AntenniMittaus on prosessi, jossa antennin suorituskykyä ja ominaisuuksia arvioidaan ja analysoidaan kvantitatiivisesti. Käyttämällä erityisiä testauslaitteita ja mittausmenetelmiä mittaamme antennin vahvistuksen, säteilykuvion, seisovan aallon suhteen, taajuusvasteen ja muita parametreja varmistaaksemme, täyttävätkö antennin suunnitteluvaatimukset, tarkistamme antennin suorituskyvyn ja annamme parannusehdotuksia. Antennimittausten tuloksia ja tietoja voidaan käyttää antennin suorituskyvyn arviointiin, suunnittelun optimointiin, järjestelmän suorituskyvyn parantamiseen sekä ohjeiden ja palautteen antamiseen antennivalmistajille ja sovellusinsinööreille.
Vaadittavat laitteet antennimittauksissa
Antennien testauksessa perustavanlaatuisin laite on VNA. Yksinkertaisin VNA-tyyppi on 1-porttinen VNA, joka pystyy mittaamaan antennin impedanssia.
Antennin säteilykuvion, vahvistuksen ja hyötysuhteen mittaaminen on vaikeampaa ja vaatii paljon enemmän laitteita. Kutsumme mitattavaa antennia AUT:ksi, joka on lyhenne sanoista Antenna Under Test (Antenna Testattava). Antennimittauksiin tarvittavia laitteita ovat:
Referenssiantenni - Antenni, jolla on tunnetut ominaisuudet (vahvistus, kuvio jne.)
RF-teholähetin - Tapa syöttää energiaa AUT:hen [Antenna Under Test]
Vastaanotinjärjestelmä - Tämä määrittää, kuinka paljon tehoa referenssiantenni vastaanottaa
Paikannusjärjestelmä - Tätä järjestelmää käytetään testiantennin kiertämiseen lähdeantenniin nähden säteilykuvion mittaamiseksi kulman funktiona.
Yllä olevan laitteen lohkokaavio on esitetty kuvassa 1.
Kuva 1. Tarvittavien antennin mittauslaitteiden kaavio.
Näitä komponentteja käsitellään lyhyesti. Referenssiantennin tulisi tietenkin säteillä hyvin halutulla testitaajuudella. Referenssiantennit ovat usein kaksoispolarisoituja torviantenneja, jotta vaaka- ja pystypolarisaatio voidaan mitata samanaikaisesti.
Lähetinjärjestelmän tulisi pystyä tuottamaan vakaa tunnettu tehotaso. Lähtötaajuuden tulisi myös olla viritettävä (valittavissa) ja kohtuullisen vakaa (vakaa tarkoittaa, että lähettimestä saatava taajuus on lähellä haluttua taajuutta eikä vaihtele paljon lämpötilan mukaan). Lähettimen tulisi sisältää hyvin vähän energiaa kaikilla muilla taajuuksilla (halutun taajuuden ulkopuolella on aina jonkin verran energiaa, mutta esimerkiksi harmonisilla yliaaloilla ei pitäisi olla paljon energiaa).
Vastaanottavan järjestelmän tarvitsee vain määrittää, kuinka paljon tehoa testiantennista vastaanotetaan. Tämä voidaan tehdä yksinkertaisella tehomittarilla, joka on RF-tehon (radiotaajuus) mittaamiseen tarkoitettu laite ja joka voidaan kytkeä suoraan antennin liittimiin siirtolinjan kautta (kuten koaksiaalikaapelilla, jossa on N-tyypin tai SMA-liittimet). Tyypillisesti vastaanotin on 50 ohmin järjestelmä, mutta sillä voi olla eri impedanssi, jos niin on määritelty.
Huomaa, että lähetys-/vastaanottojärjestelmä korvataan usein VNA:lla. S21-mittauksessa lähetetään taajuus portista 1 ja tallennetaan vastaanotetun tehon portista 2. Siksi VNA sopii hyvin tähän tehtävään, mutta se ei ole ainoa menetelmä tämän tehtävän suorittamiseen.
Paikannusjärjestelmä ohjaa testiantennin suuntausta. Koska haluamme mitata testiantennin säteilykuviota kulman funktiona (tyypillisesti pallokoordinaateissa), meidän on käännettävä testiantennia siten, että lähdeantenni valaisee testiantennin kaikista mahdollisista kulmista. Paikannusjärjestelmää käytetään tähän tarkoitukseen. Kuvassa 1 näytämme, kuinka AUT:ta käännetään. Huomaa, että tämä kierto voidaan suorittaa monella tapaa; joskus käännetään referenssiantennia ja joskus sekä referenssi- että AUT-antennia.
Nyt kun meillä on kaikki tarvittavat välineet, voimme keskustella siitä, missä mittaukset tehdään.
Mikä on hyvä paikka antennimittauksille? Ehkä haluaisit tehdä tämän autotallissasi, mutta seinien, katojen ja lattian heijastukset tekisivät mittauksistasi epätarkkoja. Ihanteellinen paikka antennimittausten suorittamiseen on jokin ulkoavaruudessa, jossa heijastuksia ei voi esiintyä. Koska avaruusmatkailu on kuitenkin tällä hetkellä kohtuuttoman kallista, keskitymme mittauspaikkoihin, jotka sijaitsevat Maan pinnalla. Kaiuton kammio voidaan käyttää antennin testilaitteiston eristämiseen samalla, kun heijastunutta energiaa absorboidaan radiotaajuussäteilyä absorboivalla vaahdolla.
