AntenăMăsurarea este procesul de evaluare și analiză cantitativă a performanței și caracteristicilor antenei. Prin utilizarea unor echipamente speciale de testare și a unor metode de măsurare, măsurăm câștigul, diagrama de radiație, raportul de undă staționară, răspunsul în frecvență și alți parametri ai antenei pentru a verifica dacă specificațiile de proiectare ale antenei îndeplinesc cerințele, verificăm performanța antenei și oferim sugestii de îmbunătățire. Rezultatele și datele obținute din măsurătorile antenei pot fi utilizate pentru a evalua performanța antenei, a optimiza designul, a îmbunătăți performanța sistemului și a oferi îndrumări și feedback producătorilor de antene și inginerilor de aplicații.
Echipament necesar în măsurătorile antenei
Pentru testarea antenelor, cel mai fundamental dispozitiv este VNA. Cel mai simplu tip de VNA este un VNA cu 1 port, care este capabil să măsoare impedanța unei antene.
Măsurarea diagramei de radiație, a câștigului și a eficienței unei antene este mai dificilă și necesită mult mai multe echipamente. Vom numi antena care urmează să fie măsurată AUT, care înseamnă Antenna Under Test (Antena Testată). Echipamentul necesar pentru măsurătorile antenei include:
O antenă de referință - o antenă cu caracteristici cunoscute (câștig, diagramă etc.)
Un emițător de putere RF - O modalitate de injectare a energiei în AUT [Antena testată]
Un sistem receptor - Acesta determină câtă putere este recepționată de antena de referință
Un sistem de poziționare - Acest sistem este utilizat pentru a roti antena de testare în raport cu antena sursă, pentru a măsura diagrama de radiație în funcție de unghi.
O schemă bloc a echipamentului de mai sus este prezentată în Figura 1.
Figura 1. Diagrama echipamentului necesar pentru măsurarea antenei.
Aceste componente vor fi discutate pe scurt. Antena de referință ar trebui, desigur, să radieze bine la frecvența de testare dorită. Antenele de referință sunt adesea antene corn cu polarizare duală, astfel încât polarizarea orizontală și verticală să poată fi măsurată în același timp.
Sistemul de transmisie ar trebui să fie capabil să furnizeze un nivel de putere stabil, cunoscut. Frecvența de ieșire ar trebui să fie, de asemenea, reglabilă (selectabilă) și rezonabil stabilă (stabilă înseamnă că frecvența pe care o primiți de la transmițător este apropiată de frecvența dorită, nu variază mult în funcție de temperatură). Transmițătorul ar trebui să conțină foarte puțină energie la toate celelalte frecvențe (va exista întotdeauna o oarecare energie în afara frecvenței dorite, dar nu ar trebui să existe multă energie la armonice, de exemplu).
Sistemul de recepție trebuie doar să determine câtă putere este recepționată de la antena de testare. Acest lucru se poate face prin intermediul unui simplu powermetru, care este un dispozitiv pentru măsurarea puterii RF (radiofrecvență) și poate fi conectat direct la terminalele antenei printr-o linie de transmisie (cum ar fi un cablu coaxial cu conectori de tip N sau SMA). De obicei, receptorul este un sistem de 50 Ohm, dar poate avea o impedanță diferită dacă este specificată.
Rețineți că sistemul de transmisie/recepție este adesea înlocuit de un VNA. O măsurătoare S21 transmite o frecvență din portul 1 și înregistrează puterea recepționată la portul 2. Prin urmare, un VNA este potrivit pentru această sarcină; cu toate acestea, nu este singura metodă de îndeplinire a acestei sarcini.
Sistemul de poziționare controlează orientarea antenei de testare. Deoarece dorim să măsurăm diagrama de radiație a antenei de testare în funcție de unghi (de obicei în coordonate sferice), trebuie să rotim antena de testare astfel încât antena sursă să o lumineze din orice unghi posibil. Sistemul de poziționare este utilizat în acest scop. În Figura 1, arătăm rotirea antenei AUT. Rețineți că există mai multe moduri de a efectua această rotație; uneori, antena de referință este rotită, iar alteori, atât antena de referință, cât și antena AUT sunt rotite.
Acum că avem tot echipamentul necesar, putem discuta unde să facem măsurătorile.
Unde este un loc bun pentru măsurătorile antenei? Poate ați dori să faceți acest lucru în garaj, dar reflexiile de pe pereți, tavane și podea ar face ca măsurătorile să fie inexacte. Locația ideală pentru efectuarea măsurătorilor antenei este undeva în spațiul cosmic, unde nu pot apărea reflexii. Cu toate acestea, deoarece călătoriile în spațiu sunt în prezent prohibitiv de costisitoare, ne vom concentra pe locuri de măsurare care se află la suprafața Pământului. O cameră anecoică poate fi utilizată pentru a izola configurația de testare a antenei, absorbind în același timp energia reflectată cu spumă absorbantă RF.
