Antennemåling er prosessen med å kvantitativt evaluere og analysere antenneytelse og egenskaper. Ved å bruke spesielt testutstyr og målemetoder måler vi forsterkning, strålingsmønster, stående bølgeforhold, frekvensrespons og andre parametere til antennen for å verifisere om designspesifikasjonene til antennen oppfyller kravene, sjekke antennens ytelse, og gi forslag til forbedringer. Resultatene og dataene fra antennemålinger kan brukes til å evaluere antenneytelse, optimalisere design, forbedre systemytelsen og gi veiledning og tilbakemelding til antenneprodusenter og applikasjonsingeniører.
Nødvendig utstyr i antennemålinger
For antennetesting er den mest grunnleggende enheten VNA. Den enkleste typen VNA er en 1-ports VNA, som er i stand til å måle impedansen til en antenne.
Måling av en antennes strålingsmønster, forsterkning og effektivitet er vanskeligere og krever mye mer utstyr. Vi vil kalle antennen som skal måles for AUT, som står for Antenna Under Test. Nødvendig utstyr for antennemålinger inkluderer:
En referanseantenne - En antenne med kjente egenskaper (forsterkning, mønster osv.)
En RF-strømsender - En måte å injisere energi på AUT [Antenne under test]
Et mottakersystem - Dette bestemmer hvor mye strøm som mottas av referanseantennen
Et posisjoneringssystem - Dette systemet brukes til å rotere testantennen i forhold til kildeantennen, for å måle strålingsmønsteret som en funksjon av vinkelen.
Et blokkskjema over utstyret ovenfor er vist i figur 1.
Figur 1. Diagram over nødvendig antennemåleutstyr.
Disse komponentene vil bli kort diskutert. Referanseantennen skal selvfølgelig stråle godt på ønsket testfrekvens. Referanseantenner er ofte dobbeltpolariserte hornantenner, slik at horisontal og vertikal polarisering kan måles samtidig.
Sendesystemet skal være i stand til å gi ut et stabilt kjent effektnivå. Utgangsfrekvensen bør også være avstembar (valgbar), og rimelig stabil (stabil betyr at frekvensen du får fra senderen er nær den frekvensen du ønsker, varierer ikke mye med temperaturen). Senderen skal inneholde svært lite energi ved alle andre frekvenser (det vil alltid være noe energi utenfor ønsket frekvens, men det skal for eksempel ikke være mye energi ved harmoniske).
Mottakssystemet trenger ganske enkelt å bestemme hvor mye strøm som mottas fra testantennen. Dette kan gjøres via en enkel effektmåler, som er en enhet for måling av RF (radiofrekvens) effekt og kan kobles direkte til antenneterminalene via en overføringslinje (som en koaksialkabel med N-type eller SMA-kontakter). Vanligvis er mottakeren et 50 Ohm-system, men kan ha en annen impedans hvis spesifisert.
Merk at sende/mottakssystemet ofte erstattes av en VNA. En S21-måling sender en frekvens ut av port 1 og registrerer den mottatte effekten ved port 2. Derfor er en VNA godt egnet for denne oppgaven; men det er ikke den eneste metoden for å utføre denne oppgaven.
Posisjoneringssystemet kontrollerer retningen til testantennen. Siden vi ønsker å måle strålingsmønsteret til testantennen som funksjon av vinkelen (typisk i sfæriske koordinater), må vi rotere testantennen slik at kildeantennen lyser opp testantennen fra alle mulige vinkler. Posisjoneringssystemet brukes til dette formålet. I figur 1 viser vi AUT som roteres. Merk at det er mange måter å utføre denne rotasjonen på; noen ganger roteres referanseantennen, og noen ganger roteres både referanse- og AUT-antennen.
Nå som vi har alt nødvendig utstyr, kan vi diskutere hvor vi skal gjøre målingene.
Hvor er et bra sted for våre antennemålinger? Kanskje du ønsker å gjøre dette i garasjen din, men refleksjonene fra vegger, tak og gulv vil gjøre målingene unøyaktige. Det ideelle stedet for å utføre antennemålinger er et sted i verdensrommet, hvor ingen refleksjoner kan forekomme. Men fordi romfart for tiden er uoverkommelig dyrt, vil vi fokusere på målesteder som er på jordoverflaten. Et ekkofritt kammer kan brukes til å isolere antennetestoppsettet mens det absorberer reflektert energi med RF-absorberende skum.
