Antennimittaus on prosessi, jossa antennin suorituskykyä ja ominaisuuksia arvioidaan ja analysoidaan kvantitatiivisesti. Erityisten testauslaitteiden ja mittausmenetelmien avulla mittaamme antennin vahvistuksen, säteilykuvion, seisovan aallon suhteen, taajuusvasteen ja muut parametrit varmistaaksemme, vastaavatko antennin suunnitteluvaatimukset vaatimuksia, tarkistamme antennin suorituskyvyn ja antaa parannusehdotuksia. Antennimittausten tuloksia ja tietoja voidaan käyttää arvioimaan antennin suorituskykyä, optimoimaan suunnittelua, parantamaan järjestelmän suorituskykyä sekä antamaan ohjeita ja palautetta antennien valmistajille ja sovellusinsinööreille.
Vaaditut laitteet antennimittauksissa
Antennitestauksessa peruslaite on VNA. Yksinkertaisin VNA-tyyppi on 1-porttinen VNA, joka pystyy mittaamaan antennin impedanssin.
Antennin säteilykuvion, vahvistuksen ja tehokkuuden mittaaminen on vaikeampaa ja vaatii paljon enemmän laitteita. Kutsumme mitattavaa antennia AUT:ksi, joka tarkoittaa Antenna Under Test. Antennimittauksiin tarvittavat laitteet sisältävät:
Vertailuantenni – antenni, jolla on tunnetut ominaisuudet (vahvistus, kuvio jne.)
RF-tehonlähetin – tapa ruiskuttaa energiaa AUT:hen [Antenni testattavana]
Vastaanotinjärjestelmä - Tämä määrittää, kuinka paljon tehoa vertailuantenni vastaanottaa
Paikannusjärjestelmä - Tätä järjestelmää käytetään testiantennin kääntämiseen suhteessa lähdeantenniin, säteilykuvion mittaamiseksi kulman funktiona.
Yllä olevan laitteen lohkokaavio on esitetty kuvassa 1.
Kuva 1. Kaavio tarvittavista antennimittauslaitteista.
Näitä komponentteja käsitellään lyhyesti. Referenssiantennin tulee tietysti säteillä hyvin halutulla testitaajuudella. Vertailuantennit ovat usein kaksoispolarisoituja torviantenneja, joten vaaka- ja pystypolarisaatio voidaan mitata samanaikaisesti.
Lähettävän järjestelmän tulee kyetä tuottamaan vakaa tunnettu tehotaso. Lähtötaajuuden tulee myös olla viritettävä (valittavissa) ja kohtuullisen vakaa (stabiili tarkoittaa, että lähettimestä saamasi taajuus on lähellä haluamaasi taajuutta, ei vaihtele paljon lämpötilan mukaan). Lähettimen tulee sisältää hyvin vähän energiaa kaikilla muilla taajuuksilla (energiaa tulee aina olemaan halutun taajuuden ulkopuolella, mutta esim. harmonisilla ei saisi olla paljon energiaa).
Vastaanottojärjestelmän on yksinkertaisesti määritettävä, kuinka paljon tehoa vastaanotetaan testiantennista. Tämä voidaan tehdä yksinkertaisella tehomittarilla, joka on laite RF-tehon (radiotaajuus) mittaamiseen ja joka voidaan liittää suoraan antenniliittimiin siirtojohdon (kuten N-tyypin tai SMA-liittimillä varustetun koaksiaalikaapelin) kautta. Yleensä vastaanotin on 50 ohmin järjestelmä, mutta se voi olla eri impedanssi, jos se on määritetty.
Huomaa, että lähetys/vastaanottojärjestelmä korvataan usein VNA:lla. S21-mittaus lähettää taajuuden portista 1 ja tallentaa vastaanotetun tehon portissa 2. Näin ollen VNA sopii hyvin tähän tehtävään; Se ei kuitenkaan ole ainoa tapa suorittaa tämä tehtävä.
Paikannusjärjestelmä ohjaa testiantennin suuntaa. Koska haluamme mitata testiantennin säteilykuviota kulman funktiona (tyypillisesti pallokoordinaatteina), testiantennia on käännettävä niin, että lähdeantenni valaisee testiantennin kaikista mahdollisista kulmista. Paikannusjärjestelmää käytetään tähän tarkoitukseen. Kuvassa 1 näytämme AUT:n pyörittämisen. Huomaa, että on monia tapoja suorittaa tämä kierto; joskus vertailuantennia käännetään, ja joskus sekä referenssi- että AUT-antennia kierretään.
Nyt kun meillä on kaikki tarvittavat laitteet, voimme keskustella missä mittaukset tehdään.
Missä on hyvä paikka antennimittauksillemme? Ehkä haluaisit tehdä tämän autotallissasi, mutta seinistä, katoista ja lattiasta tulevat heijastukset tekisivät mittauksistasi epätarkkoja. Ihanteellinen paikka antennimittausten suorittamiseen on ulkoavaruudessa, jossa ei voi tapahtua heijastuksia. Koska avaruusmatkailu on kuitenkin tällä hetkellä kohtuuttoman kallista, keskitymme mittauspaikkoihin, jotka ovat maan pinnalla. Kaiutonta kammiota voidaan käyttää eristämään antennin testikokoonpano samalla, kun se absorboi heijastuneen energian radiotaajuutta absorboivalla vaahdolla.
