AnténaMeranie je proces kvantitatívneho hodnotenia a analýzy výkonu a charakteristík antény. Pomocou špeciálneho testovacieho zariadenia a meracích metód meriame zisk, vyžarovací diagram, pomer stojatých vĺn, frekvenčnú odozvu a ďalšie parametre antény, aby sme overili, či konštrukčné špecifikácie antény spĺňajú požiadavky, skontrolovali výkon antény a poskytli návrhy na zlepšenie. Výsledky a údaje z meraní antény možno použiť na vyhodnotenie výkonu antény, optimalizáciu návrhov, zlepšenie výkonu systému a poskytnutie usmernení a spätnej väzby výrobcom antén a aplikačným inžinierom.
Požadované vybavenie pri meraniach antén
Na testovanie antén je najzákladnejším zariadením VNA. Najjednoduchším typom VNA je 1-portový VNA, ktorý dokáže merať impedanciu antény.
Meranie vyžarovacieho diagramu, zisku a účinnosti antény je zložitejšie a vyžaduje si oveľa viac vybavenia. Meranú anténu budeme nazývať AUT, čo je skratka pre Anténa pod testom. Medzi potrebné vybavenie na meranie antény patrí:
Referenčná anténa - anténa so známymi charakteristikami (zisk, diagram atď.)
Vysielač RF výkonu - spôsob vstrekovania energie do testovanej antény [AUT]
Prijímací systém - určuje, koľko energie prijíma referenčná anténa
Polohovací systém - Tento systém sa používa na otáčanie testovacej antény vzhľadom na zdrojovú anténu, aby sa zmeral vyžarovací diagram ako funkcia uhla.
Bloková schéma vyššie uvedeného zariadenia je znázornená na obrázku 1.
Obrázok 1. Schéma požadovaného meracieho zariadenia antény.
Tieto komponenty budú stručne prediskutované. Referenčná anténa by samozrejme mala dobre vyžarovať na požadovanej testovacej frekvencii. Referenčné antény sú často duálne polarizované trychtýrové antény, takže je možné merať horizontálnu a vertikálnu polarizáciu 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 požadovanej frekvencii a nemení sa veľmi s teplotou). Vysielač by mal obsahovať veľmi málo energie na všetkých ostatných frekvenciách (mimo požadovanej frekvencie bude vždy nejaká energia, ale napríklad na harmonických by nemalo byť veľa energie).
Prijímací systém jednoducho potrebuje určiť, koľko energie prijíma z testovacej antény. To sa dá urobiť pomocou jednoduchého merača výkonu, čo je zariadenie na meranie RF (rádiovej frekvencie) výkonu a môže byť pripojený priamo k anténnym svorkám cez prenosové vedenie (napríklad koaxiálny kábel s konektormi typu N alebo SMA). Prijímač je typicky 50-ohmový systém, ale v prípade potreby môže mať inú impedanciu.
Treba poznamenať, že systém vysielania/prijímania je často nahradený vizuálnym analýzovým adaptérom (VNA). Meranie S21 vysiela frekvenciu z portu 1 a zaznamenáva prijatý výkon na porte 2. Preto je VNA na túto úlohu vhodný; nie je to však jediná metóda na jej vykonanie.
Polohovací systém riadi orientáciu testovanej antény. Keďže chceme merať vyžarovací diagram testovanej antény ako funkciu uhla (zvyčajne vo sférických súradniciach), musíme testovaciu anténu otočiť tak, aby zdrojová anténa osvetľovala testovaciu anténu zo všetkých možných uhlov. Na tento účel sa používa polohovací systém. Na obrázku 1 zobrazujeme otáčanie AUT. Treba poznamenať, že existuje mnoho spôsobov, ako vykonať toto otáčanie; niekedy sa otáča referenčná anténa a niekedy sa otáčajú referenčná aj AUT anténa.
Teraz, keď máme všetko potrebné vybavenie, môžeme prediskutovať, kde vykonáme merania.
Kde je vhodné miesto na meranie antény? Možno by ste to chceli urobiť vo svojej garáži, ale odrazy od stien, stropov a podlahy by spôsobili, že vaše merania budú nepresné. Ideálne miesto na vykonanie meraní antény je niekde vo vesmíre, kde nemôžu dochádzať k žiadnym odrazom. Keďže však vesmírne cestovanie je v súčasnosti neúnosne drahé, zameriame sa na miesta merania, ktoré sa nachádzajú na povrchu Zeme. Na izoláciu testovacieho zariadenia antény možno použiť bezodrazovú komoru, ktorá absorbuje odrazenú energiu pomocou peny absorbujúcej rádiofrekvenčné žiarenie.
