AntennaA mérés az antenna teljesítményének és jellemzőinek mennyiségi értékelésének és elemzésének folyamata. Speciális tesztberendezések és mérési módszerek segítségével mérjük az antenna erősítését, sugárzási mintázatát, állóhullám-arányát, frekvenciaátviteli átvitelét és egyéb paramétereit, hogy ellenőrizzük, hogy az antenna tervezési specifikációi megfelelnek-e a követelményeknek, ellenőrizzük az antenna teljesítményét, és fejlesztési javaslatokat adjunk. Az antennamérések eredményei és adatai felhasználhatók az antenna teljesítményének értékelésére, a tervek optimalizálására, a rendszer teljesítményének javítására, valamint útmutatás és visszajelzés nyújtására az antennagyártók és az alkalmazásmérnökök számára.
Antennaméréshez szükséges felszerelés
Antenna teszteléshez a legalapvetőbb eszköz a VNA. A VNA legegyszerűbb típusa az 1 portos VNA, amely képes az antenna impedanciájának mérésére.
Egy antenna sugárzási mintázatának, erősítésének és hatásfokának mérése nehezebb, és sokkal több felszerelést igényel. A mérendő antennát AUT-nak fogjuk nevezni, ami az Antenna Under Test (Antenna Tesztelés alatt) rövidítése. Az antennaméréshez szükséges felszerelések a következők:
Referenciaantenna - Ismert jellemzőkkel (erősítés, karakterisztika stb.) rendelkező antenna.
RF teljesítményadó - Energia betáplálása az AUT-ba [Antenna tesztelés alatt]
Vevőrendszer – Ez határozza meg, hogy mennyi teljesítményt vesz a referenciaantenna.
Pozicionáló rendszer – Ez a rendszer a tesztantenna forrásantennához viszonyított forgatására szolgál, hogy a sugárzási mintázatot a szög függvényében mérje.
A fenti berendezés blokkvázlata az 1. ábrán látható.
1. ábra. A szükséges antennamérő berendezések diagramja.
Ezeket az alkatrészeket röviden tárgyaljuk. A referenciaantennának természetesen jól kell sugároznia a kívánt tesztfrekvencián. A referenciaantennák gyakran kettős polarizációjú kürtantennák, így a vízszintes és függőleges polarizáció egyszerre mérhető.
Az adórendszernek képesnek kell lennie stabil, ismert teljesítményszint leadására. A kimeneti frekvenciának hangolhatónak (kiválaszthatónak) és kellően stabilnak kell lennie (a stabil azt jelenti, hogy az adóból kapott frekvencia közel van a kívánt frekvenciához, és nem változik jelentősen a hőmérséklettől). Az adónak minden más frekvencián nagyon kevés energiát kell tartalmaznia (mindig lesz némi energia a kívánt frekvencián kívül, de például a harmonikusoknál nem lehet sok energia).
A vevőrendszernek egyszerűen meg kell határoznia, hogy mennyi teljesítményt vesz a tesztantennától. Ez egy egyszerű teljesítménymérővel történhet, amely egy RF (rádiófrekvenciás) teljesítmény mérésére szolgáló eszköz, és közvetlenül az antenna csatlakozóihoz csatlakoztatható egy távvezetéken (például koaxiális kábelen N-típusú vagy SMA csatlakozókkal) keresztül. A vevőrendszer jellemzően egy 50 ohmos rendszer, de eltérő impedanciájú is lehet, ha meg van adva.
Megjegyzendő, hogy az adó/vevő rendszert gyakran VNA helyettesíti. Az S21 mérés egy frekvenciát küld ki az 1-es porton, és rögzíti a 2-es porton vett teljesítményt. Ezért a VNA jól alkalmas erre a feladatra; azonban nem ez az egyetlen módszer a feladat elvégzésére.
A pozicionáló rendszer vezérli a tesztantenna tájolását. Mivel a tesztantenna sugárzási mintázatát szög függvényében szeretnénk mérni (jellemzően gömbi koordinátákban), a tesztantennát úgy kell elforgatnunk, hogy a forrásantenna minden lehetséges szögből megvilágítsa a tesztantennát. Erre a célra használjuk a pozicionáló rendszert. Az 1. ábrán az AUT forgatását mutatjuk be. Megjegyezzük, hogy ennek a forgatásnak számos módja van; néha a referenciaantennát forgatjuk el, néha pedig mind a referencia-, mind az AUT antennát.
Most, hogy minden szükséges felszerelésünk megvan, megbeszélhetjük, hol végezzük a méréseket.
Hol van egy jó hely az antenna mérésekhez? Talán szeretné ezt a garázsában elvégezni, de a falakról, mennyezetről és padlóról visszaverődő fény pontatlanná tenné a méréseket. Az antenna mérések elvégzésének ideális helyszíne a világűr, ahol nem fordulhatnak elő visszaverődések. Mivel azonban az űrutazás jelenleg megfizethetetlenül drága, a Föld felszínén található mérési helyekre fogunk összpontosítani. Egy visszhangmentes kamra használható az antenna tesztberendezés elkülönítésére, miközben a visszavert energiát rádiófrekvenciás elnyelő habbal nyelik el.
