažení tohoto cíle. Jednou z metod řešení tohoto problému je kompaktní rozsah. Při této metodě je zdrojová anténa orientována k reflektoru, jehož tvar je navržen tak, aby odrážel kulovou vlnu přibližně rovinným způsobem. To je velmi podobné principu, na kterém funguje parabolická anténa. Základní operace je znázorněna na obrázku 4.
Obrázek 4. Kompaktní rozsah - kulové vlny od zdrojové antény se odrážejí jako rovinné (kolimované).
Délka parabolického reflektoru je typicky požadována, aby byla několikrát větší než testovací anténa. Anténa zdroje na obrázku 4 je odsazena od reflektoru tak, aby nebyla v cestě odraženým paprskům. Rovněž je třeba dbát na to, aby bylo zachováno jakékoli přímé vyzařování (vzájemná vazba) ze zdrojové antény na zkušební anténu.
Čas odeslání: leden-03-2024
