Antennemåling er processen med kvantitativ evaluering og analyse af antennens ydeevne og karakteristika. Ved at bruge specielt testudstyr og målemetoder måler vi forstærkningen, strålingsmønsteret, stående bølgeforhold, frekvensrespons og andre parametre for antennen for at verificere, om antennens designspecifikationer opfylder kravene, kontrollere antennens ydeevne og komme med forslag til forbedringer. Resultaterne og dataene fra antennemålinger kan bruges til at evaluere antennens ydeevne, optimere design, forbedre systemets ydeevne og give vejledning og feedback til antenneproducenter og applikationsingeniører.
Nødvendigt udstyr i antennemålinger
Til antennetest er den mest fundamentale enhed VNA. Den enkleste type VNA er en 1-ports VNA, som er i stand til at måle impedansen af en antenne.
Måling af en antennes strålingsmønster, forstærkning og effektivitet er vanskeligere og kræver meget mere udstyr. Vi vil kalde den antenne, der skal måles, for AUT, som står for Antenna Under Test. Det nødvendige udstyr til antennemålinger omfatter:
En referenceantenne - En antenne med kendte karakteristika (forstærkning, mønster osv.)
En RF Power Transmitter - En måde at sprøjte energi ind i AUT [Antenne Under Test]
Et modtagersystem - Dette bestemmer, hvor meget strøm der modtages af referenceantennen
Et positioneringssystem - Dette system bruges til at rotere testantennen i forhold til kildeantennen for at måle strålingsmønsteret som funktion af vinklen.
Et blokdiagram over ovennævnte udstyr er vist i figur 1.
Figur 1. Diagram over påkrævet antennemåleudstyr.
Disse komponenter vil kort blive diskuteret. Referenceantennen skal naturligvis udstråle godt ved den ønskede testfrekvens. Referenceantenner er ofte dobbeltpolariserede hornantenner, så vandret og lodret polarisering kan måles på samme tid.
Transmittersystemet bør være i stand til at udsende et stabilt kendt effektniveau. Udgangsfrekvensen skal også være indstillelig (valgbar), og rimelig stabil (stabil betyder at frekvensen du får fra senderen er tæt på den frekvens du ønsker, varierer ikke meget med temperaturen). Senderen bør indeholde meget lidt energi ved alle andre frekvenser (der vil altid være noget energi uden for den ønskede frekvens, men der bør f.eks. ikke være meget energi ved harmoniske).
Det modtagende system skal blot bestemme, hvor meget strøm der modtages fra testantennen. Dette kan gøres via en simpel effektmåler, som er en enhed til måling af RF (radiofrekvens) effekt og kan tilsluttes direkte til antenneterminalerne via en transmissionsledning (såsom et koaksialkabel med N-type eller SMA stik). Typisk er modtageren et 50 Ohm system, men kan have en anden impedans, hvis det er angivet.
Bemærk, at sende/modtage-systemet ofte erstattes af en VNA. En S21-måling sender en frekvens ud af port 1 og registrerer den modtagne effekt ved port 2. Derfor er en VNA velegnet til denne opgave; det er dog ikke den eneste metode til at udføre denne opgave.
Positioneringssystemet styrer orienteringen af testantennen. Da vi ønsker at måle testantennens strålingsmønster som funktion af vinkel (typisk i sfæriske koordinater), skal vi dreje testantennen, så kildeantennen oplyser testantennen fra alle mulige vinkler. Positioneringssystemet bruges til dette formål. I figur 1 viser vi AUT'en, der roteres. Bemærk, at der er mange måder at udføre denne rotation på; nogle gange drejes referenceantennen, og nogle gange drejes både reference- og AUT-antennerne.
Nu hvor vi har alt det nødvendige udstyr, kan vi diskutere, hvor vi skal foretage målingerne.
Hvor er et godt sted for vores antennemålinger? Måske kunne du godt tænke dig at gøre dette i din garage, men refleksionerne fra vægge, lofter og gulv ville gøre dine mål unøjagtige. Det ideelle sted at udføre antennemålinger er et sted i det ydre rum, hvor der ikke kan forekomme refleksioner. Men fordi rumrejser i øjeblikket er uoverkommeligt dyre, vil vi fokusere på målesteder, der er på Jordens overflade. Et ekkofrit kammer kan bruges til at isolere antennetestopsætningen, mens den absorberer reflekteret energi med RF-absorberende skum.
