AntenaMerjenje je postopek kvantitativnega ocenjevanja in analiziranja delovanja in značilnosti antene. Z uporabo posebne preskusne opreme in merilnih metod merimo ojačanje, vzorec sevanja, razmerje stoječih valov, frekvenčni odziv in druge parametre antene, da preverimo, ali konstrukcijske specifikacije antene ustrezajo zahtevam, preverimo delovanje antene in podamo predloge za izboljšave. Rezultate in podatke meritev antene je mogoče uporabiti za ocenjevanje delovanja antene, optimizacijo zasnove, izboljšanje delovanja sistema ter zagotavljanje smernic in povratnih informacij proizvajalcem anten in aplikacijskim inženirjem.
Potrebna oprema za meritve anten
Za testiranje anten je najbolj osnovna naprava VNA. Najpreprostejša vrsta VNA je VNA z enim vhodom, ki lahko meri impedanco antene.
Merjenje sevalnega diagrama, ojačanja in učinkovitosti antene je težje in zahteva veliko več opreme. Anteno, ki jo bomo merili, bomo imenovali AUT, kar je kratica za Antena pod testom. Potrebna oprema za meritve antene vključuje:
Referenčna antena - antena z znanimi lastnostmi (ojačanje, vzorec itd.)
RF oddajnik moči - način vbrizgavanja energije v AUT [antena v testu]
Sprejemni sistem - Ta določa, koliko moči sprejme referenčna antena
Sistem za pozicioniranje - Ta sistem se uporablja za vrtenje testne antene glede na izvorno anteno, da se izmeri vzorec sevanja kot funkcija kota.
Blokovni diagram zgoraj omenjene opreme je prikazan na sliki 1.
Slika 1. Diagram potrebne merilne opreme za anteno.
Te komponente bodo na kratko obravnavane. Referenčna antena mora seveda dobro sevati na želeni testni frekvenci. Referenčne antene so pogosto dvojno polarizirane rogovne antene, tako da je mogoče hkrati meriti horizontalno in vertikalno polarizacijo.
Oddajni sistem mora biti sposoben oddajati stabilno znano raven moči. Izhodna frekvenca mora biti tudi nastavljiva (izbirna) in razmeroma stabilna (stabilna pomeni, da je frekvenca, ki jo dobite iz oddajnika, blizu želene frekvence in se ne spreminja veliko s temperaturo). Oddajnik mora imeti zelo malo energije na vseh drugih frekvencah (vedno bo nekaj energije zunaj želene frekvence, vendar na primer na harmonikih ne sme biti veliko energije).
Sprejemni sistem mora preprosto določiti, koliko moči prejema od preskusne antene. To je mogoče storiti s preprostim merilnikom moči, ki je naprava za merjenje RF (radiofrekvenčne) moči in jo je mogoče neposredno priključiti na antenske priključke prek prenosne linije (na primer koaksialnega kabla s priključki tipa N ali SMA). Sprejemnik je običajno sistem s 50 ohmi, vendar ima lahko drugačno impedanco, če je določeno drugače.
Upoštevajte, da sistem oddajanja/sprejemanja pogosto nadomesti VNA. Meritev S21 oddaja frekvenco iz vrat 1 in beleži prejeto moč na vratih 2. Zato je VNA zelo primeren za to nalogo; vendar ni edini način za izvajanje te naloge.
Sistem za določanje položaja nadzoruje orientacijo testne antene. Ker želimo izmeriti vzorec sevanja testne antene kot funkcijo kota (običajno v sferičnih koordinatah), moramo testno anteno zavrteti tako, da izvorna antena osvetljuje testno anteno iz vseh možnih kotov. V ta namen se uporablja sistem za določanje položaja. Na sliki 1 prikazujemo vrtenje AUT. Upoštevajte, da obstaja veliko načinov za izvedbo tega vrtenja; včasih se vrti referenčna antena, včasih pa se vrtita tako referenčna kot AUT antena.
Zdaj, ko imamo vso potrebno opremo, se lahko pogovorimo o tem, kje bomo opravili meritve.
Kje je primerno mesto za meritve antene? Morda bi to želeli narediti v svoji garaži, vendar bi odboji od sten, stropov in tal naredili vaše meritve netočne. Idealna lokacija za meritve antene je nekje v vesolju, kjer ne more priti do odbojev. Ker pa so vesoljska potovanja trenutno predraga, se bomo osredotočili na mesta meritev na površini Zemlje. Za izolacijo testne postavitve antene se lahko uporabi gluha komora, ki absorbira odbito energijo s peno, ki absorbira radiofrekvenčne valove.
