AntennMõõtmine on antenni jõudluse ja omaduste kvantitatiivse hindamise ja analüüsimise protsess. Kasutades spetsiaalseid katseseadmeid ja mõõtmismeetodeid, mõõdame antenni võimendust, kiirgusmustrit, seisulaine suhet, sageduskarakteristikut ja muid parameetreid, et kontrollida, kas antenni konstruktsioonispetsifikatsioonid vastavad nõuetele, kontrollida antenni jõudlust ja pakkuda välja parendusettepanekuid. Antenni mõõtmiste tulemusi ja andmeid saab kasutada antenni jõudluse hindamiseks, konstruktsioonide optimeerimiseks, süsteemi jõudluse parandamiseks ning juhiste ja tagasiside andmiseks antennitootjatele ja rakendusinseneridele.
Antenni mõõtmiseks vajalikud seadmed
Antenni testimiseks on kõige olulisem seade VNA. Lihtsaim VNA tüüp on ühe pordiga VNA, mis suudab mõõta antenni impedantsi.
Antenni kiirgusdiagrammi, võimenduse ja efektiivsuse mõõtmine on keerulisem ja nõuab palju rohkem seadmeid. Mõõdetavat antenni nimetame AUT-iks, mis tähistab testitavat antenni. Antenni mõõtmiseks vajalikud seadmed on järgmised:
Võrdlusantenn – teadaolevate omadustega (võimendus, muster jne) antenn.
RF-võimsusega saatja - viis energia sisestamiseks AUT-i [testitav antenn]
Vastuvõtjasüsteem – see määrab, kui palju võimsust võrdlusantenn vastu võtab.
Positsioneerimissüsteem – seda süsteemi kasutatakse testantenni pööramiseks allikaantenni suhtes, et mõõta kiirgusmustrit nurga funktsioonina.
Ülaltoodud seadmete plokkskeem on näidatud joonisel 1.
Joonis 1. Vajaliku antenni mõõteseadme skeem.
Neid komponente arutatakse lühidalt. Referentsantenn peaks loomulikult soovitud testsagedusel hästi kiirgama. Referentsantennid on sageli kahe polarisatsiooniga ruupantennid, nii et horisontaalset ja vertikaalset polarisatsiooni saab mõõta samaaegselt.
Saatja peaks suutma väljastada stabiilset teadaolevat võimsustaset. Väljundsagedus peaks olema ka häälestatav (valitav) ja mõistlikult stabiilne (stabiilne tähendab, et saatjast saadav sagedus on soovitud sageduse lähedal ega muutu temperatuurist oluliselt). Saatja peaks kõigil teistel sagedustel sisaldama väga vähe energiat (soovitud sagedusest väljaspool on alati mingi energia, kuid näiteks harmoonilistes ei tohiks olla palju energiat).
Vastuvõtusüsteem peab lihtsalt kindlaks määrama, kui palju võimsust testantennilt vastu võetakse. Seda saab teha lihtsa võimsusmõõturi abil, mis on seade raadiosagedusliku (RF) võimsuse mõõtmiseks ja mille saab ühendada otse antenniklemmidesse ülekandeliini kaudu (näiteks koaksiaalkaabli abil N-tüüpi või SMA-pistikutega). Tavaliselt on vastuvõtja 50-oomine süsteem, kuid vajadusel võib olla erinev takistus.
Pane tähele, et saatja/vastuvõtja süsteemi asendab sageli VNA. S21 mõõtmisel edastatakse sagedus pordist 1 ja salvestatakse vastuvõetud võimsus pordist 2. Seega sobib VNA selleks ülesandeks hästi; see pole aga ainus meetod selle ülesande täitmiseks.
Positsioneerimissüsteem kontrollib testantenni suunda. Kuna me tahame mõõta testantenni kiirgusmustrit nurga funktsioonina (tavaliselt sfäärilistes koordinaatides), peame testantenni pöörama nii, et allikaantenn valgustab testantenni igast võimalikust nurgast. Selleks kasutatakse positsioneerimissüsteemi. Joonisel 1 näitame AUT-i pööramist. Pange tähele, et seda pööramist saab teha mitmel viisil; mõnikord pööratakse tugiantenni ja mõnikord nii tugi- kui ka AUT-antenni.
Nüüd, kui meil on kõik vajalikud seadmed olemas, saame arutada, kus mõõtmisi teha.
Kus on hea koht antennimõõtmiste tegemiseks? Võib-olla sooviksite seda teha oma garaažis, kuid seintelt, lagedelt ja põrandalt peegelduvad helid muudaksid mõõtmised ebatäpseks. Ideaalne koht antennimõõtmiste tegemiseks on kuskil kosmoses, kus peegeldusi ei saa tekkida. Kuna kosmosereisid on praegu aga liiga kallid, keskendume mõõtmiskohtadele Maa pinnal. Antenni testimisseadme isoleerimiseks ja peegeldunud energia neelamiseks raadiosageduslikku neelavat vahtu saab kasutada kajavaba kambrit.