Vapaan tilan alueet (kaiuttomat kammiot)
Vapaan tilan mittausalueet ovat antennin mittauspaikkoja, jotka on suunniteltu simuloimaan avaruudessa suoritettavia mittauksia. Toisin sanoen kaikki lähellä olevista kohteista ja maasta heijastuneet aallot (jotka ovat ei-toivottuja) vaimennetaan mahdollisimman paljon. Suosituimpia vapaan tilan mittausalueita ovat kaiuttomat huoneet, korotetut mittausalueet ja kompakti mittausalue.
Kaiuttomat kammiot
Kaiuttomat kammiot ovat sisäantennien mittausalueita. Seinät, katot ja lattia on vuorattu erityisellä sähkömagneettisia aaltoja vaimentavalla materiaalilla. Sisäantennit ovat toivottavia, koska testiolosuhteet voidaan säätää paljon tarkemmin kuin ulkoantennien. Materiaali on usein myös muodoltaan rosoinen, mikä tekee näistä kammioista varsin mielenkiintoisen katsella. Rosoiset kolmiot on suunniteltu siten, että niistä heijastunut säteily leviää satunnaisiin suuntiin, ja satunnaisten heijastusten yhteenlaskettu säteily vaimenee entisestään. Seuraavassa kuvassa on kuva kaiuttomasta kammiosta ja joitakin testilaitteita:
(Kuvassa näkyy RFMISO-antennin testi)
Kaiuttomien kammioiden haittapuolena on, että niiden on usein oltava melko suuria. Antennien on usein oltava vähintään useiden aallonpituuksien päässä toisistaan kaukokentän olosuhteiden simuloimiseksi. Siksi alemmilla taajuuksilla, joilla on suuret aallonpituudet, tarvitsemme erittäin suuria kammioita, mutta kustannukset ja käytännön rajoitukset usein rajoittavat niiden kokoa. Joillakin puolustusalan urakointiyrityksillä, jotka mittaavat suurten lentokoneiden tai muiden kohteiden tutkapoikkileikkauksia, tiedetään olevan koripallokentän kokoisia kaiuttomia kammioita, vaikka tämä ei olekaan tavallista. Yliopistoilla, joissa on kaiuttomia kammioita, on tyypillisesti kammioita, jotka ovat 3–5 metriä pitkiä, leveitä ja korkeita. Kokorajoituksen vuoksi ja koska radiotaajuusabsorboiva materiaali toimii tyypillisesti parhaiten UHF-taajuuksilla ja korkeammilla taajuuksilla, kaiuttomia kammioita käytetään useimmiten yli 300 MHz:n taajuuksilla.
Kohonneet vuoristot
Korotetut mittausalueet ovat ulkotiloja. Tässä kokoonpanossa testattava lähde ja antenni on asennettu maanpinnan yläpuolelle. Nämä antennit voivat sijaita vuorilla, torneissa, rakennuksissa tai missä tahansa sopivaksi katsotussa paikassa. Näin tehdään usein erittäin suurille antenneille tai matalilla taajuuksilla (VHF ja alle, <100 MHz), joilla sisätiloissa tehtävät mittaukset olisivat vaikeita. Korotetun mittausalueen peruskaavio on esitetty kuvassa 2.
Kuva 2. Kohonneen alueen kuva.
Lähdeantenni (tai referenssiantenni) ei välttämättä ole korkeammalla kuin testiantenni, kuten juuri tässä esitin. Kahden antennin välisen näkölinjan (kuvassa 2 musta säde) on oltava esteetön. Kaikki muut heijastukset (kuten maasta heijastuva punainen säde) ovat ei-toivottuja. Korkeilla etäisyyksillä, kun lähde ja testiantennin sijainti on määritetty, testaajat määrittävät sitten, missä merkittävät heijastukset tapahtuvat, ja pyrkivät minimoimaan heijastukset näiltä pinnoilta. Usein tähän tarkoitukseen käytetään radiotaajuuksia absorboivaa materiaalia tai muuta materiaalia, joka ohjaa säteet pois testiantennista.
Kompaktit mallistot
Lähdeantenni on sijoitettava testiantennin kaukokenttään. Syynä tähän on se, että testiantennin vastaanottaman aallon tulisi olla tasoaalto maksimaalisen tarkkuuden saavuttamiseksi. Koska antennit lähettävät palloaaltoja, antennin on oltava riittävän kaukana, jotta lähdeantennista säteilevä aalto on suunnilleen tasoaalto - katso kuva 3.
Kuva 3. Lähdeantenni säteilee pallomaisen aaltorintaman omaavaa aaltoa.
Sisätiloissa ei kuitenkaan usein ole riittävää etäisyyttä tämän saavuttamiseksi. Yksi tapa ratkaista tämä ongelma on kompaktin alueen käyttö. Tässä menetelmässä lähdeantenni suunnataan heijastinta kohti, jonka muoto on suunniteltu heijastamaan palloaalto suunnilleen tasomaisesti. Tämä on hyvin samankaltainen periaate kuin lautasantennin toimintaperiaate. Perustoiminta on esitetty kuvassa 4.
Kuva 4. Kompakti kantama - lähdeantennin palloaallot heijastuvat tasomaisiksi (kollimoituneiksi).
Parabolisen heijastimen pituuden halutaan tyypillisesti olevan useita kertoja testiantennin pituutta suurempi. Kuvassa 4 oleva lähdeantenni on sijoitettu heijastimesta erilleen, jotta se ei ole heijastuneiden säteiden tiellä. On myös oltava varovainen, jotta kaikki suora säteily (keskinäinen kytkentä) lähdeantennista testiantenniin estetään.
Julkaisun aika: 03.01.2024
