AntennaA mérés az antenna teljesítményének és jellemzőinek kvantitatív értékelésének és elemzésének folyamata. Speciális vizsgálóberendezések és mérési módszerek segítségével mérjük az antenna erősítését, sugárzási mintáját, állóhullám-arányát, frekvenciamenetét és egyéb paramétereit, hogy ellenőrizzük, hogy az antenna tervezési előírásai megfelelnek-e a követelményeknek, ellenőrizzük az antenna teljesítményét, ill. javítási javaslatokat adni. Az antennamérésekből származó eredmények és adatok felhasználhatók az antenna teljesítményének értékelésére, a tervek optimalizálására, a rendszer teljesítményének javítására, valamint útmutatást és visszajelzést nyújthatnak az antennagyártók és alkalmazásmérnökök számára.
Szükséges felszerelés az antenna mérésénél
Az antenna teszteléséhez a legalapvetőbb eszköz a VNA. A VNA legegyszerűbb típusa egy 1 portos VNA, amely képes az antenna impedanciájának mérésére.
Az antenna sugárzási mintázatának, erősítésének és hatékonyságának mérése nehezebb, és sokkal több berendezést igényel. A mérendő antennát AUT-nak nevezzük, ami az Antenna Under Test rövidítése. Az antennaméréshez szükséges berendezések a következők:
Referenciaantenna – Ismert jellemzőkkel rendelkező antenna (erősítés, minta stb.)
Egy rádiófrekvenciás teljesítményadó – Az energia bejuttatásának módja az AUT-ba [Antenna Under Test]
Vevőrendszer – Ez határozza meg, hogy a referenciaantenna mennyi energiát kap
Helymeghatározó rendszer – Ez a rendszer a tesztantenna elforgatására szolgál a forrásantennához képest, a sugárzási mintázat mérésére a szög függvényében.
A fenti berendezés blokkvázlata az 1. ábrán látható.
1. ábra A szükséges antennamérő berendezés diagramja.
Ezeket az összetevőket röviden tárgyaljuk. A referenciaantennának természetesen jól kell sugároznia a kívánt tesztfrekvencián. A referenciaantennák gyakran kettős polaritású kürtantennák, így a vízszintes és a függőleges polarizáció egyidejűleg mérhető.
Az adórendszernek képesnek kell lennie arra, hogy stabil ismert teljesítményszintet adjon ki. A kimeneti frekvenciának is hangolhatónak (választhatónak) és viszonylag stabilnak kell lennie (a stabilitás azt jelenti, hogy az adótól kapott frekvencia közel van a kívánt frekvenciához, nem változik sokat a hőmérséklettel). Az adónak nagyon kevés energiát kell tartalmaznia az összes többi frekvencián (mindig lesz némi energia a kívánt frekvencián kívül, de például a harmonikusoknál ne legyen sok energia).
A vevőrendszernek egyszerűen meg kell határoznia, hogy mekkora teljesítményt kap a tesztantenna. Ezt egy egyszerű teljesítménymérőn keresztül lehet megtenni, amely egy RF (rádiófrekvenciás) teljesítmény mérésére szolgáló eszköz, és átviteli vonalon (például N-típusú vagy SMA csatlakozókkal ellátott koaxiális kábelen) keresztül közvetlenül csatlakoztatható az antenna kivezetéseihez. A vevő általában 50 ohmos rendszer, de adott esetben eltérő impedanciájú is lehet.
Vegye figyelembe, hogy az adó/vevő rendszert gyakran VNA váltja fel. Egy S21 mérés frekvenciát ad ki az 1-es porton, és rögzíti a vett teljesítményt a 2-es porton. Ezért a VNA kiválóan alkalmas erre a feladatra; azonban nem ez az egyetlen módja ennek a feladatnak.
A pozicionáló rendszer szabályozza a tesztantenna tájolását. Mivel a tesztantenna sugárzási mintáját a szög függvényében szeretnénk mérni (jellemzően gömbkoordinátákban), ezért el kell forgatnunk a tesztantennát úgy, hogy a forrásantenna minden lehetséges szögből megvilágítsa a tesztantennát. Erre a célra a helymeghatározó rendszert használják. Az 1. ábrán az AUT elforgatását mutatjuk be. Vegye figyelembe, hogy ennek a forgatásnak számos módja van; néha a referenciaantennát, néha pedig a referencia- és az AUT-antennát is elforgatják.
Most, hogy minden szükséges felszereléssel rendelkezünk, megbeszélhetjük, hol végezzük el a méréseket.
Hol van jó hely az antenna méréseinkhez? Lehet, hogy ezt a garázsában szeretné megtenni, de a falak, a mennyezet és a padló visszaverődése pontatlanná teszi a méréseket. Az antenna mérésének ideális helye valahol a világűrben van, ahol nem fordulhat elő visszaverődés. Mivel azonban az űrutazás jelenleg megfizethetetlenül drága, a Föld felszínén lévő mérési helyekre fogunk összpontosítani. Egy visszhangmentes kamra használható az antenna tesztbeállításának elkülönítésére, miközben a visszavert energiát RF-elnyelő habbal nyeli el.