Rozsahy voľného priestoru (anechoické komory)
Rozsahy vo voľnom priestore sú miesta merania antén, ktoré sú navrhnuté tak, aby simulovali merania, ktoré by sa vykonávali vo vesmíre. To znamená, že všetky odrazené vlny od blízkych objektov a zeme (ktoré sú nežiaduce) sú čo najviac potlačené. Najobľúbenejšie rozsahy vo voľnom priestore sú bezodrazové komory, vyvýšené rozsahy a kompaktné rozsahy.
Anechoické komory
Anechoické komory sú vnútorné anténne dosahy. Steny, stropy a podlaha sú obložené špeciálnym materiálom pohlcujúcim elektromagnetické vlny. Vnútorné dosahy sú žiaduce, pretože testovacie podmienky sa dajú oveľa prísnejšie kontrolovať ako v prípade vonkajších dosahov. Materiál má často aj zubatý tvar, vďaka čomu sú tieto komory dosť zaujímavé na pohľad. Zubaté trojuholníkové tvary sú navrhnuté tak, že to, čo sa od nich odráža, má tendenciu sa šíriť náhodnými smermi a to, čo sa sčíta zo všetkých náhodných odrazov, má tendenciu sa sčítať nekoherentne, a preto je ďalej potlačené. Obrázok anechoickej komory je zobrazený na nasledujúcom obrázku spolu s niektorými testovacími zariadeniami:
(Obrázok zobrazuje test antény RFMISO)
Nevýhodou anechoických komôr je, že často musia byť dosť veľké. Antény musia byť často od seba vzdialené minimálne niekoľko vlnových dĺžok, aby 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. Niektoré spoločnosti zaoberajúce sa obranou, ktoré merajú radarový prierez veľkých lietadiel alebo iných objektov, majú anechoické 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 preto, že materiál absorbujúci rádiofrekvenčné žiarenie zvyčajne funguje najlepšie pri UHF a vyšších frekvenciách, sa anechoické komory najčastejšie používajú pre frekvencie nad 300 MHz.
Vyvýšené pohoria
Vyvýšené dosahy sú vonkajšie dosahy. V tomto nastavení sú zdroj a testovaná anténa namontované nad zemou. Tieto antény môžu byť na horách, vežiach, budovách alebo kdekoľvek, kde sa to považuje za vhodné. Často sa to robí pre veľmi veľké antény alebo pri nízkych frekvenciách (VHF a nižšie, <100 MHz), kde by merania v interiéri boli nemožné. Základný diagram vyvýšeného dosahu je znázornený na obrázku 2.
Obrázok 2. Znázornenie zvýšeného dosahu.
Zdrojová anténa (alebo referenčná anténa) nemusí byť nevyhnutne vo vyššej nadmorskej výške ako testovacia anténa, len som to tu takto ukázal. Priama viditeľnosť (LOS) medzi dvoma anténami (znázornená čiernym lúčom na obrázku 2) musí byť neobmedzená. Všetky ostatné odrazy (napríklad červený lúč odrazený od zeme) sú nežiaduce. Pri vysokých rozsahoch, po určení umiestnenia zdroja a testovacej antény, testovací operátori potom určia, kde sa vyskytnú významné odrazy, a snažia sa minimalizovať odrazy od týchto povrchov. Na tento účel sa často používa materiál absorbujúci vysokofrekvenčné žiarenie alebo iný materiál, ktorý odkláňa lúče od testovacej antény.
Kompaktné rady
Zdrojová anténa musí byť umiestnená vo vzdialenom poli testovanej antény. Dôvodom je, že vlna prijímaná testovanou 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. Zdrojová anténa vyžaruje vlnu so sférickým vlnoplochom.
V prípade vnútorných komôr však často nie je dostatočná separácia na dosiahnutie tohto cieľa. Jednou z metód na riešenie tohto problému je použitie kompaktného dosahu. Pri tejto metóde je zdrojová anténa orientovaná smerom k reflektoru, ktorého tvar je navrhnutý tak, aby odrážal sférickú vlnu približne rovinným spôsobom. Je to veľmi podobné princípu, na ktorom funguje parabolická anténa. Základná činnosť je znázornená na obrázku 4.
Obrázok 4. Kompaktný dosah – sférické vlny zo zdrojovej antény sa odrážajú a sú planárne (kolimované).
Dĺžka parabolického reflektora je zvyčajne niekoľkonásobne väčšia ako dĺžka testovacej antény. Zdrojová anténa na obrázku 4 je odsadená od reflektora, aby neprekážala odrazeným lúčom. Taktiež je potrebné dbať na to, aby sa zabránilo akémukoľvek priamemu žiareniu (vzájomnému prepojeniu) zo zdrojovej antény do testovacej antény.
Čas uverejnenia: 03.01.2024
