АнтенаИзмерването е процес на количествено оценяване и анализ на производителността и характеристиките на антената. Чрез използване на специално тестово оборудване и методи за измерване, ние измерваме коефициента на усилване, диаграмата на излъчване, съотношението на стоящите вълни, честотната характеристика и други параметри на антената, за да проверим дали проектните спецификации на антената отговарят на изискванията, да проверим производителността на антената и да предоставим предложения за подобрение. Резултатите и данните от измерванията на антената могат да се използват за оценка на производителността на антената, оптимизиране на дизайна, подобряване на производителността на системата и предоставяне на насоки и обратна връзка на производителите на антени и приложните инженери.
Необходимо оборудване при измервания на антени
За тестване на антени най-фундаменталното устройство е VNA. Най-простият тип VNA е 1-портов VNA, който е способен да измерва импеданса на антена.
Измерването на диаграмата на излъчване, усилването и ефективността на антената е по-трудно и изисква много повече оборудване. Ще наречем антената, която ще се измерва, AUT, което е съкращение от Антена под тест. Необходимото оборудване за измервания на антената включва:
Референтна антена - Антена с известни характеристики (усилване, диаграма на диаграмата и др.)
Радиочестотен предавател - начин за подаване на енергия в AUT [Тествана антена]
Приемна система - Това определя колко мощност се приема от референтната антена
Система за позициониране - Тази система се използва за завъртане на тестовата антена спрямо изходната антена, за да се измери диаграмата на излъчване като функция на ъгъла.
Блокова схема на гореспоменатото оборудване е показана на Фигура 1.
Фигура 1. Диаграма на необходимото оборудване за измерване на антената.
Тези компоненти ще бъдат обсъдени накратко. Разбира се, референтната антена трябва да излъчва добре на желаната тестова честота. Референтните антени често са двойно поляризирани рупорни антени, така че хоризонталната и вертикалната поляризация да могат да се измерват едновременно.
Предавателната система трябва да може да извежда стабилно известно ниво на мощност. Изходната честота също трябва да може да се настройва (избира) и да е сравнително стабилна (стабилна означава, че честотата, която получавате от предавателя, е близка до желаната честота и не се променя много в зависимост от температурата). Предавателят трябва да съдържа много малко енергия на всички останали честоти (винаги ще има известна енергия извън желаната честота, но не трябва да има много енергия на хармониците, например).
Приемащата система просто трябва да определи колко мощност се приема от тестовата антена. Това може да се направи чрез обикновен измервател на мощност, който е устройство за измерване на радиочестотна (RF) мощност и може да бъде свързан директно към клемите на антената чрез предавателна линия (като коаксиален кабел с N-тип или SMA конектори). Обикновено приемникът е 50-омова система, но може да бъде с различен импеданс, ако е посочено друго.
Обърнете внимание, че системата за предаване/приемане често се заменя от VNA. S21 измерване предава честота от порт 1 и записва приетата мощност на порт 2. Следователно, VNA е 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 я осветява от всеки възможен ъгъл. За тази цел се използва системата за позициониране. На Фигура 1 показваме как AUT се завърта. Обърнете внимание, че има много начини за извършване на това завъртане; понякога се завърта референтната антена, а понякога се завъртат и двете антени - референтната и AUT.
След като вече разполагаме с цялото необходимо оборудване, можем да обсъдим къде да направим измерванията.
Къде е подходящо 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. Тъй като обаче космическите пътувания в момента са непосилно скъпи, ще се съсредоточим върху места за измерване, които са на повърхността на Земята. Може да се използва безехова камера, за да се изолира тестовата установка на антената, като същевременно се абсорбира отразената енергия с радиочестотно абсорбираща пяна.
Диапазоните за свободно пространство (безехови камери)
Диапазоните за измерване в свободно пространство са места за измерване на антени, предназначени да симулират измервания, които биха се извършвали в космоса. Тоест, всички отразени вълни от близки обекти и земята (които са нежелани) се потискат максимално. Най-популярните диапазони за измерване в свободно пространство са безехови камери, повдигнати диапазони и компактни диапазони.
