AntenneMåling er prosessen med kvantitativ evaluering og analyse av antenneytelse og egenskaper. Ved å bruke spesielt testutstyr og målemetoder måler vi forsterkningen, strålingsmønsteret, stående bølgeforholdet, frekvensresponsen og andre parametere til antennen for å bekrefte om antennens designspesifikasjoner oppfyller kravene, kontrollere antennens ytelse og gi forbedringsforslag. Resultatene og dataene fra antennemålingene kan brukes til å evaluere antennens ytelse, optimalisere design, forbedre systemytelsen og gi veiledning og tilbakemeldinger til antenneprodusenter og applikasjonsingeniører.
Nødvendig utstyr i antennemålinger
For antennetesting er VNA den mest grunnleggende enheten. Den enkleste typen VNA er en 1-ports VNA, som kan måle impedansen til en antenne.
Måling av en antennes strålingsmønster, forsterkning og effektivitet er vanskeligere og krever mye mer utstyr. Vi kaller 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-effektsender - En måte å injisere energi inn i AUT-en [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 blokkdiagram av utstyret ovenfor er vist i figur 1.
Figur 1. Diagram over nødvendig antennemåleutstyr.
Disse komponentene vil bli kort diskutert. Referanseantennen bør selvfølgelig stråle godt ved ønsket testfrekvens. Referanseantenner er ofte dobbeltpolariserte hornantenner, slik at horisontal og vertikal polarisering kan måles samtidig.
Sendersystemet bør kunne sende ut et stabilt, kjent effektnivå. Utgangsfrekvensen bør også være justerbar (valgbar) og rimelig stabil (stabil betyr at frekvensen du får fra senderen er nær den ønskede frekvensen og ikke varierer mye med temperaturen). Senderen bør inneholde svært lite energi ved alle andre frekvenser (det vil alltid være noe energi utenfor den ønskede frekvensen, men det bør for eksempel ikke være mye energi ved harmoniske svingninger).
Mottakersystemet trenger bare å bestemme hvor mye strøm som mottas fra testantennen. Dette kan gjøres via en enkel effektmåler, som er en enhet for å måle RF-effekt (radiofrekvens) og kan kobles direkte til antenneterminalene via en transmisjonslinje (for eksempel 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 på port 2. Derfor er en VNA godt egnet til denne oppgaven; det er imidlertid ikke den eneste metoden for å utføre denne oppgaven.
Posisjoneringssystemet styrer retningen til testantennen. Siden vi ønsker å måle strålingsmønsteret til testantennen som en funksjon av vinkelen (vanligvis i sfæriske koordinater), må vi rotere testantennen slik at kildeantennen belyser testantennen fra alle mulige vinkler. Posisjoneringssystemet brukes til dette formålet. I figur 1 viser vi AUT-en som roteres. Merk at det finnes 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 antennemålingene våre? Kanskje du ønsker å gjøre dette i garasjen din, men refleksjonene fra vegger, tak og gulv ville gjøre målingene dine unøyaktige. Det ideelle stedet for å utføre antennemålinger er et sted i verdensrommet, hvor det ikke kan forekomme refleksjoner. Men fordi romreiser for tiden er uoverkommelig dyrt, vil vi fokusere på målesteder som er på jordoverflaten. Et lydløst kammer kan brukes til å isolere antennetestoppsettet mens reflektert energi absorberes med RF-absorberende skum.
Frie romområder (lydløse kamre)
Friromsområder er antennemålesteder som er utformet for å simulere målinger som ville blitt utført i rommet. Det vil si at alle reflekterte bølger fra nærliggende objekter og bakken (som er uønskede) undertrykkes så mye som mulig. De mest populære friromsområdet er anekoiske kamre, forhøyede områder og det kompakte området.
Anekoiske kamre
Antekoiske kamre er innendørs antenneområder. Vegger, tak og gulv er kledd med et spesielt materiale som absorberer elektromagnetiske bølger. Innendørs antenneområder er ønskelige fordi testforholdene kan kontrolleres mye strengere enn utendørs antenner. Materialet har ofte også en taggete form, noe som gjør disse kamrene ganske interessante å se på. 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 legge seg usammenhengende og dermed undertrykkes ytterligere. Et bilde av et antekoisk kammer vises på bildet nedenfor, sammen med noe testutstyr:
(Bildet viser RFMISO-antennetesten)
Ulempen med anekoiske kamre er at de ofte må være ganske store. Ofte må antenner være minst flere bølgelengder unna hverandre for å simulere fjernfeltsforhold. Derfor trenger vi svært store kamre for lavere frekvenser med store bølgelengder, men kostnader og praktiske begrensninger begrenser ofte størrelsen. Noen forsvarsentreprenørselskaper som måler radartverrsnittet til store fly eller andre objekter er kjent for å ha anekoiske kamre på størrelse med basketballbaner, selv om dette ikke er vanlig. Universiteter med anekoiske kamre har vanligvis kamre som er 3–5 meter lange, brede og høyde. På grunn av størrelsesbegrensningen, og fordi RF-absorberende materiale vanligvis fungerer best på UHF og høyere, brukes anekoiske kamre oftest for frekvenser over 300 MHz.
Forhøyede områder
Forhøyede rekkevidder er utendørs rekkevidder. I dette oppsettet er kilden og antennen som testes montert over bakken. Disse antennene kan være på fjell, tårn, bygninger eller hvor som helst man finner det passende. Dette gjøres ofte for veldig store antenner eller ved lave frekvenser (VHF og under, <100 MHz) der innendørs målinger ville være vanskelige å gjennomføre. Det grunnleggende diagrammet for en forhøyet rekkevidde er vist i figur 2.
Figur 2. Illustrasjon av forhøyet rekkevidde.
Kildeantennen (eller referanseantennen) er ikke nødvendigvis i en høyere høyde enn testantennen, jeg viste det nettopp slik her. Siktelinjen (LOS) mellom de to antennene (illustrert av den svarte strålen i figur 2) må være uhindret. Alle andre refleksjoner (som den røde strålen som reflekteres fra bakken) er uønskede. For forhøyede avstander, når en kilde- og testantenneplassering er bestemt, bestemmer testoperatørene hvor de betydelige refleksjonene vil oppstå, og forsøker å minimere refleksjonene fra disse overflatene. Ofte brukes RF-absorberende materiale til dette formålet, eller annet materiale som avbøyer strålene bort fra testantennen.
Kompakte serier
Kildeantennen må plasseres i fjernfeltet til testantennen. Årsaken er at bølgen som mottas av testantennen bør være en planbølge for maksimal nøyaktighet. Siden antenner utstråler sfæriske bølger, må antennen være tilstrekkelig langt unna slik at bølgen som utstråles fra kildeantennen er omtrent en planbølge - se figur 3.
Figur 3. En kildeantenne utstråler en bølge med en sfærisk bølgefront.
For innendørs kamre er det imidlertid ofte ikke nok avstand til å oppnå dette. En metode for å løse dette problemet er via en kompakt rekkevidde. 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 for å være plane (kollimerte).
Lengden på den parabolske reflektoren er vanligvis 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 forhindre direkte stråling (gjensidig kobling) fra kildeantennen til testantennen.
Publisert: 03.01.2024