Vapaat avaruusalueet (Anechoic Chambers)
Vapaan tilan alueet ovat antennin mittauspaikkoja, jotka on suunniteltu simuloimaan avaruudessa suoritettavia mittauksia. Eli kaikki lähellä olevista kohteista ja maasta heijastuneet aallot (jotka ovat ei-toivottuja) tukahdutetaan niin paljon kuin mahdollista. Suosituimmat vapaan tilan alueet ovat kaiuttomat kammiot, korotetut alueet ja kompakti alue.
Kaiuttomat kammiot
Kaiuttomat kammiot ovat sisäantennialueita. Seinät, katot ja lattia on vuorattu erityisellä sähkömagneettista aaltoa absorboivalla materiaalilla. Sisäalueet ovat toivottavia, koska testausolosuhteita voidaan valvoa paljon tiukemmin kuin ulkoalueita. Materiaali on usein myös muodoltaan rosoinen, mikä tekee näistä kammioista varsin mielenkiintoista nähdä. Sahalaitaiset kolmion muodot on suunniteltu siten, että niistä heijastuvalla on taipumus levitä satunnaisiin suuntiin, ja kaikista satunnaisista heijastuksista yhteen lasketuilla on taipumus lisätä epäyhtenäisyyttä ja siten tukahdutettua entisestään. Seuraavassa kuvassa näkyy kuva kaiuttomasta kammiosta testilaitteiden kanssa:
(Kuvassa RFMISO-antennitesti)
Kaiuttomien kammioiden haittapuoli on, että niiden on usein oltava melko suuria. Usein antennien on oltava vähintään usean aallonpituuden päässä toisistaan simuloidakseen kaukokenttäolosuhteita. Siksi alemmille taajuuksille suurilla aallonpituuksilla tarvitsemme erittäin suuria kammioita, mutta kustannukset ja käytännön rajoitteet rajoittavat usein niiden kokoa. Joillakin puolustusalan urakointiyrityksillä, jotka mittaavat suurten lentokoneiden tai muiden esineiden tutkan poikkileikkausta, tiedetään olevan koripallokenttien kokoisia kaiuttomia kammioita, vaikka tämä ei ole tavallista. Yliopistoissa, joissa on kaiuttomia kammioita, on tyypillisesti kammiot, joiden pituus, leveys ja korkeus on 3-5 metriä. Kokorajoituksen vuoksi ja koska radiotaajuutta vaimentava materiaali toimii tyypillisesti parhaiten UHF:llä ja korkeammilla, kaiuttomia kammioita käytetään useimmiten yli 300 MHz:n taajuuksilla.
Kohonneet alueet
Korotetut alueet ovat ulkoalueita. Tässä asetelmassa testattava lähde ja antenni on asennettu maanpinnan yläpuolelle. Nämä antennit voivat olla vuorilla, torneissa, rakennuksissa tai missä tahansa sopivan. Tämä tehdään usein erittäin suurille antenneille tai matalilla taajuuksilla (VHF ja alle, <100 MHz), missä sisämittaukset olisivat vaikeasti ratkaistavissa. Peruskaavio korotetusta alueesta on esitetty kuvassa 2.
Kuva 2. Kuva korotetusta alueesta.
Lähdeantenni (tai vertailuantenni) ei välttämättä ole korkeammalla kuin testiantenni, näytin sen vain tässä. Näkölinjan (LOS) kahden antennin välillä (kuvassa 2 musta säde) on oltava esteetön. Kaikki muut heijastukset (kuten maasta heijastuva punainen säde) ovat ei-toivottuja. Korkeilla alueilla, kun lähteen ja testiantennin sijainti on määritetty, testioperaattorit määrittävät, missä merkittävät heijastukset tapahtuvat, ja yrittävät minimoida heijastukset näistä pinnoista. Usein tähän tarkoitukseen käytetään radiotaajuutta absorboivaa materiaalia tai muuta materiaalia, joka taittaa säteet pois testiantennista.
Kompaktit valikoimat
Lähdeantenni on sijoitettava testiantennin etäkenttään. Syynä on, että testiantennin vastaanottaman aallon tulee olla tasoaalto maksimaalisen tarkkuuden saavuttamiseksi. Koska antennit säteilevät pallomaisia aaltoja, antennin on oltava riittävän kaukana, jotta lähdeantennista säteilevä aalto on suunnilleen tasoaalto - katso kuva 3.
Kuva 3. Lähdeantenni säteilee aaltoa, jolla on pallomainen aaltorintama.
Sisäkammioissa ei kuitenkaan usein ole riittävää erotusta tämän saavuttamiseksi. Yksi tapa korjata tämä ongelma on käyttää kompaktia valikoimaa. Tässä menetelmässä lähdeantenni suunnataan kohti heijastinta, jonka muoto on suunniteltu heijastamaan pallomaista aaltoa suunnilleen tasomaisesti. Tämä on hyvin samanlainen kuin lautasantennin toimintaperiaate. Perustoiminto on esitetty kuvassa 4.
Kuva 4. Kompakti kantama - lähdeantennin pallomaiset aallot heijastuvat tasomaisiksi (kollimoiduiksi).
Parabolisen heijastimen pituuden halutaan tyypillisesti olla useita kertoja testiantennin pituudeksi. Kuvan 4 lähdeantenni on siirretty heijastimesta siten, ettei se ole heijastuneiden säteiden tiellä. On myös noudatettava varovaisuutta, jotta kaikki suora säteily (keskinäinen kytkentä) lähdeantennista testiantenniin pysyy.
Postitusaika: 03.01.2024
