Антенаизмерването е процесът на количествено оценяване и анализиране на производителността и характеристиките на антената. Чрез използване на специално тестово оборудване и методи за измерване, ние измерваме усилването, диаграмата на излъчване, съотношението на стоящите вълни, честотната характеристика и други параметри на антената, за да проверим дали спецификациите на дизайна на антената отговарят на изискванията, проверяваме работата на антената и дайте предложения за подобрение. Резултатите и данните от измерванията на антената могат да се използват за оценка на ефективността на антената, оптимизиране на дизайна, подобряване на производителността на системата и предоставяне на насоки и обратна връзка на производителите на антени и инженерите на приложения.
Необходимо оборудване за измерване на антена
За тестване на антени най-фундаменталното устройство е VNA. Най-простият тип VNA е 1-портов VNA, който може да измерва импеданса на антената.
Измерването на диаграмата на излъчване на антената, усилването и ефективността е по-трудно и изисква много повече оборудване. Ще наречем антената за измерване AUT, което означава Тествана антена. Необходимото оборудване за измерване на антената включва:
Референтна антена - Антена с известни характеристики (усилване, диаграма и т.н.)
Радиочестотен предавател на мощност - начин за инжектиране на енергия в AUT [тествана антена]
Приемна система - Това определя колко мощност се получава от референтната антена
Система за позициониране - Тази система се използва за завъртане на тестовата антена спрямо антената източник, за измерване на диаграмата на излъчване като функция на ъгъла.
Блокова схема на горното оборудване е показана на фигура 1.
Фигура 1. Диаграма на необходимото измервателно оборудване за антена.
Тези компоненти ще бъдат обсъдени накратко. Референтната антена, разбира се, трябва да излъчва добре при желаната тестова честота. Референтните антени често са двойно поляризирани рупорни антени, така че хоризонталната и вертикалната поляризация могат да се измерват едновременно.
Предавателната система трябва да може да извежда стабилно известно ниво на мощност. Изходната честота също трябва да бъде регулируема (избираема) и разумно стабилна (стабилна означава, че честотата, която получавате от предавателя, е близка до честотата, която искате, не варира много с температурата). Предавателят трябва да съдържа много малко енергия на всички други честоти (винаги ще има малко енергия извън желаната честота, но не трябва да има много енергия на хармоници, например).
Приемащата система просто трябва да определи колко мощност се получава от тестовата антена. Това може да се направи чрез обикновен електромер, който е устройство за измерване на RF (радиочестотна) мощност и може да бъде свързан директно към антенните терминали чрез предавателна линия (като коаксиален кабел с N-тип или SMA конектори). Обикновено приемникът е система от 50 ома, но може да бъде с различен импеданс, ако е указано.
Имайте предвид, че системата за предаване/приемане често се заменя с VNA. Измерване S21 предава честота от порт 1 и записва получената мощност в порт 2. Следователно, VNA е много подходящ за тази задача; това обаче не е единственият метод за изпълнение на тази задача.
Системата за позициониране контролира ориентацията на тестовата антена. Тъй като искаме да измерим диаграмата на излъчване на тестовата антена като функция на ъгъла (обикновено в сферични координати), трябва да завъртим тестовата антена, така че антената източник да осветява тестовата антена от всеки възможен ъгъл. За тази цел се използва системата за позициониране. На фигура 1 показваме, че AUT се върти. Имайте предвид, че има много начини за извършване на тази ротация; понякога референтната антена се завърта, а понякога и референтната, и AUT антените се завъртат.
Сега, когато разполагаме с цялото необходимо оборудване, можем да обсъдим къде да направим измерванията.
Къде е доброто място за нашите измервания на антената? Може би бихте искали да направите това в гаража си, но отраженията от стените, таваните и пода биха направили измерванията ви неточни. Идеалното място за извършване на измервания на антената е някъде в космоса, където не могат да възникнат отражения. Въпреки това, тъй като пътуването в космоса в момента е непосилно скъпо, ние ще се съсредоточим върху местата за измерване, които са на повърхността на Земята. Безехова камера може да се използва за изолиране на тестовата настройка на антената, докато се абсорбира отразената енергия с радиочестотна абсорбираща пяна.