Free Space Ranges (Aechoic Chambers)
Frirumsområder er antennemålesteder designet til at simulere målinger, der ville blive udført i rummet. Det vil sige, at alle reflekterede bølger fra nærliggende genstande og jorden (som er uønskede) undertrykkes så meget som muligt. De mest populære frirumsområder er ekkofri kamre, forhøjede områder og den kompakte rækkevidde.
Ekkoiske kamre
Ekkofri kamre er indendørs antenneområder. Vægge, lofter og gulve er foret med specielt elektromagnetisk bølgeabsorberende materiale. Indendørs områder er ønskelige, fordi testforholdene kan kontrolleres meget mere stramt end for udendørs områder. Materialet er ofte også takket i form, hvilket gør disse kamre ret interessante at se. De takkede trekantformer er designet således, at det, der reflekteres fra dem, har en tendens til at sprede sig i tilfældige retninger, og det, der lægges sammen fra alle de tilfældige refleksioner, har en tendens til at tilføje usammenhængende og dermed undertrykkes yderligere. Et billede af et ekkofrit kammer er vist på følgende billede sammen med noget testudstyr:
(Billedet viser RFMISO antennetesten)
Ulempen ved lydløse kamre er, at de ofte skal være ret store. Ofte skal antenner som minimum være adskillige bølgelængder væk fra hinanden for at simulere fjernfeltsforhold. Derfor har vi brug for meget store kamre til lavere frekvenser med store bølgelængder, men omkostninger og praktiske begrænsninger begrænser ofte deres størrelse. Nogle forsvarsfirmaer, der måler radartværsnittet af store fly eller andre genstande, er kendt for at have ekkofrie kamre på størrelse med basketballbaner, selvom dette ikke er almindeligt. Universiteter med ekkofrie kamre har typisk kamre, der er 3-5 meter i længde, bredde og højde. På grund af størrelsesbegrænsningen, og fordi RF-absorberende materiale typisk fungerer bedst ved UHF og højere, anvendes ekkofrie kamre oftest til frekvenser over 300 MHz.
Forhøjede rækkevidder
Elevated Ranges er udendørs baner. I denne opsætning er kilden og antennen, der testes, monteret over jorden. Disse antenner kan være på bjerge, tårne, bygninger, eller hvor man nu finder det passende. Dette gøres ofte for meget store antenner eller ved lave frekvenser (VHF og derunder, <100 MHz), hvor indendørs målinger ville være vanskelige. Det grundlæggende diagram over et forhøjet område er vist i figur 2.
Figur 2. Illustration af forhøjet rækkevidde.
Kildeantennen (eller referenceantennen) er ikke nødvendigvis i en højere højde end testantennen, jeg viste det bare sådan her. Sigtelinjen (LOS) mellem de to antenner (illustreret med den sorte stråle i figur 2) skal være uhindret. Alle andre refleksioner (såsom den røde stråle reflekteret fra jorden) er uønskede. For forhøjede områder, når først en kilde og testantenneplacering er bestemt, bestemmer testoperatørerne, hvor de signifikante refleksioner vil forekomme, og forsøger at minimere refleksionerne fra disse overflader. Ofte bruges rf-absorberende materiale til dette formål, eller andet materiale, der afleder strålerne væk fra testantennen.
Kompakte serier
Kildeantennen skal placeres i det fjerne felt af testantennen. Årsagen er, at bølgen modtaget af testantennen skal være en plan bølge for maksimal nøjagtighed. Da antenner udsender sfæriske bølger, skal antennen være tilstrækkelig langt, således at bølgen, der udstråles fra kildeantennen, er omtrent en plan bølge - se figur 3.
Figur 3. En kildeantenne udsender en bølge med en sfærisk bølgefront.
For indendørs kamre er der dog ofte ikke tilstrækkelig adskillelse til at opnå dette. En metode til at løse dette problem er via et kompakt udvalg. Ved denne metode er en kildeantenne orienteret mod en reflektor, hvis form er designet til at reflektere den sfæriske bølge på en tilnærmelsesvis plan måde. Dette er meget lig det princip, som en parabolantenne fungerer efter. Den grundlæggende betjening er vist i figur 4.
Figur 4. Kompakt rækkevidde - de sfæriske bølger fra kildeantennen reflekteres til at være plane (kollimerede).
Længden af den parabolske reflektor ønskes typisk flere gange så stor som testantennen. Kildeantennen i figur 4 er forskudt fra reflektoren, så den ikke er i vejen for de reflekterede stråler. Der skal også udvises forsigtighed for at holde enhver direkte stråling (gensidig kobling) fra kildeantennen til testantennen.
Posttid: Jan-03-2024
