Antennmõõtmine on antenni jõudluse ja omaduste kvantitatiivse hindamise ja analüüsimise protsess. Spetsiaalsete katseseadmete ja mõõtmismeetodite abil mõõdame antenni võimendust, kiirgusmustrit, seisulaine suhet, sagedusreaktsiooni ja muid parameetreid, et kontrollida, kas antenni konstruktsiooni spetsifikatsioonid vastavad nõuetele, kontrollida antenni jõudlust ning pakkuda parendusettepanekuid. Antenni mõõtmiste tulemusi ja andmeid saab kasutada antenni jõudluse hindamiseks, disaini optimeerimiseks, süsteemi jõudluse parandamiseks ning antennitootjatele ja rakendusinseneridele juhiste ja tagasiside andmiseks.
Nõutav varustus antenni mõõtmisel
Antenni testimiseks on kõige põhilisem seade VNA. Lihtsaim VNA tüüp on 1-pordiline VNA, mis suudab mõõta antenni impedantsi.
Antenni kiirgusmustri, võimenduse ja efektiivsuse mõõtmine on keerulisem ja nõuab palju rohkem seadmeid. Nimetame mõõdetavat antenni AUT-ks, mis tähistab Antenna Under Test. Antenni mõõtmiseks vajalikud seadmed hõlmavad järgmist:
Võrdlusantenn – teadaolevate omadustega (võimendus, muster jne) antenn
RF-võimsuse saatja – viis energia sisestamiseks AUT-i [Antenni testimine]
Vastuvõtjasüsteem – see määrab, kui palju võimsust võrdlusantenn vastu võtab
Positsioneerimissüsteem – seda süsteemi kasutatakse testantenni pööramiseks lähteantenni suhtes, et mõõta kiirgusmustrit nurga funktsioonina.
Ülaltoodud seadmete plokkskeem on näidatud joonisel 1.
Joonis 1. Vajalike antennimõõtmisseadmete skeem.
Neid komponente käsitletakse lühidalt. Võrdlusantenn peaks loomulikult soovitud katsesagedusel hästi kiirgama. Võrdlusantennid on sageli kahe polarisatsiooniga sarveantennid, nii et horisontaalset ja vertikaalset polarisatsiooni saab mõõta samaaegselt.
Saatesüsteem peaks suutma väljastada stabiilset teadaolevat võimsustaset. Väljundsagedus peaks olema ka häälestatav (valitav) ja suhteliselt stabiilne (stabiilne tähendab, et saatjalt saadav sagedus on soovitud sageduse lähedal, ei muutu temperatuuriga palju). Kõigil muudel sagedustel peaks saatja sisaldama väga vähe energiat (soovitavast sagedusest jääb alati natuke energiat, kuid näiteks harmoonilistel ei tohiks olla palju energiat).
Vastuvõtusüsteem peab lihtsalt määrama, kui palju võimsust testantenn vastu võtab. Seda saab teha lihtsa võimsusmõõturi kaudu, mis on RF (raadiosageduse) võimsuse mõõtmise seade ja mida saab ülekandeliini kaudu (näiteks N-tüüpi või SMA pistikutega koaksiaalkaabel) otse ühendada antenni klemmidega. Tavaliselt on vastuvõtja 50-oomine süsteem, kuid see võib olla ka erineva impedantsiga, kui see on täpsustatud.
Pange tähele, et edastus-/vastuvõtusüsteem asendatakse sageli VNA-ga. S21 mõõtmine edastab sagedust pordist 1 ja salvestab vastuvõetud võimsust pordis 2. Seega sobib VNA selle ülesande jaoks hästi; kuid see ei ole ainus viis selle ülesande täitmiseks.
Positsioneerimissüsteem juhib testantenni orientatsiooni. Kuna soovime mõõta testantenni kiirgusmustrit nurga funktsioonina (tavaliselt sfäärilistes koordinaatides), peame testantenni pöörama nii, et lähteantenn valgustaks testantenni iga võimaliku nurga alt. Selleks kasutatakse positsioneerimissüsteemi. Joonisel 1 on näidatud AUT-i pööramine. Pange tähele, et selle pööramise teostamiseks on palju võimalusi; mõnikord pööratakse võrdlusantenni ja mõnikord pööratakse nii võrdlus- kui ka AUT-antenni.
Nüüd, kui meil on kõik vajalikud seadmed olemas, saame arutada, kus mõõtmisi teha.
Kus on meie antennimõõtmiste jaoks hea koht? Võib-olla tahaksite seda teha oma garaažis, kuid peegeldused seintelt, lagedelt ja põrandalt muudaksid teie mõõtmised ebatäpseks. Ideaalne koht antennimõõtmiste tegemiseks on kuskil kosmoses, kus peegeldust ei saa tekkida. Kuna aga kosmosereisid on praegu üle jõu käivad, keskendume mõõtmiskohtadele, mis asuvad Maa pinnal. Antenni testimise isoleerimiseks saab kasutada kajakambrit, neelates samal ajal peegeldunud energiat raadiosagedust neelava vahuga.