Диапазони на свободното пространство (безехови камери)
Диапазоните на свободното пространство са места за измерване на антена, предназначени да симулират измервания, които биха се извършили в космоса. Тоест всички отразени вълни от близки обекти и земята (които са нежелани) се потискат максимално. Най-популярните диапазони за свободно пространство са безехови камери, повдигнати диапазони и компактен диапазон.
Безехови камери
Безеховите камери са обхват на вътрешна антена. Стените, таваните и пода са облицовани със специален материал, поглъщащ електромагнитните вълни. Вътрешните полигони са желателни, тъй като условията на изпитване могат да бъдат много по-строго контролирани от тези на външните полигони. Материалът често е и с назъбена форма, което прави тези камери доста интересни за гледане. Назъбените триъгълни форми са проектирани така, че това, което се отразява от тях, има тенденция да се разпространява в произволни посоки, а това, което се добавя заедно от всички произволни отражения, има тенденция да се добавя непоследователно и по този начин се потиска допълнително. Картина на безехова камера е показана на следната снимка, заедно с малко тестово оборудване:
(Картината показва теста на RFMISO антената)
Недостатъкът на безеховите камери е, че те често трябва да бъдат доста големи. Често антените трябва да са на минимум няколко дължини на вълната една от друга, за да симулират условия на далечно поле. Следователно за по-ниски честоти с големи дължини на вълните се нуждаем от много големи камери, но разходите и практическите ограничения често ограничават техния размер. Известно е, че някои отбранителни компании, които измерват радарното напречно сечение на големи самолети или други обекти, имат безехови камери с размерите на баскетболни игрища, въпреки че това не е обикновено. Университетите с безехови камери обикновено имат камери с дължина, ширина и височина 3-5 метра. Поради ограничението на размера и тъй като радиочестотно абсорбиращият материал обикновено работи най-добре при UHF и по-високи, безеховите камери най-често се използват за честоти над 300 MHz.
Повишени диапазони
Повишените диапазони са открити диапазони. При тази настройка източникът и тестваната антена са монтирани над земята. Тези антени могат да бъдат на планини, кули, сгради или където човек намери за подходящо. Това често се прави за много големи антени или при ниски честоти (VHF и по-ниски, <100 MHz), където измерванията на закрито биха били неподатливи. Основната диаграма на повишен диапазон е показана на фигура 2.
Фигура 2. Илюстрация на повишен диапазон.
Източникът на антена (или референтната антена) не е непременно на по-висока височина от тестовата антена, просто го показах по този начин тук. Линията на видимост (LOS) между двете антени (илюстрирана с черния лъч на фигура 2) не трябва да бъде препятствана. Всички други отражения (като червения лъч, отразен от земята) са нежелателни. За високи обхвати, след като източникът и местоположението на тестовата антена са определени, операторите на теста определят къде ще възникнат значителните отражения и се опитват да минимизират отраженията от тези повърхности. Често за тази цел се използва радиочестотен материал или друг материал, който отклонява лъчите от тестовата антена.
Компактни диапазони
Антената източник трябва да бъде поставена в далечното поле на тестовата антена. Причината е, че вълната, получена от тестовата антена, трябва да бъде плоска вълна за максимална точност. Тъй като антените излъчват сферични вълни, антената трябва да е достатъчно далеч, така че вълната, излъчвана от антената източник, да е приблизително плоска вълна - вижте Фигура 3.
Фигура 3. Антена източник излъчва вълна със сферичен вълнов фронт.
За вътрешните камери обаче често няма достатъчно разделяне, за да се постигне това. Един от методите за отстраняване на този проблем е чрез компактна гама. При този метод антената източник е ориентирана към рефлектор, чиято форма е проектирана да отразява сферичната вълна по приблизително равнинен начин. Това е много подобно на принципа, на който работи антената. Основната операция е показана на фигура 4.
Фигура 4. Компактен обхват - сферичните вълни от антената източник се отразяват, за да бъдат равнинни (колимирани).
Дължината на параболичния рефлектор обикновено се желае да бъде няколко пъти по-голяма от тестовата антена. Антената източник на Фигура 4 е изместена от рефлектора, така че да не е на пътя на отразените лъчи. Трябва също така да се внимава, за да се запази всякакво пряко излъчване (взаимно свързване) от антената източник към тестовата антена.
Време на публикуване: 3 януари 2024 г
