АнтеннаИзмерение — это процесс количественной оценки и анализа характеристик и характеристик антенны. Используя специальное испытательное оборудование и методы измерения, мы измеряем коэффициент усиления, диаграмму направленности, коэффициент стоячей волны, частотную характеристику и другие параметры антенны, чтобы проверить, соответствуют ли конструктивные характеристики антенны требованиям, проверить характеристики антенны и предоставить предложения по улучшению. Результаты и данные измерений антенны можно использовать для оценки характеристик антенны, оптимизации конструкции, улучшения производительности системы, а также для предоставления рекомендаций и обратной связи производителям антенн и инженерам по применению.
Необходимое оборудование для измерения антенн
Самым простым устройством для тестирования антенн является анализатор цепей. Самый простой тип анализатора цепей — это однопортовый анализатор цепей, который способен измерять полное сопротивление антенны.
Измерение диаграммы направленности антенны, коэффициента усиления и эффективности является более сложной задачей и требует гораздо большего количества оборудования. Мы будем называть антенну, подлежащую измерению, AUT, что означает «испытуемая антенна». Необходимое оборудование для антенных измерений включает в себя:
Эталонная антенна — антенна с известными характеристиками (усиление, диаграмма направленности и т. д.).
Радиочастотный передатчик мощности — способ подачи энергии в AUT [испытываемая антенна]
Система приемника. Определяет, какая мощность принимается эталонной антенной.
Система позиционирования. Эта система используется для вращения испытательной антенны относительно антенны-источника для измерения диаграммы направленности как функции угла.
Структурная схема вышеуказанного оборудования представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема необходимого антенного измерительного оборудования.
Эти компоненты будут кратко обсуждены. Опорная антенна, конечно, должна хорошо излучать на желаемой тестовой частоте. Эталонные антенны часто представляют собой рупорные антенны с двойной поляризацией, поэтому горизонтальную и вертикальную поляризацию можно измерять одновременно.
Передающая система должна быть способна выдавать стабильный известный уровень мощности. Выходная частота также должна быть настраиваемой (выбираемой) и достаточно стабильной (стабильность означает, что частота, которую вы получаете от передатчика, близка к желаемой частоте и не сильно меняется в зависимости от температуры). Передатчик должен содержать очень мало энергии на всех других частотах (всегда будет некоторая энергия за пределами желаемой частоты, но, например, на гармониках не должно быть много энергии).
Приемной системе просто необходимо определить, какая мощность принимается от тестовой антенны. Это можно сделать с помощью простого измерителя мощности, который представляет собой устройство для измерения мощности RF (радиочастоты) и может быть подключен непосредственно к антенным терминалам через линию передачи (например, коаксиальный кабель с разъемами N-типа или SMA). Обычно приемник представляет собой систему с сопротивлением 50 Ом, но, если указано, может быть и другое сопротивление.
Обратите внимание, что систему передачи/приема часто заменяют ВАЦ. Измерение S21 передает частоту из порта 1 и записывает полученную мощность через порт 2. Следовательно, векторный анализатор цепей хорошо подходит для этой задачи; однако это не единственный метод выполнения этой задачи.
Система позиционирования контролирует ориентацию тестовой антенны. Поскольку мы хотим измерить диаграмму направленности тестовой антенны как функцию угла (обычно в сферических координатах), нам нужно повернуть тестовую антенну так, чтобы исходная антенна освещала тестовую антенну под всеми возможными углами. Для этой цели используется система позиционирования. На рисунке 1 показано вращение AUT. Обратите внимание, что существует множество способов выполнить это вращение; иногда опорная антенна вращается, а иногда вращаются как опорная антенна, так и антенна AUT.
Теперь, когда у нас есть все необходимое оборудование, можно обсудить, где проводить измерения.
Где лучше всего провести измерения антенны? Возможно, вы хотели бы сделать это в своем гараже, но отражения от стен, потолка и пола сделают ваши измерения неточными. Идеальное место для проведения антенных измерений — где-нибудь в космическом пространстве, где не может быть отражений. Однако, поскольку космические путешествия в настоящее время непомерно дороги, мы сосредоточимся на местах измерений, находящихся на поверхности Земли. Безэховая камера может использоваться для изоляции испытательной установки антенны, одновременно поглощая отраженную энергию с помощью пены, поглощающей радиочастоты.