Free Space Ranges (Anechoic Chambers)
Free space ranges er antennemålesteder designet for å simulere målinger som ville bli utført i rommet. Det vil si at alle reflekterte bølger fra nærliggende objekter og bakken (som er uønsket) undertrykkes så mye som mulig. De mest populære friromsområdene er ekkofrie kamre, forhøyede områder og den kompakte serien.
Ekkofrie kamre
Ekkofrie kamre er innendørs antenneområder. Vegger, tak og gulv er foret med spesielt elektromagnetisk bølgeabsorberende materiale. Innendørs områder er ønskelige fordi testforholdene kan være mye strengere kontrollert enn for utendørs områder. Materialet er ofte også hakkete i formen, noe som gjør disse kamrene ganske interessante å se. De taggete trekantformene er utformet slik at det som reflekteres fra dem har en tendens til å spre seg i tilfeldige retninger, og det som legges sammen fra alle de tilfeldige refleksjonene har en tendens til å addere usammenhengende og blir dermed undertrykt ytterligere. Et bilde av et ekkofritt kammer vises i følgende bilde, sammen med noe testutstyr:
(Bildet viser RFMISO-antennetesten)
Ulempen med ekkofrie kamre er at de ofte må være ganske store. Ofte må antenner være minst flere bølgelengder unna hverandre for å simulere fjernfeltsforhold. For lavere frekvenser med store bølgelengder trenger vi derfor veldig store kamre, men kostnadene og praktiske begrensninger begrenser ofte størrelsen. Noen forsvarsentreprenører som måler radartverrsnittet av store fly eller andre gjenstander er kjent for å ha ekkofrie kammer på størrelse med basketballbaner, selv om dette ikke er vanlig. Universiteter med ekkofrie kamre har typisk kamre som er 3-5 meter i lengde, bredde og høyde. På grunn av størrelsesbegrensningen, og fordi RF-absorberende materiale vanligvis fungerer best ved UHF og høyere, brukes ekkofrie kamre oftest for frekvenser over 300 MHz.
Forhøyede områder
Elevated Ranges er utendørs områder. I dette oppsettet er kilden og antennen som testes montert over bakken. Disse antennene kan være på fjell, tårn, bygninger, eller hvor man måtte finne at det passer. Dette gjøres ofte for veldig store antenner eller ved lave frekvenser (VHF og under, <100 MHz) hvor innendørs målinger vil være vanskelige å behandle. Det grunnleggende diagrammet for et forhøyet område er vist i figur 2.
Figur 2. Illustrasjon av forhøyet rekkevidde.
Kildeantennen (eller referanseantennen) er ikke nødvendigvis høyere enn testantennen, jeg viste det bare slik her. Siktelinjen (LOS) mellom de to antennene (illustrert med den svarte strålen i figur 2) må være uhindret. Alle andre refleksjoner (som den røde strålen reflektert fra bakken) er uønskede. For forhøyede områder, når en kilde og testantenneplassering er bestemt, bestemmer testoperatørene hvor de signifikante refleksjonene vil oppstå, og forsøker å minimere refleksjonene fra disse overflatene. Ofte brukes rf-absorberende materiale til dette formålet, eller annet materiale som avleder strålene bort fra testantennen.
Kompakte serier
Kildeantennen må plasseres i det fjerne feltet av testantennen. Årsaken er at bølgen mottatt av testantennen skal være en plan bølge for maksimal nøyaktighet. Siden antenner utstråler sfæriske bølger, må antennen være tilstrekkelig langt slik at bølgen som utstråles fra kildeantennen er omtrent en plan bølge - se figur 3.
Figur 3. En kildeantenne utstråler en bølge med en sfærisk bølgefront.
Men for innendørs kammer er det ofte ikke nok separasjon for å oppnå dette. En metode for å fikse dette problemet er via et kompakt utvalg. I denne metoden er en kildeantenne orientert mot en reflektor, hvis form er utformet for å reflektere den sfæriske bølgen på en tilnærmet plan måte. Dette er veldig likt prinsippet som en parabolantenne fungerer etter. Den grunnleggende operasjonen er vist i figur 4.
Figur 4. Kompakt rekkevidde - de sfæriske bølgene fra kildeantennen reflekteres til å være plane (kollimerte).
Lengden på den parabolske reflektoren er typisk ønsket å være flere ganger så stor som testantennen. Kildeantennen i figur 4 er forskjøvet fra reflektoren slik at den ikke er i veien for de reflekterte strålene. Det må også utvises forsiktighet for å holde eventuell direkte stråling (gjensidig kobling) fra kildeantennen til testantennen.
Innleggstid: Jan-03-2024