Szabadtéri lőterek (visszhangmentes kamrák)
A szabadtéri mérési tartományok olyan antennamérési helyek, amelyeket úgy terveztek, hogy szimulálják az űrben végzett méréseket. Vagyis a közeli tárgyakról és a talajról visszaverődő (nemkívánatos) hullámokat a lehető legnagyobb mértékben elnyomják. A legnépszerűbb szabadtéri tartományok a visszhangmentes kamrák, az emelt tartományok és a kompakt tartományok.
Visszhangmentes kamrák
A visszhangmentes kamrák beltéri antenna-tesztek. A falak, a mennyezet és a padló speciális elektromágneses hullámokat elnyelő anyaggal vannak bevonva. A beltéri tesztek azért kívánatosak, mert a tesztkörülmények sokkal szigorúbban szabályozhatók, mint a kültéri teszteknél. Az anyag gyakran szaggatott alakú is, ami miatt ezek a kamrák meglehetősen érdekes látványt nyújtanak. A szaggatott háromszögek úgy vannak kialakítva, hogy a róluk visszaverődő fény véletlenszerű irányokba terjedjen, és a véletlenszerű visszaverődésekből összegződő fény inkoherens módon adódik össze, így tovább elnyomódik. A következő képen egy visszhangmentes kamra látható, néhány tesztberendezéssel együtt:
(A képen az RFMISO antenna tesztje látható)
A visszhangmentes kamrák hátránya, hogy gyakran meglehetősen nagyoknak kell lenniük. Az antennáknak gyakran legalább több hullámhosszon kell lenniük egymástól a távoli térviszonyok szimulálásához. Ezért az alacsonyabb frekvenciákhoz, de nagy hullámhosszakhoz nagyon nagy kamrákra van szükségünk, de a költségek és a gyakorlati korlátok gyakran korlátozzák a méretüket. Néhány védelmi vállalkozó cég, amely nagy repülőgépek vagy más tárgyak radar-keresztmetszetét méri, ismert arról, hogy visszhangmentes kamrái kosárlabdapálya méretűek, bár ez nem szokványos. Az olyan egyetemek, ahol visszhangmentes kamrák vannak, jellemzően 3-5 méter hosszúak, szélességűek és magasak. A méretkorlátozás miatt, és mivel az RF-elnyelő anyag jellemzően UHF-en és magasabb frekvenciákon működik a legjobban, a visszhangmentes kamrákat leggyakrabban 300 MHz feletti frekvenciákon használják.
Magasabb hegységek
Az emelt tartományok kültéri tartományok. Ebben az elrendezésben a vizsgált forrást és az antennát a talaj fölé szerelik. Ezek az antennák hegyeken, tornyokon, épületeken vagy bárhol máshol lehetnek, ahol alkalmasnak találják. Ezt gyakran nagyon nagy antennáknál vagy alacsony frekvenciákon (VHF és az alatt, <100 MHz) végzik, ahol a beltéri mérések nehezen kivitelezhetők. Az emelt tartomány alapvető diagramja a 2. ábrán látható.
2. ábra. Az emelt tartomány illusztrációja.
A forrásantenna (vagy referenciaantenna) nem feltétlenül magasabban van, mint a mérőantenna, csak itt is így mutattam be. A két antenna közötti rálátási vonalnak (a 2. ábrán a fekete sugárral illusztrálva) akadálytalannak kell lennie. Minden más visszaverődés (például a talajról visszaverődő vörös sugár) nemkívánatos. Magasabb tartományok esetén, miután meghatározták a forrás és a mérőantenna helyét, a tesztkezelők meghatározzák, hol fognak bekövetkezni a jelentős visszaverődések, és megpróbálják minimalizálni a visszaverődéseket ezekről a felületekről. Erre a célra gyakran rádiófrekvenciás elnyelő anyagot használnak, vagy más olyan anyagot, amely eltéríti a sugarakat a mérőantennától.
Kompakt sorozatok
A forrásantennát a mérőantenna távoli látóterében kell elhelyezni. Ennek az az oka, hogy a mérőantenna által vett hullámnak síkhullámnak kell lennie a maximális pontosság érdekében. Mivel az antennák gömbhullámokat sugároznak, az antennának elég messze kell lennie ahhoz, hogy a forrásantennából kisugárzott hullám megközelítőleg síkhullám legyen - lásd a 3. ábrát.
3. ábra. Egy forrásantenna gömb alakú hullámfronttal rendelkező hullámot sugároz ki.
Beltéri kamrákban azonban gyakran nincs elegendő távolság ennek eléréséhez. A probléma megoldásának egyik módja egy kompakt tartomány alkalmazása. Ebben a módszerben a forrásantennát egy reflektor felé irányítják, amelynek alakja úgy van kialakítva, hogy a gömbhullámot megközelítőleg síkban verje vissza. Ez nagyon hasonlít ahhoz az elvhez, amelyen egy parabolaantenna működik. Az alapvető működés a 4. ábrán látható.
4. ábra. Kompakt tartomány – a forrásantennáról érkező gömbhullámok síkban (kollimálva) verődnek vissza.
A parabolareflektor hosszának jellemzően többszörösének kell lennie, mint a mérőantenna hossza. A 4. ábrán látható forrásantenna el van tolva a reflektortól, hogy ne legyen a visszavert sugarak útjában. Ügyelni kell arra is, hogy a forrásantennától a mérőantennáig ne érjen közvetlen sugárzás (kölcsönös csatolás).
Közzététel ideje: 2024. január 3.