Безехови камери
Безеховите камери са вътрешни антенни полигони. Стените, таваните и подът са облицовани със специален материал, поглъщащ електромагнитни вълни. Вътрешните полигони са желателни, защото условията на тестване 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 наблюдение. Назъбените триъгълни форми са проектирани така, че отразеното от тях се разпространява в произволни посоки, а сумираното от всички произволни отражения се сумира некохерентно и по този начин се потиска допълнително. Снимка на безехова камера е показана на следващата снимка, заедно с някои видове тестово оборудване:
(Снимката показва теста на RFMISO антената)
Недостатъкът на безеховите камери е, че те често трябва да бъдат доста големи. Често антените трябва да са разположени на поне няколко дължини на вълната една от друга, за да симулират условия в далечно поле. Следователно, за по-ниски честоти с големи дължини на вълната са ни необходими много големи камери, но ценовите и практическите ограничения често ограничават техния размер. Някои компании, извършващи отбранителни договори, които измерват радарното напречно сечение на големи самолети или други обекти, са известни с това, че имат безехови камери с размерите на баскетболни игрища, въпреки че това не е обичайно. Университетите с безехови камери обикновено имат камери с дължина, ширина и височина от 3 до 5 метра. Поради ограничението на размера и тъй като радиочестотният абсорбиращ материал обикновено работи най-добре при UHF и по-високи честоти, безеховите камери най-често се използват за честоти над 300 MHz.
Високи планини
Повишените диапазони са външни диапазони. При тази конфигурация източникът и тестваната антена са монтирани над земята. Тези антени могат да бъдат на планини, кули, сгради или където и да е подходящо. Това често се прави за много големи антени или при ниски честоти (VHF и по-долу, <100 MHz), където измерванията на закрито биха били трудни за изпълнение. Основната диаграма на повишен диапазон е показана на Фигура 2.
Фигура 2. Илюстрация на повишен обхват.
Антената източник (или референтната антена) не е задължително да е на по-висока височина от тестовата антена, просто я показах по този начин тук. Линията на видимост (LOS) между двете антени (илюстрирана с черния лъч на Фигура 2) трябва да бъде без препятствия. Всички други отражения (като червения лъч, отразен от земята) са нежелани. За високи обхвати, след като местоположението на източника и тестовата антена е определено, тестовите оператори определят къде ще се появят значителните отражения и се опитват да сведат до минимум отраженията от тези повърхности. Често за тази цел се използва материал, абсорбиращ радиочестотните вълни, или друг материал, който отклонява лъчите от тестовата антена.
Компактни гами
Антената източник трябва да бъде поставена в далечното поле на тестовата антена. Причината е, че вълната, приемана от тестовата антена, трябва да е плоска вълна за максимална точност. Тъй като антените излъчват сферични вълни, антената трябва да е достатъчно отдалечена, така че вълната, излъчвана от антената източник, да е приблизително плоска вълна - вижте Фигура 3.
Фигура 3. Източникова антена излъчва вълна със сферичен вълнов фронт.
Въпреки това, за вътрешни камери често няма достатъчно разделяне, за да се постигне това. Един от методите за решаване на този проблем е чрез компактен обхват. При този метод, антена 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 антена тип „сърцевина“. Основният начин на работа е показан на Фигура 4.
Фигура 4. Компактен обхват - сферичните вълни от антената източник се отразяват, за да бъдат равнинни (колимирани).
Дължината на параболичния рефлектор обикновено е желателна да бъде няколко пъти по-голяма от тестовата антена. Антената източник на Фигура 4 е изместена от рефлектора, така че да не пречи на отразените лъчи. Трябва също да се внимава, за да се предотврати всякакво директно излъчване (взаимно свързване) от антената източник към тестовата антена.
Време на публикуване: 03 януари 2024 г.
