Antenamjerenje je proces kvantitativne procjene i analize performansi i karakteristika antene. Korištenjem posebne ispitne opreme i mjernih metoda mjerimo pojačanje, dijagram zračenja, omjer stojnog vala, frekvencijski odziv i druge parametre antene kako bismo provjerili ispunjavaju li specifikacije dizajna antene zahtjeve, provjerili performanse antene i dati prijedloge za poboljšanje. Rezultati i podaci iz mjerenja antene mogu se koristiti za procjenu performansi antene, optimiziranje dizajna, poboljšanje performansi sustava i pružanje smjernica i povratnih informacija proizvođačima antena i inženjerima aplikacija.
Potrebna oprema za antenska mjerenja
Za testiranje antene, najosnovniji uređaj je VNA. Najjednostavniji tip VNA je VNA s 1 ulazom, koji može mjeriti impedanciju antene.
Mjerenje dijagrama zračenja, dobitka i učinkovitosti antene je teže i zahtijeva puno više opreme. Antenu koju ćemo mjeriti nazvat ćemo AUT, što je kratica za Antenna Under Test. Potrebna oprema za antenska mjerenja uključuje:
Referentna antena - Antena s poznatim karakteristikama (pojačanje, uzorak itd.)
RF odašiljač snage - način ubrizgavanja energije u AUT [Antena pod ispitivanjem]
Sustav prijamnika - Ovo određuje koliko snage prima referentna antena
Sustav za pozicioniranje - Ovaj sustav se koristi za rotiranje ispitne antene u odnosu na izvornu antenu, za mjerenje uzorka zračenja kao funkcije kuta.
Blok dijagram gornje opreme prikazan je na slici 1.
Slika 1. Dijagram potrebne opreme za mjerenje antene.
O tim će se komponentama ukratko govoriti. Referentna antena bi naravno trebala dobro zračiti na željenoj ispitnoj frekvenciji. Referentne antene su često dvostruko polarizirane rogaste antene, tako da se horizontalna i vertikalna polarizacija mogu mjeriti u isto vrijeme.
Sustav odašiljanja trebao bi biti sposoban emitirati stabilnu poznatu razinu snage. Izlazna frekvencija bi također trebala biti podesiva (odabir) i razumno stabilna (stabilna znači da je frekvencija koju dobivate od odašiljača blizu frekvencije koju želite, ne varira puno s temperaturom). Odašiljač 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 sustav jednostavno treba odrediti koliku snagu prima ispitna antena. To se može učiniti pomoću jednostavnog mjerača snage, koji je uređaj za mjerenje RF (radio frekvencije) snage i može se spojiti izravno na antenske terminale putem dalekovoda (kao što je koaksijalni kabel s N-tipom ili SMA konektorima). Prijemnik je obično sustav od 50 Ohma, ali može biti različite impedancije ako je navedeno.
Imajte na umu da se sustav odašiljanja/prijema često zamjenjuje VNA. S21 mjerenje odašilje frekvenciju iz priključka 1 i bilježi primljenu snagu na priključku 2. Stoga je VNA prikladan za ovaj zadatak; no to nije jedina metoda obavljanja ovog zadatka.
Sustav za pozicioniranje kontrolira orijentaciju ispitne antene. Budući da želimo izmjeriti dijagram zračenja ispitne antene kao funkciju kuta (obično u sfernim koordinatama), trebamo 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 AUT koji se rotira. Imajte na umu da postoji mnogo načina za izvođenje ove rotacije; ponekad se zakreće referentna antena, a ponekad se zakreću i referentna i AUT antena.
Sada kada imamo svu potrebnu opremu, možemo razgovarati o tome gdje izvršiti mjerenja.
Gdje je dobro mjesto za mjerenje naše antene? Možda biste to željeli napraviti u svojoj garaži, ali refleksija od zidova, stropova i poda učinila bi vaša mjerenja netočnima. Idealno mjesto za obavljanje antenskih mjerenja je negdje u svemiru, gdje ne može doći do refleksije. Međutim, budući da su putovanja u svemir trenutno pretjerano skupa, usredotočit ćemo se na mjesta mjerenja koja se nalaze na površini Zemlje. Anehoična komora može se koristiti za izolaciju ispitne antene dok apsorbira reflektiranu energiju pjenom koja apsorbira RF.