Prostoprostorski razponi (gluhe komore)
Merilniki v prostem prostoru so merilne lokacije anten, zasnovane za simulacijo meritev, ki bi se izvajale v vesolju. To pomeni, da so vsi odbiti valovi od bližnjih predmetov in tal (ki so nezaželeni) čim bolj zadušeni. Najbolj priljubljeni merilniki v prostem prostoru so gluhe komore, dvignjeni merilniki in kompaktni merilniki.
Gluhe komore
Gluhe komore so notranji antenski poligoni. Stene, stropi in tla so obloženi s posebnim materialom, ki absorbira elektromagnetne valove. Notranji poligoni so zaželeni, ker je mogoče preskusne pogoje veliko bolj nadzorovati kot na zunanjih poligonih. Material je pogosto tudi nazobčane oblike, zaradi česar so te komore precej zanimive za ogled. Nazobčane trikotne oblike so zasnovane tako, da se tisto, kar se od njih odbija, nagiba k širjenju v naključne smeri, tisto, kar se sešteje iz vseh naključnih odbojev, pa se nagiba k neskladnemu seštevanju in se zato še dodatno duši. Slika gluhe komore je prikazana na naslednji sliki skupaj z nekaj preskusne opreme:
(Slika prikazuje test antene RFMISO)
Slabost gluhih komor je, da morajo biti pogosto precej velike. Pogosto morajo biti antene vsaj nekaj valovnih dolžin oddaljene druga od druge, da simulirajo pogoje daljnega polja. Zato za nižje frekvence z velikimi valovnimi dolžinami potrebujemo zelo velike komore, vendar jih stroški in praktične omejitve pogosto omejujejo. Nekatera obrambna podjetja, ki merijo radarski presek velikih letal ali drugih objektov, imajo gluhe komore velikosti košarkarskih igrišč, čeprav to ni običajno. Univerze z gluhimi komorami imajo običajno komore, ki so dolge, široke in visoke od 3 do 5 metrov. Zaradi omejitve velikosti in ker material, ki absorbira radiofrekvenčne valove, običajno najbolje deluje pri UHF in višjih frekvencah, se gluhe komore najpogosteje uporabljajo za frekvence nad 300 MHz.
Zvišana gorovja
Zunanja merilna območja so merilna območja. Pri tej nastavitvi sta vir in testirana antena nameščena nad tlemi. Te antene so lahko na gorah, stolpih, stavbah ali kjer koli se zdi primerno. To se pogosto naredi za zelo velike antene ali pri nizkih frekvencah (VHF in manj, <100 MHz), kjer bi bile meritve v zaprtih prostorih neizvedljive. Osnovni diagram zvišanega merilnega območja je prikazan na sliki 2.
Slika 2. Ilustracija povišanega dosega.
Izvorna antena (ali referenčna antena) ni nujno na višji nadmorski višini kot preskusna antena, tukaj sem jo le tako prikazal. Vidna linija (LOS) med obema antenama (prikazana s črnim žarkom na sliki 2) mora biti neovirana. Vsi drugi odboji (kot je rdeči žarek, ki se odbija od tal) so nezaželeni. Pri višjih razdaljah, ko sta določena lokacija vira in preskusne antene, preizkuševalci nato določijo, kje bodo prišlo do pomembnih odbojev, in poskušajo zmanjšati odboje od teh površin. Za ta namen se pogosto uporablja material, ki absorbira radiofrekvenčne valove, ali drug material, ki odbija žarke stran od preskusne antene.
Kompaktni modeli
Izvorna antena mora biti nameščena v oddaljenem polju preskusne antene. Razlog za to je, da mora biti val, ki ga sprejema preskusna antena, ravninski val za največjo natančnost. Ker antene sevajo sferične valove, mora biti antena dovolj oddaljena, da je val, ki ga seva izvorna antena, približno ravninski val – glej sliko 3.
Slika 3. Izvorna antena seva val s sferično valovno fronto.
Vendar pa pri notranjih komorah pogosto ni dovolj razdalje, da bi to dosegli. Ena od metod za rešitev te težave je uporaba kompaktnega razpona. Pri tej metodi je izvorna antena usmerjena proti reflektorju, katerega oblika je zasnovana tako, da odbija sferični val na približno ravninski način. To je zelo podobno načelu delovanja krožne antene. Osnovno delovanje je prikazano na sliki 4.
Slika 4. Kompaktno območje - sferični valovi iz izvorne antene se odbijajo in so ravninski (kolimirani).
Običajno je zaželena dolžina paraboličnega reflektorja, ki je nekajkrat večja od dolžine preskusne antene. Izvorna antena na sliki 4 je odmaknjena od reflektorja, tako da ne ovira odbitih žarkov. Prav tako je treba paziti, da se prepreči kakršno koli neposredno sevanje (medsebojna sklopitev) od izvorne antene do preskusne antene.
Čas objave: 3. januar 2024