Vabad vahemikud (kajakajad kambrid)
Vaba ruumi vahemikud on antenni mõõtmiskohad, mis on loodud kosmoses tehtavate mõõtmiste simuleerimiseks. See tähendab, et kõik lähedalasuvate objektide ja maapinna peegeldunud lained (mis on ebasoovitavad) surutakse nii palju kui võimalik. Kõige populaarsemad vaba ruumi vahemikud on kajavabad kambrid, kõrgendatud vahemikud ja kompaktne vahemik.
Kajatud kambrid
Kajakambrid on siseantennivahemikud. Seinad, laed ja põrand on vooderdatud spetsiaalse elektromagnetlaineid neelava materjaliga. Soovitatavad on siseruumides kasutatavad vahemikud, kuna katsetingimusi saab palju rangemalt kontrollida kui väljas. Materjal on sageli ka sakilise kujuga, muutes need kambrid üsna huvitavaks. Sakilised kolmnurga kujundid on kujundatud nii, et neilt peegelduv kipub levima suvalistes suundades ning kõigist juhuslikest peegeldustest kokku liidetu kipub ebajärjekindlalt lisanduma ja seega veelgi alla surutud. Pilt kajavabast kambrist on näidatud järgmisel pildil koos mõne katseseadmega:
(Pildil on RFMISO antenni test)
Kajavabade kambrite puuduseks on see, et need peavad sageli olema üsna suured. Sageli peavad antennid kaugvälja tingimuste simuleerimiseks olema üksteisest vähemalt mitme lainepikkuse kaugusel. Seetõttu vajame suurte lainepikkustega madalamate sageduste jaoks väga suuri kambreid, kuid kulu ja praktilised piirangud piiravad sageli nende suurust. Mõnel kaitsetööstusettevõttel, mis mõõdab suurte lennukite või muude objektide radari ristlõiget, on teadaolevalt korvpalliväljakute suurused kajatud kambrid, kuigi see pole tavaline. Kajakambriga ülikoolides on tavaliselt 3-5 meetri pikkused, laiused ja kõrgused kambrid. Suuruse piirangu ja RF-i neelamise materjali tõttu töötab tavaliselt kõige paremini UHF ja kõrgemal tasemel, kasutatakse kajakambreid kõige sagedamini sagedustel üle 300 MHz.
Kõrgendatud vahemikud
Kõrgendatud vahemikud on välispiirkonnad. Selle seadistuse korral on testitav allikas ja antenn paigaldatud maapinnast kõrgemale. Need antennid võivad asuda mägedes, tornides, hoonetes või kus iganes sobiva leiab. Seda tehakse sageli väga suurte antennide puhul või madalatel sagedustel (VHF ja alla 100 MHz), kus siseruumides mõõtmine oleks raskesti teostatav. Kõrgendatud vahemiku põhiskeem on näidatud joonisel 2.
Joonis 2. Kõrgendatud vahemiku illustratsioon.
Lähteantenn (või võrdlusantenn) ei pruugi olla testantennist kõrgemal, ma lihtsalt näitasin seda siin. Kahe antenni vaheline vaateulatus (LOS) (joonisel 2 must kiir) peab olema takistusteta. Kõik muud peegeldused (näiteks maapinnalt peegelduv punane kiir) on ebasoovitavad. Kõrgemate vahemike puhul, kui allika ja testantenni asukoht on kindlaks määratud, määravad testimisoperaatorid, kus ilmnevad olulised peegeldused, ja püüavad minimeerida peegeldust nendelt pindadelt. Sageli kasutatakse selleks RF-i neelavat materjali või muud materjali, mis suunab kiiri testantennist eemale.
Kompaktsed vahemikud
Lähteantenn tuleb asetada testantenni kaugemasse välja. Põhjus on selles, et testantenni vastuvõetav laine peaks maksimaalse täpsuse saavutamiseks olema tasapinnaline. Kuna antennid kiirgavad sfäärilisi laineid, peab antenn olema piisavalt kaugel, et lähteantennist kiirguv laine oleks ligikaudu tasapinnaline – vt joonis 3.
Joonis 3. Lähteantenn kiirgab sfäärilise lainefrondiga lainet.
Kuid sisekambrite puhul ei ole selle saavutamiseks sageli piisavalt eraldatust. Üks viis selle probleemi lahendamiseks on kompaktne valik. Selle meetodi puhul on allikaantenn orienteeritud reflektori poole, mille kuju on kavandatud peegeldama sfäärilist lainet ligikaudu tasapinnaliselt. See on väga sarnane taldrikuantenni tööpõhimõttega. Põhitoimingud on näidatud joonisel 4.
Joonis 4. Kompaktne ulatus – lähteantenni sfäärilised lained peegelduvad tasapinnalisteks (kollimeeritud).
Paraboolse reflektori pikkus on tavaliselt mitu korda suurem kui testantenn. Joonisel fig 4 olev allikaantenn on peegeldi suhtes nihutatud, nii et see ei takista peegelduvaid kiiri. Samuti tuleb hoolitseda selle eest, et allikaantennist tulev otsene kiirgus (vastastikune sidestus) ei jääks testantennile.
Postitusaeg: jaan-03-2024
