Anténameranie je proces kvantitatívneho hodnotenia a analýzy výkonu a charakteristík antény. Pomocou špeciálnych testovacích zariadení a metód merania meriame zisk, vyžarovací diagram, pomer stojatých vĺn, frekvenčnú odozvu a ďalšie parametre antény, aby sme overili, či konštrukčné špecifikácie antény spĺňajú požiadavky, skontrolujeme výkon antény a poskytnúť návrhy na zlepšenie. Výsledky a údaje z meraní antény možno použiť na vyhodnotenie výkonu antény, optimalizáciu návrhov, zlepšenie výkonu systému a poskytnutie vedenia a spätnej väzby výrobcom antén a aplikačným technikom.
Požadované vybavenie pri meraniach antény
Na testovanie antén je najzákladnejším zariadením VNA. Najjednoduchším typom VNA je 1-portový VNA, ktorý je schopný merať impedanciu antény.
Meranie vyžarovacieho diagramu, zisku a účinnosti antény je náročnejšie a vyžaduje si oveľa viac vybavenia. Anténu, ktorá sa má merať, budeme nazývať AUT, čo znamená Anténa v teste. Požadované vybavenie na meranie antény zahŕňa:
Referenčná anténa - Anténa so známymi charakteristikami (zisk, vzor atď.)
Vysokofrekvenčný vysielač energie – spôsob vstrekovania energie do AUT [testovaná anténa]
Systém prijímača – určuje, koľko energie prijíma referenčná anténa
Polohovací systém – Tento systém sa používa na otáčanie testovacej antény vzhľadom na zdrojovú anténu, na meranie vyžarovacieho diagramu ako funkcie uhla.
Bloková schéma vyššie uvedeného zariadenia je znázornená na obrázku 1.
Obrázok 1. Schéma požadovaného anténneho meracieho zariadenia.
O týchto komponentoch sa bude stručne hovoriť. Referenčná anténa by mala samozrejme dobre vyžarovať na požadovanej testovacej frekvencii. Referenčné antény sú často duálne polarizované rohové antény, takže horizontálnu a vertikálnu polarizáciu je možné merať súčasne.
Vysielací systém by mal byť schopný poskytovať stabilnú známu úroveň výkonu. Výstupná frekvencia by mala byť tiež laditeľná (voliteľná) a primerane stabilná (stabilná znamená, že frekvencia, ktorú dostanete z vysielača, je blízka frekvencii, ktorú chcete, sa veľmi nelíši s teplotou). Vysielač by mal obsahovať veľmi málo energie na všetkých ostatných frekvenciách (vždy bude určitá energia mimo požadovanej frekvencie, ale napríklad na harmonických by nemalo byť veľa energie).
Prijímací systém jednoducho potrebuje určiť, koľko energie je prijímané z testovacej antény. Dá sa to urobiť pomocou jednoduchého merača výkonu, čo je zariadenie na meranie RF (rádiofrekvenčného) výkonu a možno ho pripojiť priamo k anténnym terminálom pomocou prenosového vedenia (ako je koaxiálny kábel s konektormi typu N alebo SMA). Typicky je prijímač 50 Ohmový systém, ale môže mať inú impedanciu, ak je špecifikovaná.
Všimnite si, že vysielací/prijímací systém je často nahradený VNA. Meranie S21 prenáša frekvenciu z portu 1 a zaznamenáva prijímaný výkon na porte 2. Preto je VNA vhodný na túto úlohu; nie je to však jediný spôsob vykonávania tejto úlohy.
Polohovací systém riadi orientáciu testovacej antény. Keďže chceme merať vyžarovací diagram testovacej antény ako funkciu uhla (zvyčajne v sférických súradniciach), musíme testovaciu anténu natočiť tak, aby zdrojová anténa osvetľovala testovaciu anténu zo všetkých možných uhlov. Na tento účel slúži polohovací systém. Na obrázku 1 ukazujeme otáčanie AUT. Všimnite si, že existuje mnoho spôsobov, ako vykonať túto rotáciu; niekedy sa otáča referenčná anténa a niekedy sa otáča aj referenčná anténa a anténa AUT.
Teraz, keď máme všetko potrebné vybavenie, môžeme diskutovať o tom, kde vykonať merania.
Kde je dobré miesto pre naše anténne merania? Možno by ste to chceli urobiť vo svojej garáži, ale odrazy od stien, stropov a podlahy by vaše merania skreslili. Ideálne miesto na meranie antény je niekde vo vesmíre, kde nemôže dochádzať k odrazom. Keďže je však cestovanie do vesmíru v súčasnosti neúmerne drahé, zameriame sa na miesta merania, ktoré sú na povrchu Zeme. Bezodrazová komora sa môže použiť na izoláciu testovacej zostavy antény a zároveň absorbovať odrazenú energiu penou absorbujúcou RF.
Rozsahy voľného priestoru (Anechoické komory)
Rozsahy voľného priestoru sú miesta merania antény určené na simuláciu meraní, ktoré by sa vykonávali vo vesmíre. To znamená, že všetky odrazené vlny od blízkych objektov a zeme (ktoré sú nežiaduce) sú čo najviac potlačené. Najpopulárnejšie voľné priestory sú anechoické komory, zvýšené rozsahy a kompaktné rozsahy.
