Antenamjerenje je proces kvantitativne procjene i analize performansi i karakteristika antene. Koristeći specijalnu opremu za testiranje i metode mjerenja, mjerimo pojačanje, dijagram zračenja, omjer stajaćih valova, frekvencijski odziv i druge parametre antene kako bismo provjerili da li projektne specifikacije antene ispunjavaju zahtjeve, provjeravamo performanse antene i dati prijedloge za poboljšanje. Rezultati i podaci iz mjerenja antene mogu se koristiti za procjenu performansi antene, optimizaciju dizajna, poboljšanje performansi sistema i pružanje smjernica i povratnih informacija proizvođačima antena i inženjerima aplikacija.
Potrebna oprema za mjerenje antene
Za testiranje antene, najosnovniji uređaj je VNA. Najjednostavniji tip VNA je VNA sa 1 portom, koji može mjeriti impedanciju antene.
Merenje dijagrama zračenja, pojačanja i efikasnosti antene je teže i zahteva mnogo više opreme. Antenu za mjerenje nazvat ćemo AUT, što je skraćenica od Antenna Under Test. Potrebna oprema za antenska mjerenja uključuje:
Referentna antena - Antena sa poznatim karakteristikama (pojačanje, dijagram, itd.)
RF predajnik snage - način ubrizgavanja energije u AUT [Antena u testiranju]
Sistem prijemnika - Ovo određuje koliko snage prima referentna antena
Sistem za pozicioniranje - Ovaj sistem se koristi za rotaciju ispitne antene u odnosu na izvornu antenu, za mjerenje dijagrama zračenja kao funkcije ugla.
Blok dijagram gore navedene opreme prikazan je na slici 1.
Slika 1. Dijagram potrebne antenske mjerne opreme.
Ove komponente će biti ukratko razmotrene. Referentna antena bi naravno trebala dobro zračiti na željenoj frekvenciji testiranja. Referentne antene su često dvostruko polarizovane rog antene, tako da se horizontalna i vertikalna polarizacija mogu meriti istovremeno.
Predajni sistem bi trebao biti sposoban da daje stabilan poznati nivo snage. Izlazna frekvencija bi također trebala biti podesiva (koja se može birati) i razumno stabilna (stabilna znači da je frekvencija koju dobijete od predajnika bliska frekvenciji koju želite, ne varira mnogo s temperaturom). Predajnik bi trebao sadržavati vrlo malo energije na svim drugim frekvencijama (uvijek će biti nešto energije izvan željene frekvencije, ali ne bi trebalo biti puno energije na harmonicima, na primjer).
Prijemni sistem jednostavno treba da odredi koliko snage prima test antena. To se može učiniti putem jednostavnog mjerača snage, koji je uređaj za mjerenje RF (radio frekvencije) snage i može se povezati direktno na terminale antene putem dalekovoda (kao što je koaksijalni kabel sa N-tipom ili SMA konektorima). Obično je prijemnik sistem od 50 Ohma, ali može biti drugačija impedansa ako je specificirana.
Imajte na umu da se sistem za prijenos/prijem često zamjenjuje VNA. S21 mjerenje prenosi frekvenciju iz porta 1 i bilježi primljenu snagu na portu 2. Dakle, VNA je dobro prilagođen ovom zadatku; međutim, to nije jedini način obavljanja ovog zadatka.
Sistem za pozicioniranje kontroliše orijentaciju ispitne antene. Pošto želimo da izmerimo dijagram zračenja ispitne antene kao funkciju ugla (obično u sfernim koordinatama), moramo rotirati test antenu tako da izvorna antena osvetljava test antenu iz svakog mogućeg ugla. U tu svrhu se koristi sistem pozicioniranja. Na slici 1 prikazujemo AUT kako se rotira. Imajte na umu da postoji mnogo načina za izvođenje ove rotacije; ponekad se okreće referentna antena, a ponekad se rotiraju i referentna i AUT antena.
Sada kada imamo svu potrebnu opremu, možemo razgovarati o tome gdje da izvršimo mjerenja.
Gdje je dobro mjesto za naša antenska mjerenja? Možda biste to željeli učiniti u svojoj garaži, ali refleksije sa zidova, stropova i poda učinile bi vaša mjerenja netočnima. Idealna lokacija za izvođenje mjerenja antene je negdje u svemiru, gdje ne može doći do refleksije. Međutim, budući da su svemirska putovanja trenutno pretjerano skupa, fokusirat ćemo se na mjesta mjerenja koja se nalaze na površini Zemlje. Anehogena komora se može koristiti za izolaciju testne postavke antene dok apsorbuje reflektovanu energiju penom koja apsorbuje RF.
