AntenaMjerenje je proces kvantitativne procjene i analize performansi i karakteristika antene. Korištenjem posebne ispitne opreme i metoda mjerenja mjerimo pojačanje, dijagram zračenja, omjer stojnih valova, frekvencijski odziv i druge parametre antene kako bismo provjerili ispunjavaju li specifikacije dizajna antene zahtjeve, provjerili performanse antene i dali prijedloge za poboljšanje. Rezultati i podaci mjerenja antene mogu se koristiti za procjenu performansi antene, optimizaciju dizajna, poboljšanje performansi sustava te pružanje smjernica i povratnih informacija proizvođačima antena i inženjerima primjene.
Potrebna oprema za mjerenja antena
Za testiranje antene, najosnovniji uređaj je VNA. Najjednostavniji tip VNA je VNA s 1 priključkom, koji može mjeriti impedanciju antene.
Mjerenje dijagrama zračenja, pojačanja i učinkovitosti antene je teže i zahtijeva puno više opreme. Antenu koju treba mjeriti nazvat ćemo AUT, što je skraćenica od Antena pod testom. Potrebna oprema za mjerenja antene uključuje:
Referentna antena - Antena s poznatim karakteristikama (pojačanje, dijagram itd.)
RF odašiljač snage - način ubrizgavanja energije u AUT [Antena koja se testira]
Prijemni sustav - određuje koliko snage prima referentna antena
Sustav za pozicioniranje - Ovaj sustav se koristi za rotiranje ispitne antene u odnosu na izvornu antenu, kako bi se izmjerio dijagram zračenja kao funkcija kuta.
Blok dijagram gore navedene opreme prikazan je na slici 1.
Slika 1. Dijagram potrebne opreme za mjerenje antene.
Ove će komponente biti ukratko raspravljene. Referentna antena bi naravno trebala dobro zračiti na željenoj ispitnoj frekvenciji. Referentne antene su često dvostruko polarizirane rog antene, tako da se horizontalna i vertikalna polarizacija mogu mjeriti istovremeno.
Odašiljački sustav trebao bi biti sposoban odašiljati stabilnu poznatu razinu snage. Izlazna frekvencija također bi trebala biti podesiva (odabirljiva) i razumno stabilna (stabilna znači da je frekvencija koju dobivate iz odašiljača blizu željene frekvencije, ne mijenja se puno s temperaturom). Odašiljač bi trebao sadržavati vrlo malo energije na svim ostalim frekvencijama (uvijek će postojati nešto energije izvan željene frekvencije, ali ne bi trebalo biti puno energije na harmonicima, na primjer).
Prijemni sustav jednostavno treba odrediti koliko snage prima od ispitne antene. To se može učiniti pomoću jednostavnog mjerača snage, koji je uređaj za mjerenje RF (radiofrekvencijske) snage i može se izravno spojiti na terminale antene putem prijenosne linije (kao što je koaksijalni kabel s N-tipom ili SMA konektorima). Prijemnik je obično sustav od 50 Ohma, ali može imati i drugu impedanciju ako je navedeno.
Imajte na umu da se sustav odašiljanja/prijema često zamjenjuje VNA-om. S21 mjerenje odašilje frekvenciju iz porta 1 i bilježi primljenu snagu na portu 2. Stoga je VNA vrlo prikladan za ovaj zadatak; međutim, to nije jedina metoda za izvršavanje ovog zadatka.
Sustav za pozicioniranje kontrolira orijentaciju ispitne antene. Budući da želimo izmjeriti dijagram zračenja ispitne antene kao funkciju kuta (obično u sfernim koordinatama), moramo rotirati ispitnu antenu tako da izvorna antena osvjetljava ispitnu antenu iz svakog mogućeg kuta. U tu svrhu koristi se sustav za pozicioniranje. Na slici 1 prikazujemo rotaciju AUT-a. Imajte na umu da postoji mnogo načina za izvođenje ove rotacije; ponekad se rotira referentna antena, a ponekad se rotiraju i referentna i AUT antena.
Sada kada imamo svu potrebnu opremu, možemo razgovarati o tome gdje ćemo izvršiti mjerenja.
Gdje je dobro mjesto za naša mjerenja antene? Možda biste to željeli učiniti u svojoj garaži, ali refleksije od zidova, stropova i poda učinile bi vaša mjerenja netočnima. Idealno mjesto za izvođenje mjerenja antene je negdje u svemiru, gdje ne može doći do refleksija. Međutim, budući da su svemirska putovanja trenutno preskupa, usredotočit ćemo se na mjesta mjerenja koja se nalaze na površini Zemlje. Gluha komora može se koristiti za izolaciju testne postavke antene, a istovremeno apsorbira reflektiranu energiju pjenom koja apsorbira RF.