Rasponi slobodnog prostora (anehoične komore)
Rasponi slobodnog prostora su mjesta mjerenja antene dizajnirana za simulaciju 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 bezehoične komore, povišeni rasponi i kompaktni raspon.
Anehoične komore
Anehoične komore su dometi sobnih antena. Zidovi, stropovi i pod obloženi su posebnim materijalom koji apsorbira elektromagnetske valove. Unutarnji poligoni su poželjni jer se ispitni uvjeti mogu mnogo strože kontrolirati od onih na vanjskim strelištima. Materijal je često i nazubljenog oblika, što ove komore čini vrlo zanimljivim za vidjeti. Nazubljeni trokutni oblici dizajnirani su tako da se ono što se od njih reflektira nastoji širiti u nasumičnim smjerovima, a ono što se zbroji od svih nasumičnih odraza nastoji dodati nekoherentno i tako se dalje potiskuje. Slika anehoične komore prikazana je na sljedećoj slici, zajedno s nekom opremom za ispitivanje:
(Slika prikazuje RFMISO test antene)
Nedostatak anehoičnih komora je taj što često moraju biti prilično velike. Često antene moraju biti najmanje nekoliko valnih duljina udaljene jedna od druge kako bi simulirale uvjete dalekog polja. Stoga, za niske frekvencije s velikim valnim duljinama trebamo vrlo velike komore, ali cijena i praktična ograničenja često ograničavaju njihovu veličinu. Poznato je da neke obrambene ugovorne tvrtke koje mjere radarski presjek velikih zrakoplova ili drugih objekata imaju anehoične komore veličine košarkaških igrališta, iako to nije uobičajeno. Sveučilišta s bezehonim komorama obično imaju komore dužine, širine i visine 3-5 metara. Zbog ograničenja veličine i zato što materijal koji apsorbira RF obično najbolje radi na UHF i višim frekvencijama, anehoične komore se najčešće koriste za frekvencije iznad 300 MHz.
Povišeni rasponi
Elevated Ranges su vanjski poligoni. U ovoj postavci, izvor i antena koji se testiraju postavljeni su iznad zemlje. Ove antene mogu biti na planinama, tornjevima, zgradama ili gdje god netko smatra da je to prikladno. Ovo se često radi za vrlo velike antene ili na niskim frekvencijama (VHF i niže, <100 MHz) gdje bi mjerenja u zatvorenom prostoru bila teško izvodljiva. Osnovni dijagram povišenog raspona prikazan je na slici 2.
Slika 2. Ilustracija povišenog raspona.
Izvorna antena (ili referentna antena) nije nužno na višoj nadmorskoj visini od ispitne antene, ovdje sam to samo tako pokazao. Linija vidljivosti (LOS) između dviju antena (prikazano crnom zrakom na slici 2) mora biti bez zapreka. Sve druge refleksije (kao što je crvena zraka odbijena od tla) su nepoželjne. Za povišene domete, nakon što se odrede izvor i lokacija ispitne antene, operateri tada određuju gdje će doći do značajnih refleksija i pokušavaju minimizirati refleksije od tih površina. Često se u tu svrhu koristi materijal koji apsorbira RF ili drugi materijal koji odbija zrake od ispitne antene.
Kompaktni rasponi
Izvorna antena mora biti smještena u dalekom polju ispitne antene. Razlog je taj što bi val koji prima ispitna antena trebao biti ravni val za najveću točnost. Budući da antene zrače sferne valove, antena mora biti dovoljno udaljena da val koji zrači iz izvorne antene bude približno ravni val - vidi sliku 3.
Slika 3. Izvorna antena zrači val sa sfernom valnom frontom.
Međutim, za unutarnje komore često nema dovoljno odvajanja da bi se to postiglo. Jedna od metoda za rješavanje ovog problema je putem kompaktnog asortimana. U ovoj metodi, izvorna antena je usmjerena prema reflektoru, čiji je oblik dizajniran da reflektira sferni val na približno ravninski način. Ovo je vrlo slično principu na kojem radi antena. Osnovna operacija je prikazana na slici 4.
Slika 4. Kompaktni domet - sferni valovi od izvorne antene reflektiraju se planarno (kolimirano).
Obično se želi da duljina paraboličnog reflektora 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 zadrži bilo kakvo izravno zračenje (međusobno spajanje) s antene izvora na ispitnu antenu.
Vrijeme objave: 3. siječnja 2024
