AntenneMåling er processen med kvantitativ evaluering og analyse af antennens ydeevne og egenskaber. Ved hjælp af specielt testudstyr og målemetoder måler vi antennens forstærkning, strålingsmønster, stående bølgeforhold, frekvensrespons og andre parametre for at verificere, om antennens designspecifikationer opfylder kravene, kontrollere antennens ydeevne og give forslag til forbedringer. Resultaterne og dataene fra antennemålingerne kan bruges til at evaluere antennens ydeevne, optimere design, forbedre systemets ydeevne og give vejledning og feedback til antenneproducenter og applikationsingeniører.
Nødvendigt udstyr til antennemålinger
Til antennetestning er den mest grundlæggende enhed VNA'en. 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 kalder 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-effekttransmitter - En måde at injicere energi i AUT'en [Antenne under test]
Et modtagersystem - Dette bestemmer, hvor meget strøm referenceantennen modtager
Et positioneringssystem - Dette system bruges til at rotere testantennen i forhold til kildeantennen for at måle strålingsmønsteret som en funktion af vinklen.
Et blokdiagram over ovenstående udstyr er vist i figur 1.
Figur 1. Diagram over nødvendigt antennemåleudstyr.
Disse komponenter vil kort blive diskuteret. Referenceantennen skal naturligvis udstråle godt ved den ønskede testfrekvens. Referenceantenner er ofte dobbeltpolariserede hornantenner, så horisontal og vertikal polarisering kan måles på samme tid.
Sendesystemet skal kunne udsende et stabilt, kendt effektniveau. Udgangsfrekvensen skal også være justerbar (valgbar) og rimelig stabil (stabil betyder, at den frekvens, du får fra senderen, er tæt på den ønskede frekvens og ikke varierer meget med temperaturen). Senderen skal 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 frekvenser).
Modtagersystemet 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-effekt (radiofrekvens), og som kan tilsluttes direkte til antenneterminalerne via en transmissionslinje (f.eks. et koaksialkabel med N-type eller SMA-stik). Typisk er modtageren et 50 ohm-system, men kan have en anden impedans, hvis det er specificeret.
Bemærk at sende-/modtagesystemet ofte erstattes af en VNA. En S21-måling sender en frekvens ud af port 1 og registrerer den modtagne effekt på port 2. Derfor er en VNA velegnet til denne opgave; det er dog ikke den eneste metode til at udføre denne opgave.
Positioneringssystemet styrer testantennens orientering. Da vi ønsker at måle testantennens strålingsmønster som en funktion af vinklen (typisk i sfæriske koordinater), skal vi rotere testantennen, så kildeantennen belyser den 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 roteres referenceantennen, og nogle gange roteres både reference- og AUT-antennen.
Nu hvor vi har alt det nødvendige udstyr, kan vi diskutere, hvor målingerne skal udføres.
Hvor er et godt sted at udføre vores antennemålinger? Måske vil du gerne gøre dette i din garage, men refleksionerne fra vægge, lofter og gulv ville gøre dine målinger 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 lydløst kammer kan bruges til at isolere antennetestopsætningen, mens den absorberer reflekteret energi med RF-absorberende skum.
Frirumsbaner (lydfri kamre)
Frirumsområder er antennemålesteder designet til at simulere målinger, der ville blive udført i rummet. Det vil sige, at alle reflekterede bølger fra nærliggende objekter og jorden (som er uønskede) undertrykkes så meget som muligt. De mest populære frirumsområder er anekoiske kamre, forhøjede områder og det kompakte område.
Anekoiske kamre
Antekoiske kamre er indendørs antenneområder. Vægge, lofter og gulv er beklædt med et specielt materiale, der absorberer elektromagnetiske bølger. Indendørs antenneområder er ønskelige, fordi testforholdene kan kontrolleres meget strengere end udendørs antenneområder. Materialet har ofte også en takket form, hvilket gør disse kamre ret interessante at se. De takkede trekantformer er designet således, at det, der reflekteres fra dem, har tendens til at sprede sig i tilfældige retninger, og det, der lægges sammen af alle de tilfældige refleksioner, har tendens til at lægge sig usammenhængende og dermed undertrykkes yderligere. Et billede af et antekoisk kammer vises på følgende billede sammen med noget testudstyr:
(Billedet viser RFMISO-antennetesten)
Ulempen ved lydfrie 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 forsvarsentreprenørvirksomheder, der måler radartværsnittet af store fly eller andre objekter, er kendt for at have lydfrie kamre på størrelse med basketballbaner, selvom dette ikke er almindeligt. Universiteter med lydfrie kamre har typisk kamre, der er 3-5 meter lange, brede og høje. På grund af størrelsesbegrænsningen, og fordi RF-absorberende materiale typisk fungerer bedst ved UHF og højere, bruges lydfrie kamre oftest til frekvenser over 300 MHz.
Forhøjede områder
Forhøjede afstande er udendørs afstande. I denne opsætning er kilden og antennen under test monteret over jorden. Disse antenner kan være på bjerge, tårne, bygninger eller hvor som helst man 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 at udføre. Det grundlæggende diagram for en forhøjet afstand 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 lige på den måde 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, der reflekteres fra jorden) er uønskede. For forhøjede områder, når en kilde- og testantenneplacering er bestemt, bestemmer testoperatørerne derefter, hvor de betydelige refleksioner vil forekomme, og forsøger at minimere refleksionerne fra disse overflader. Ofte anvendes RF-absorberende materiale til dette formål eller andet materiale, der afbøjer strålerne væk fra testantennen.
Kompakte serier
Kildeantennen skal placeres i testantennens fjernfelt. Årsagen er, at den bølge, der modtages af testantennen, skal være en planbølge for at opnå maksimal nøjagtighed. Da antenner udstråler sfæriske bølger, skal antennen være tilstrækkeligt langt væk, så den bølge, der udstråles fra kildeantennen, er omtrent en planbølge - se figur 3.
Figur 3. En kildeantenne udsender en bølge med en sfærisk bølgefront.
I indendørs rum er der dog ofte ikke tilstrækkelig afstand til at opnå dette. En metode til at løse dette problem er via en kompakt rækkevidde. I denne metode er en kildeantenne orienteret mod en reflektor, hvis form er designet til at reflektere den sfæriske bølge på en omtrentlig plan måde. Dette minder meget om princippet, som en parabolantenne fungerer efter. Den grundlæggende funktion er vist i figur 4.
Figur 4. Kompakt rækkevidde - de sfæriske bølger fra kildeantennen reflekteres, så de er plane (kollimerede).
Det er typisk ønskeligt, at den parabolske reflektor skal være flere gange så lang 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 undgå direkte stråling (gensidig kobling) fra kildeantennen til testantennen.
Opslagstidspunkt: 03. januar 2024