Диапазоны свободного пространства (безэховые камеры)
Диапазоны свободного пространства — это места измерения антенн, предназначенные для имитации измерений, которые будут выполняться в космосе. То есть все отраженные волны от близлежащих предметов и земли (что нежелательно) максимально подавляются. Наиболее популярными моделями для свободного пространства являются безэховые камеры, приподнятые и компактные модели.
Безэховые камеры
Безэховые камеры представляют собой диапазоны внутренних антенн. Стены, потолки и пол облицованы специальным материалом, поглощающим электромагнитные волны. Желательно проводить испытания в закрытых помещениях, поскольку условия испытаний можно контролировать гораздо более жестко, чем на открытых полигонах. Материал часто имеет неровную форму, что делает эти камеры весьма интересными для осмотра. Зубчатые треугольные формы устроены так, что то, что от них отражается, имеет тенденцию распространяться в случайных направлениях, а то, что складывается из всех случайных отражений, имеет тенденцию складываться бессвязно и, таким образом, еще больше подавляется. На следующем рисунке показано изображение безэховой камеры вместе с некоторым испытательным оборудованием:
(На рисунке показан тест антенны RFMISO)
Недостатком безэховых камер является то, что они часто должны быть довольно большими. Часто антенны должны располагаться как минимум на расстоянии нескольких длин волн друг от друга, чтобы имитировать условия в дальней зоне. Следовательно, для более низких частот и больших длин волн нам нужны очень большие камеры, но стоимость и практические ограничения часто ограничивают их размер. Известно, что некоторые оборонные компании-подрядчики, измеряющие радиолокационное сечение больших самолетов или других объектов, имеют безэховые камеры размером с баскетбольную площадку, хотя это не является обычным явлением. В университетах с безэховыми камерами обычно имеются камеры длиной, шириной и высотой 3-5 метров. Из-за ограничений по размеру и того, что материал, поглощающий радиочастоты, обычно лучше всего работает в диапазоне УВЧ и выше, безэховые камеры чаще всего используются для частот выше 300 МГц.
Повышенные диапазоны
Повышенные полигоны - это открытые полигоны. В этой установке источник и тестируемая антенна устанавливаются над землей. Эти антенны могут располагаться на горах, башнях, зданиях или где угодно. Это часто делается для очень больших антенн или на низких частотах (ОВЧ и ниже, <100 МГц), где измерения внутри помещений затруднительны. Принципиальная схема повышенного диапазона представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Иллюстрация повышенного диапазона.
Исходная антенна (или эталонная антенна) не обязательно находится на большей высоте, чем тестовая антенна, я просто показал это здесь. Прямая видимость (LOS) между двумя антеннами (показана черным лучом на рисунке 2) не должна быть закрыта. Все остальные отражения (например, красный луч, отраженный от земли) нежелательны. Для увеличенных диапазонов после определения местоположения источника и испытательной антенны операторы испытаний определяют, где будут возникать значительные отражения, и пытаются минимизировать отражения от этих поверхностей. Часто для этой цели используется материал, поглощающий радиочастоты, или другой материал, который отклоняет лучи от испытательной антенны.
Компактные диапазоны
Исходная антенна должна быть размещена в дальней зоне испытательной антенны. Причина в том, что для максимальной точности волна, принимаемая испытательной антенной, должна быть плоской. Поскольку антенны излучают сферические волны, антенна должна располагаться на достаточном расстоянии, чтобы волна, излучаемая антенной-источником, была примерно плоской волной — см. рисунок 3.
Рисунок 3. Антенна-источник излучает волну со сферическим волновым фронтом.
Однако для внутренних камер часто недостаточно разделения для достижения этой цели. Одним из способов решения этой проблемы является использование компактного диапазона. В этом методе антенна источника ориентирована на отражатель, форма которого предназначена для отражения сферической волны приблизительно плоским образом. Это очень похоже на принцип работы тарелочной антенны. Основная операция показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Компактный диапазон — сферические волны от антенны-источника отражаются и становятся плоскими (коллимированными).
Обычно желательно, чтобы длина параболического отражателя была в несколько раз больше длины испытательной антенны. Исходная антенна на рисунке 4 смещена от отражателя так, чтобы не мешать отраженным лучам. Необходимо также соблюдать осторожность, чтобы не допустить прямого излучения (взаимной связи) от антенны-источника к испытуемой антенне.
Время публикации: 03 января 2024 г.