Anechoické komory
Anechoické komory sú rozsahy vnútorných antén. Steny, stropy a podlaha sú obložené špeciálnym materiálom pohlcujúcim elektromagnetické vlny. Vnútorné strelnice sú žiaduce, pretože testovacie podmienky môžu byť oveľa prísnejšie kontrolované ako vonkajšie strelnice. Materiál má tiež často zubatý tvar, vďaka čomu sú tieto komory celkom zaujímavé. Zubaté trojuholníkové tvary sú navrhnuté tak, že to, čo sa od nich odráža, má tendenciu šíriť sa v náhodných smeroch a to, čo sa sčítava zo všetkých náhodných odrazov, má tendenciu nekoherentne pridávať a je tak ďalej potláčané. Obrázok anechoickej komory je zobrazený na nasledujúcom obrázku spolu s niektorým testovacím zariadením:
(Obrázok ukazuje test antény RFMISO)
Nevýhodou anechoických komôr je, že často musia byť dosť veľké. Antény často musia byť od seba vzdialené minimálne o niekoľko vlnových dĺžok, aby sa simulovali podmienky vzdialeného poľa. Preto pre nižšie frekvencie s veľkými vlnovými dĺžkami potrebujeme veľmi veľké komory, ale ich veľkosť často obmedzujú náklady a praktické obmedzenia. O niektorých zmluvných spoločnostiach v oblasti obrany, ktoré merajú radarový prierez veľkých lietadiel alebo iných objektov, je známe, že majú bezodrazové komory veľkosti basketbalových ihrísk, hoci to nie je bežné. Univerzity s anechoickými komorami majú zvyčajne komory s dĺžkou, šírkou a výškou 3 až 5 metrov. Kvôli obmedzeniu veľkosti a pretože RF absorbujúci materiál zvyčajne najlepšie funguje pri UHF a vyšších, anechoické komory sa najčastejšie používajú pre frekvencie nad 300 MHz.
Zvýšené rozsahy
Elevated Ranges sú vonkajšie rozsahy. V tomto nastavení sú testovaný zdroj a anténa namontované nad zemou. Tieto antény môžu byť na horách, vežiach, budovách alebo kdekoľvek, kde je to vhodné. Toto sa často robí pre veľmi veľké antény alebo pri nízkych frekvenciách (VHF a menej, < 100 MHz), kde by vnútorné merania boli ťažko zvládnuteľné. Základný diagram zvýšeného rozsahu je znázornený na obrázku 2.
Obrázok 2. Ilustrácia zvýšeného rozsahu.
Zdrojová anténa (alebo referenčná anténa) nie je nevyhnutne vo vyššej nadmorskej výške ako testovacia anténa, len som to tu ukázal. Línia pohľadu (LOS) medzi dvoma anténami (znázornená čiernym lúčom na obrázku 2) musí byť bez prekážok. Všetky ostatné odrazy (napríklad červený lúč odrazený od zeme) sú nežiaduce. Pre zvýšené rozsahy, keď sa určí zdroj a umiestnenie testovacej antény, potom operátori testu určia, kde sa vyskytnú významné odrazy, a pokúsia sa minimalizovať odrazy od týchto povrchov. Často sa na tento účel používa vysokofrekvenčný absorbujúci materiál alebo iný materiál, ktorý odkláňa lúče od testovacej antény.
Kompaktné rozsahy
Zdrojová anténa musí byť umiestnená vo vzdialenom poli testovacej antény. Dôvodom je, že vlna prijímaná testovacou anténou by mala byť rovinná vlna pre maximálnu presnosť. Keďže antény vyžarujú sférické vlny, anténa musí byť dostatočne ďaleko, aby vlna vyžarovaná zo zdrojovej antény bola približne rovinná vlna – pozri obrázok 3.
Obrázok 3. Anténa zdroja vyžaruje vlnu so sférickým čelom vlny.
V prípade vnútorných komôr však často nie je dostatočné oddelenie na dosiahnutie tohto cieľa. Jednou z metód na vyriešenie tohto problému je kompaktný rozsah. Pri tomto spôsobe je zdrojová anténa orientovaná smerom k reflektoru, ktorého tvar je navrhnutý tak, aby odrážal sférickú vlnu približne rovinným spôsobom. Toto je veľmi podobné princípu, na ktorom funguje parabolická anténa. Základná operácia je znázornená na obrázku 4.
Obrázok 4. Kompaktný dosah - sférické vlny od antény zdroja sa odrážajú ako rovinné (kolimované).
Typicky sa požaduje, aby dĺžka parabolického reflektora bola niekoľkonásobne väčšia ako testovacia anténa. Anténa zdroja na obrázku 4 je odsadená od reflektora tak, aby neprekážala odrazeným lúčom. Je potrebné dbať aj na to, aby sa zachovalo akékoľvek priame vyžarovanie (vzájomná väzba) zo zdrojovej antény na skúšobnú anténu.
Čas odoslania: Jan-03-2024