Rasponi slobodnog prostora (benehoične komore)
Opsezi slobodnog prostora su antenske mjerne lokacije dizajnirane da simuliraju mjerenja koja bi se izvodila u svemiru. Odnosno, svi reflektirani valovi od obližnjih objekata i tla (koji su nepoželjni) su potisnuti što je više moguće. Najpopularniji rasponi slobodnog prostora su bezehogene komore, povišeni rasponi i kompaktni rasponi.
Anehoične komore
Anehoične komore su rasponi unutrašnjih antena. Zidovi, plafoni i pod su obloženi posebnim materijalom koji apsorbuje elektromagnetne talase. Unutarnji rasponi su poželjni jer se uvjeti testiranja mogu mnogo strože kontrolirati od onih na otvorenom. Materijal je često i nazubljenog oblika, što ove komore čini prilično zanimljivim za vidjeti. Nazubljeni oblici trokuta su dizajnirani tako da ono što se od njih reflektuje ima tendenciju da se širi u nasumičnim smjerovima, a ono što se zbroji iz svih nasumičnih refleksija ima tendenciju da se zbraja nekoherentno i tako dalje potiskuje. Slika bezehogene komore prikazana je na sljedećoj slici, zajedno sa nekom opremom za testiranje:
(Na slici je prikazan test RFMISO antene)
Nedostatak bezehogenih komora je što često moraju biti prilično velike. Često antene moraju biti udaljene najmanje nekoliko talasnih dužina jedna od druge da bi simulirale uslove dalekog polja. Dakle, za niže frekvencije sa velikim talasnim dužinama potrebne su nam veoma velike komore, ali cena i praktična ograničenja često ograničavaju njihovu veličinu. Poznato je da neke kompanije koje se bave odbrambenim ugovorima koje mjere radarski poprečni presjek velikih aviona ili drugih objekata imaju anehogene komore veličine košarkaških terena, iako to nije uobičajeno. Univerziteti sa anehogenim komorama obično imaju komore koje su 3-5 metara u dužinu, širinu i visinu. Zbog ograničenja veličine i zbog toga što materijal koji apsorbira RF obično najbolje radi na UHF i više, bezehoične komore se najčešće koriste za frekvencije iznad 300 MHz.
Elevated Ranges
Povišeni rasponi su vanjski rasponi. U ovoj postavci, izvor i antena koji se testiraju su postavljeni iznad zemlje. Ove antene mogu biti na planinama, tornjevima, zgradama ili gdje god se nađe da je prikladno. Ovo se često radi za vrlo velike antene ili na niskim frekvencijama (VHF i ispod, <100 MHz) gdje bi mjerenja u zatvorenom prostoru bila nerješiva. Osnovni dijagram povišenog raspona prikazan je na slici 2.
Slika 2. Ilustracija povišenog dometa.
Izvorna antena (ili referentna antena) nije nužno na višoj nadmorskoj visini od testne antene, upravo sam je tako pokazao ovdje. Linija vidljivosti (LOS) između dvije antene (ilustrovana crnim zrakom na slici 2) mora biti neometana. Sve druge refleksije (kao što je crveni zrak koji se odbija od tla) su nepoželjni. Za povišene domete, kada se odrede izvor i lokacija ispitne antene, operateri testa zatim određuju gdje će se pojaviti značajne refleksije i pokušavaju da minimiziraju refleksije sa ovih površina. Često se u tu svrhu koristi materijal koji apsorbuje RF ili drugi materijal koji odbija zrake od ispitne antene.
Compact Ranges
Izvorna antena mora biti postavljena u udaljenom polju ispitne antene. Razlog je taj što bi talas koji je primila ispitna antena trebao biti ravan za maksimalnu preciznost. Budući da antene zrače sferne talase, antena mora biti dovoljno udaljena da talas koji zrači iz izvorne antene bude približno ravan talas - vidi sliku 3.
Slika 3. Izvorna antena zrači talas sa sfernim talasnim frontom.
Međutim, za unutrašnje komore često nema dovoljno razdvajanja da bi se to postiglo. Jedan od načina da se riješi ovaj problem je putem kompaktnog asortimana. U ovoj metodi, izvorna antena je orijentisana prema reflektoru, čiji je oblik dizajniran da reflektuje sferni talas na približno ravan način. Ovo je vrlo slično principu na kojem radi antena. Osnovna operacija je prikazana na slici 4.
Slika 4. Kompaktni domet - sferni talasi od izvorne antene se reflektuju da budu ravni (kolimirani).
Obično se želi da dužina paraboličnog reflektora bude nekoliko puta veća od probne antene. Izvorna antena na slici 4 je odmaknuta od reflektora tako da nije na putu reflektovanim zrakama. Takođe se mora voditi računa da se zadrži bilo kakvo direktno zračenje (međusobno spajanje) od izvorne antene do ispitne antene.
Vrijeme objave: Jan-03-2024