Vaba ruumi lasketiirud (kajavabad kambrid)
Vaba ruumi mõõtepiirkonnad on antenni mõõtekohad, mis on loodud simuleerima kosmoses tehtavaid mõõtmisi. See tähendab, et kõik lähedalasuvatelt objektidelt ja maapinnalt peegelduvad lained (mis on ebasoovitavad) summutatakse nii palju kui võimalik. Kõige populaarsemad vaba ruumi mõõtepiirkonnad on kajavabad kambrid, kõrgendatud mõõtepiirkonnad ja kompaktmõõtepiirkonnad.
Kajavabad kambrid
Kajavabad kambrid on siseruumides kasutatavad antennide katsetused. Seinad, laed ja põrand on vooderdatud spetsiaalse elektromagnetlaineid neelava materjaliga. Siseruumides kasutatavad katsetused on soovitavad, kuna katsetingimusi saab palju täpsemalt kontrollida kui välistingimustes kasutatavates katsetustes. Materjal on sageli ka sakilise kujuga, mis muudab need kambrid üsna huvitavaks vaadata. Sakilised kolmnurgad on kujundatud nii, et neilt peegelduv kipub levima juhuslikes suundades ja kõigist juhuslikest peegeldustest kokku liidetav kipub liituma ebajärjekindlalt ja seega summutatakse veelgi. Kajavaba kambri pilt koos mõne katseseadmega on näidatud järgmisel pildil:
(Pildil on näha RFMISO antenni test)
Kajavabade kambrite puuduseks on see, et need peavad sageli olema üsna suured. Antennid peavad kaugvälja tingimuste simuleerimiseks olema üksteisest vähemalt mitme lainepikkuse kaugusel. Seega vajame suurte lainepikkustega madalamate sageduste jaoks väga suuri kambreid, kuid maksumus ja praktilised piirangud piiravad sageli nende suurust. Mõnedel kaitsetööstusettevõtetel, kes mõõdavad suurte lennukite või muude objektide radari ristlõiget, on teadaolevalt korvpalliväljakute suurused kajavabad kambrid, kuigi see pole tavaline. Ülikoolidel, kus on kajavabad kambrid, on tavaliselt 3-5 meetri pikkused, laiused ja kõrgused kambrid. Suuruse piirangu ja kuna raadiosagedust neelav materjal töötab tavaliselt kõige paremini UHF-il ja kõrgemal, kasutatakse kajavabasid kambreid kõige sagedamini sagedustel üle 300 MHz.
Kõrgemad mäeahelikud
Kõrgendatud ulatusega antennid on välitingimustes kasutatavad ulatused. Selles seadistuses on testitav allikas ja antenn paigaldatud maapinnast kõrgemale. Need antennid võivad asuda mägedes, tornides, hoonetel või mujal sobival kohal. Seda tehakse sageli väga suurte antennide puhul või madalatel sagedustel (VHF ja alla selle, <100 MHz), kus siseruumides mõõtmised oleksid keerulised. Kõrgendatud ulatuse põhidiagramm on näidatud joonisel 2.
Joonis 2. Kõrgendatud ulatuse illustratsioon.
Allikasantenn (või võrdlusantenn) ei asu tingimata kõrgemal kui testantenn, ma lihtsalt näitasin seda siin nii. Kahe antenni vaheline vaateväli (joonisel 2 kujutatud musta kiirega) peab olema takistusteta. Kõik muud peegeldused (näiteks maapinnalt peegelduv punane kiir) on ebasoovitavad. Kõrgemate kauguste puhul, kui allika ja testantenni asukoht on kindlaks määratud, määravad testijad kindlaks, kus olulised peegeldused tekivad, ja püüavad minimeerida peegeldusi nendelt pindadelt. Sageli kasutatakse selleks raadiosageduslikku neelavat materjali või muud materjali, mis suunab kiired testantennist eemale.
Kompaktsed vahemikud
Allikasantenn tuleb paigutada testantenni kaugvälja. Põhjus on selles, et testantenni poolt vastuvõetav laine peaks maksimaalse täpsuse saavutamiseks olema tasapinnaline. Kuna antennid kiirgavad sfäärilisi laineid, peab antenn olema piisavalt kaugel, et allikaantennist kiirgav laine oleks ligikaudu tasapinnaline - vt joonis 3.
Joonis 3. Allikasantenn kiirgab sfäärilise lainefrondiga lainet.
Siseruumides ei ole aga sageli piisavat eraldatust selle saavutamiseks. Üks meetod selle probleemi lahendamiseks on kompaktse ulatuse kasutamine. Selle meetodi puhul on lähteantenn suunatud reflektorile, mille kuju on loodud sfäärilise laine peegeldamiseks ligikaudu tasapinnaliselt. See on väga sarnane paraboolse antenni tööpõhimõttega. Põhitoiming on näidatud joonisel 4.
Joonis 4. Kompaktne ulatus – allikaantenni sfäärilised lained peegelduvad tasapinnaliselt (kollimeeritult).
Paraboolse reflektori pikkus peaks tavaliselt olema mitu korda suurem kui testantenni pikkus. Joonisel 4 kujutatud allikaantenn on reflektorist nihutatud, nii et see ei oleks peegeldunud kiirte teel. Samuti tuleb olla ettevaatlik, et allikaantennist testantenni ei langeks otsene kiirgus (vastastikune sidestus).
Postituse aeg: 03.01.2024