Intervale de spațiu liber (camere anecoice)
Distanțele în spațiu liber sunt locații de măsurare a antenei concepute pentru a simula măsurători care ar fi efectuate în spațiu. Adică, toate undele reflectate de obiectele din apropiere și de sol (care sunt nedorite) sunt suprimate pe cât posibil. Cele mai populare distanțe în spațiu liber sunt camerele anecoice, distanțe la înălțime și distanța compactă.
Camere anecoice
Camerele anecoice sunt antene de interior. Pereții, tavanele și podeaua sunt căptușite cu un material special de absorbție a undelor electromagnetice. Antenele de interior sunt de dorit deoarece condițiile de testare pot fi mult mai strict controlate decât cele ale antenelor de exterior. Materialul are adesea și o formă zimțată, ceea ce face ca aceste camere să fie destul de interesante de văzut. Formele triunghiulare zimțate sunt proiectate astfel încât ceea ce este reflectat de ele să tindă să se răspândească în direcții aleatorii, iar ceea ce este adunat din toate reflexiile aleatorii tinde să se adune incoerent și, prin urmare, este suprimat și mai mult. O imagine a unei camere anecoice este prezentată în imaginea următoare, împreună cu câteva echipamente de testare:
(Imaginea prezintă testul antenei RFMISO)
Dezavantajul camerelor anecoice este că acestea trebuie adesea să fie destul de mari. Adesea, antenele trebuie să fie la cel puțin câteva lungimi de undă distanță una de cealaltă pentru a simula condițiile de câmp îndepărtat. Prin urmare, pentru frecvențe mai joase cu lungimi de undă mari avem nevoie de camere foarte mari, dar costurile și constrângerile practice limitează adesea dimensiunea acestora. Unele companii contractante din domeniul apărării care măsoară secțiunea transversală radar a avioanelor mari sau a altor obiecte sunt cunoscute ca având camere anecoice de dimensiunea terenurilor de baschet, deși acest lucru nu este obișnuit. Universitățile cu camere anecoice au de obicei camere cu lungimea, lățimea și înălțimea de 3-5 metri. Din cauza constrângerii de dimensiune și pentru că materialul absorbant RF funcționează de obicei cel mai bine la UHF și peste, camerele anecoice sunt cel mai adesea utilizate pentru frecvențe peste 300 MHz.
Intervale ridicate
Antenele de radiofrecvență la înălțime sunt antene de radiofrecvență în aer liber. În această configurație, sursa și antena testată sunt montate deasupra solului. Aceste antene pot fi amplasate pe munți, turnuri, clădiri sau oriunde se consideră potrivit. Acest lucru se face adesea pentru antene foarte mari sau la frecvențe joase (VHF și mai mici, <100 MHz), unde măsurătorile în interior ar fi imposibil de realizat. Diagrama de bază a unei antene de radiofrecvență la înălțime este prezentată în Figura 2.
Figura 2. Ilustrație a razei de acțiune ridicate.
Antena sursă (sau antena de referință) nu se află neapărat la o altitudine mai mare decât antena de testare, tocmai am arătat-o așa aici. Linia de vizibilitate (LOS) dintre cele două antene (ilustrată de raza neagră din Figura 2) trebuie să fie liberă. Toate celelalte reflexii (cum ar fi raza roșie reflectată de la sol) sunt nedorite. Pentru distanțe mari, odată ce sunt determinate locația sursei și a antenei de testare, operatorii de testare determină apoi unde vor apărea reflexiile semnificative și încearcă să minimizeze reflexiile de pe aceste suprafețe. Adesea, în acest scop se folosește material absorbant de radiofrecvență sau alt material care deviază razele de la antena de testare.
Game compacte
Antena sursă trebuie plasată în câmpul îndepărtat al antenei de testare. Motivul este că unda recepționată de antena de testare ar trebui să fie o undă plană pentru o precizie maximă. Deoarece antenele radiază unde sferice, antena trebuie să fie suficient de departe astfel încât unda radiată de antena sursă să fie aproximativ o undă plană - vezi Figura 3.
Figura 3. O antenă sursă radiază o undă cu un front de undă sferic.
Totuși, pentru camerele interioare, adesea nu există o separare suficientă pentru a realiza acest lucru. O metodă de a remedia această problemă este printr-o distanță compactă. În această metodă, o antenă sursă este orientată spre un reflector, a cărui formă este concepută pentru a reflecta unda sferică într-o manieră aproximativ plană. Acest lucru este foarte similar cu principiul pe baza căruia funcționează o antenă parabolică. Funcționarea de bază este prezentată în Figura 4.
Figura 4. Rază compactă de acțiune - undele sferice de la antena sursă sunt reflectate ca fiind plane (colimate).
Lungimea reflectorului parabolic este de obicei de dorit să fie de câteva ori mai mare decât antena de testare. Antena sursă din Figura 4 este decalată față de reflector, astfel încât să nu stea în calea razelor reflectate. De asemenea, trebuie acordată atenție pentru a împiedica orice radiație directă (cuplare reciprocă) de la antena sursă la antena de testare.
Data publicării: 03 ian. 2024