Szabad űrtávok (visszhangtalan kamrák)
A szabad tértartományok olyan antennamérési helyek, amelyeket az űrben végzett mérések szimulálására terveztek. Ez azt jelenti, hogy a közeli tárgyakról és a talajról visszavert hullámokat (amelyek nemkívánatosak) a lehető legnagyobb mértékben elnyomják. A legnépszerűbb szabad tértartományok a visszhangmentes kamrák, a megemelt tartományok és a kompakt tartomány.
Visszhangtalan kamrák
A visszhangmentes kamrák beltéri antennatartományok. A falak, a mennyezet és a padló speciális elektromágneses hullámelnyelő anyaggal van bélelve. A beltéri pályák azért kívánatosak, mert a vizsgálati körülmények sokkal szigorúbban szabályozhatók, mint a kültéri pályák. Az anyag gyakran szaggatott formában is, így ezek a kamrák nagyon érdekesek. A szaggatott háromszög alakzatok úgy vannak kialakítva, hogy ami róluk visszaverődik, az hajlamos véletlenszerű irányokba terjedni, és ami az összes véletlenszerű tükröződésből összeadódik, az inkoherensen összeadódik, és így tovább elnyomódik. A következő képen egy visszhangmentes kamra képe látható néhány tesztberendezéssel együtt:
(A képen az RFMISO antenna tesztje látható)
A visszhangmentes kamrák hátránya, hogy gyakran elég nagynak kell lenniük. Az antennáknak gyakran legalább több hullámhossznyi távolságra kell egymástól lenniük a távoli viszonyok szimulálásához. Ezért a nagy hullámhosszú, alacsonyabb frekvenciákhoz nagyon nagy kamrákra van szükségünk, de a költségek és a gyakorlati korlátok gyakran korlátozzák méretüket. Egyes nagy repülőgépek vagy más objektumok radarkeresztmetszetét mérő védelmi szerződéses cégekről ismert, hogy kosárlabdapályák méretű visszhangmentes kamrái vannak, bár ez nem szokványos. A visszhangtalan kamrákkal rendelkező egyetemek általában 3-5 méter hosszúságúak, szélességűek és magasságúak. A méretkorlátozás miatt, és mivel az RF-elnyelő anyag általában UHF-en és magasabb szinten működik a legjobban, a visszhangmentes kamrákat leggyakrabban 300 MHz feletti frekvenciákon használják.
Emelt tartományok
Az emelt tartományok kültéri tartományok. Ebben az összeállításban a vizsgált forrás és antenna a talaj fölé van szerelve. Ezek az antennák lehetnek hegyeken, tornyokon, épületeken, vagy bárhol, ahol megfelelőnek találják. Ezt gyakran megteszik nagyon nagy antennáknál vagy alacsony frekvenciákon (VHF és alatta, <100 MHz), ahol a beltéri mérések megoldhatatlanok lennének. Egy emelt tartomány alapdiagramja a 2. ábrán látható.
2. ábra Az emelt tartomány illusztrációja.
A forrásantenna (vagy referenciaantenna) nem feltétlenül van magasabban, mint a tesztantenna, itt csak így mutattam be. A két antenna közötti látóvonalnak (LOS) (a 2. ábrán fekete sugárral illusztrálva) akadálymentesnek kell lennie. Minden más visszaverődés (például a földről visszaverődő vörös sugár) nem kívánatos. Magasabb tartományok esetén, miután meghatározták a forrás és a tesztantenna helyét, a tesztkezelők meghatározzák, hol fordulnak elő jelentős visszaverődések, és megpróbálják minimalizálni a visszaverődést ezekről a felületekről. Gyakran RF-elnyelő anyagot használnak erre a célra, vagy más olyan anyagot, amely eltéríti a sugarakat a tesztantennától.
Kompakt tartományok
A forrásantennát a tesztantenna távoli mezőjébe kell helyezni. Ennek az az oka, hogy a tesztantenna által vett hullámnak síkhullámnak kell lennie a maximális pontosság érdekében. Mivel az antennák gömbhullámokat sugároznak, az antennának elég távol kell lennie ahhoz, hogy a forrásantenna által kisugárzott hullám megközelítőleg síkhullám legyen – lásd a 3. ábrát.
3. ábra: A forrásantenna gömb hullámfronttal rendelkező hullámot sugároz.
A beltéri kamrák esetében azonban gyakran nincs elegendő elválasztás ennek eléréséhez. A probléma megoldásának egyik módja a kompakt tartomány. Ennél a módszernél a forrásantenna egy reflektor felé van orientálva, amelynek alakja úgy van kialakítva, hogy a gömbhullámot megközelítőleg síkban veri vissza. Ez nagyon hasonló ahhoz az elvhez, amelyen a tányérantenna működik. Az alapművelet a 4. ábrán látható.
4. ábra: Kompakt hatótávolság – a forrásantennáról érkező gömbhullámok síkbelire (kollimáltan) verődnek vissza.
A parabola reflektor hossza jellemzően a tesztantenna hosszának többszöröse legyen. A 4. ábrán látható forrásantenna el van tolva a reflektortól, így nem áll a visszavert sugarak útjában. Ügyelni kell arra is, hogy a forrásantenna és a tesztantenna között ne kerüljön közvetlen sugárzás (kölcsönös csatolás).
Feladás időpontja: 2024.01.03