Rasponi slobodnog prostora (gluhe komore)
Rasponi u slobodnom prostoru su lokacije mjerenja antene dizajnirane za simuliranje mjerenja koja bi se izvodila u svemiru. To jest, svi reflektirani valovi od obližnjih objekata i tla (koji su nepoželjni) potiskuju se koliko god je to moguće. Najpopularniji rasponi u slobodnom prostoru su anehoične komore, povišeni rasponi i kompaktni raspon.
Anehoične komore
Anehoične komore su unutarnji antenski poligoni. Zidovi, stropovi i pod obloženi su posebnim materijalom koji apsorbira elektromagnetske valove. Unutarnji poligoni su poželjni jer se uvjeti ispitivanja mogu puno strože kontrolirati nego oni na vanjskim poligonima. Materijal je često i nazubljenog oblika, što ove komore čini prilično zanimljivima za vidjeti. Nazubljeni trokutasti oblici dizajnirani su tako da se ono što se od njih reflektira širi u nasumičnim smjerovima, a ono što se zbroji od svih nasumičnih refleksija teži nekoherentnom zbrajanju i stoga se dodatno potiskuje. Slika anehoične komore prikazana je na sljedećoj slici, zajedno s nekom ispitnom opremom:
(Slika prikazuje test RFMISO antene)
Nedostatak anehoičnih komora je taj što često moraju biti prilično velike. Antene često moraju biti udaljene jedna od druge barem nekoliko valnih duljina kako bi simulirale uvjete dalekog polja. Stoga, za niže frekvencije s velikim valnim duljinama potrebne su nam vrlo velike komore, ali troškovi i praktična ograničenja često ograničavaju njihovu veličinu. Poznato je da neke tvrtke za obrambene ugovore koje mjere radarski presjek velikih zrakoplova ili drugih objekata imaju anehoične komore veličine košarkaških terena, iako to nije uobičajeno. Sveučilišta s anehoičnim komorama obično imaju komore duljine, širine i visine 3-5 metara. Zbog ograničenja veličine i zato što materijal koji apsorbira RF obično najbolje radi na UHF-u i višem, anehoične komore se najčešće koriste za frekvencije iznad 300 MHz.
Uzvišeni lanci
Povišeni dometi su vanjski dometi. U ovoj postavci, izvor i antena koja se testira montirani su iznad tla. Ove antene mogu biti na planinama, tornjevima, zgradama ili gdje god se smatra prikladnim. To se često radi za vrlo velike antene ili na niskim frekvencijama (VHF i niže, <100 MHz) gdje bi mjerenja u zatvorenom prostoru bila nemoguća. Osnovni dijagram povišenog dometa prikazan je na slici 2.
Slika 2. Ilustracija povišenog dometa.
Izvorna antena (ili referentna antena) ne mora nužno biti na višoj nadmorskoj visini od ispitne antene, ovdje sam to samo tako pokazao. Linija vidljivosti (LOS) između dvije antene (prikazana crnom zrakom na slici 2) mora biti nesmetana. Sve ostale refleksije (poput crvene zrake reflektirane od tla) su nepoželjne. Za povišene domete, nakon što se odrede lokacija izvora i ispitne antene, operateri ispitivanja određuju gdje će se pojaviti značajne refleksije i pokušavaju smanjiti refleksije od tih površina. Često se u tu svrhu koristi materijal koji apsorbira radiofrekvencijske valove ili drugi materijal koji odbija zrake od ispitne antene.
Kompaktni rasponi
Izvorna antena mora biti postavljena u dalekom polju ispitivane antene. Razlog je taj što val koji prima ispitivana antena treba biti ravninski val radi maksimalne točnosti. Budući da antene zrače sferne valove, antena mora biti dovoljno udaljena da val koji zrači izvorna antena bude približno ravninski val - vidi sliku 3.
Slika 3. Izvorna antena zrači val sa sfernom valnom frontom.
Međutim, za unutarnje komore često nema dovoljno razmaka da bi se to postiglo. Jedna od metoda za rješavanje ovog problema je korištenje kompaktnog dometa. U ovoj metodi, izvorna antena je orijentirana prema reflektoru, čiji je oblik dizajniran da reflektira sferni val na približno planaran način. To je vrlo slično principu na kojem radi tanjurasta antena. Osnovni rad prikazan je na slici 4.
Slika 4. Kompaktni domet - sferni valovi s izvorne antene reflektiraju se i postaju planarni (kolimirani).
Duljina paraboličnog reflektora obično je poželjna da bude nekoliko puta veća od duljine ispitne antene. Izvorna antena na slici 4 je pomaknuta od reflektora tako da ne smeta reflektiranim zrakama. Također se mora paziti da se spriječi bilo kakvo izravno zračenje (međusobno spajanje) od izvorne antene do ispitne antene.
Vrijeme objave: 03.01.2024.
