AntenaMatavimas – tai kiekybinio antenos veikimo ir charakteristikų įvertinimo ir analizės procesas. Naudodami specialią bandymo įrangą ir matavimo metodus, išmatuojame antenos stiprinimo koeficientą, spinduliuotės modelį, stovinčiosios bangos santykį, dažnio atsaką ir kitus parametrus, kad patikrintume, ar antenos projektavimo specifikacijos atitinka reikalavimus, patikrintume antenos veikimą ir pateiktume patobulinimų pasiūlymus. Antenos matavimų rezultatai ir duomenys gali būti naudojami antenos veikimui įvertinti, projektavimo optimizavimui, sistemos veikimui gerinti ir teikti rekomendacijas bei atsiliepimus antenų gamintojams ir taikymo inžinieriams.
Reikalinga įranga antenų matavimams
Antenų testavimui svarbiausias įrenginys yra VNA. Paprasčiausias VNA tipas yra 1 prievado VNA, galintis išmatuoti antenos varžą.
Antenos spinduliuotės modelio, stiprinimo ir efektyvumo matavimas yra sudėtingesnis ir reikalauja daug daugiau įrangos. Matuojamą anteną vadinsime AUT, kuris reiškia „Antenna Under Test“. Reikalinga įranga antenos matavimams:
Etaloninė antena – antena su žinomomis charakteristikomis (stiprinimu, signalo schemą ir kt.)
RF galios siųstuvas – būdas tiekti energiją į AUT [bandoma antena]
Imtuvo sistema – tai nustato, kiek galios priima etaloninė antena.
Padėties nustatymo sistema – ši sistema naudojama bandymo antenai pasukti šaltinio antenos atžvilgiu, kad būtų galima išmatuoti spinduliuotės modelį kaip kampo funkciją.
Aukščiau pateiktos įrangos blokinė schema parodyta 1 paveiksle.
1 pav. Reikalingos antenos matavimo įrangos schema.
Šie komponentai bus trumpai aptarti. Etaloninė antena, žinoma, turėtų gerai spinduliuoti norimą bandymo dažnį. Etaloninės antenos dažnai yra dvigubos poliarizuotos raginės antenos, kad horizontalią ir vertikalią poliarizaciją būtų galima išmatuoti vienu metu.
Perdavimo sistema turėtų galėti generuoti stabilų žinomą galios lygį. Išėjimo dažnis taip pat turėtų būti reguliuojamas (pasirenkamas) ir pakankamai stabilus (stabilus reiškia, kad iš siųstuvo gaunamas dažnis yra artimas norimam dažniui ir labai nesikeičia priklausomai nuo temperatūros). Siųstuvas turėtų turėti labai mažai energijos visais kitais dažniais (visada bus šiek tiek energijos už norimo dažnio ribų, bet, pavyzdžiui, harmonikų srityje neturėtų būti daug energijos).
Priėmimo sistemai tereikia nustatyti, kiek galios gaunama iš bandymo antenos. Tai galima padaryti naudojant paprastą galios matuoklį – prietaisą RF (radijo dažnių) galiai matuoti, kurį galima tiesiogiai prijungti prie antenos gnybtų per perdavimo liniją (pvz., bendraašį kabelį su N tipo arba SMA jungtimis). Paprastai imtuvas yra 50 omų sistemos, tačiau, jei nurodyta, gali būti ir kitokios varžos.
Atkreipkite dėmesį, kad perdavimo/priėmimo sistemą dažnai pakeičia kintamos galios analoginis keitiklis (VNA). S21 matavimo metu dažnis perduodamas iš 1 prievado ir įrašoma priimama galia iš 2 prievado. Todėl VNA puikiai tinka šiai užduočiai atlikti, tačiau tai nėra vienintelis šios užduoties atlikimo būdas.
Padėties nustatymo sistema valdo bandomosios antenos orientaciją. Kadangi norime išmatuoti bandomosios antenos spinduliuotės modelį kaip kampo funkciją (paprastai sferinėmis koordinatėmis), turime pasukti bandomąją anteną taip, kad šaltinio antena apšviestų bandomąją anteną iš visų įmanomų kampų. Šiuo tikslu naudojama padėties nustatymo sistema. 1 paveiksle parodyta, kaip pasukama AUT. Atkreipkite dėmesį, kad yra daug būdų atlikti šį pasukimą; kartais pasukama etaloninė antena, o kartais pasukamos ir etaloninė, ir AUT antenos.
Dabar, kai turime visą reikiamą įrangą, galime aptarti, kur atlikti matavimus.
Kur geriausia vieta atlikti antenos matavimus? Galbūt norėtumėte tai padaryti savo garaže, bet atspindžiai nuo sienų, lubų ir grindų padarytų jūsų matavimus netikslius. Ideali vieta antenos matavimams atlikti yra kažkur kosmose, kur negali būti atspindžių. Tačiau kadangi kelionės kosmose šiuo metu yra pernelyg brangios, mes sutelksime dėmesį į matavimo vietas Žemės paviršiuje. Beaidė kamera gali būti naudojama antenos bandymo įrangai izoliuoti, o atspindėtą energiją sugerti radijo dažnius sugeriančiomis putomis.
Laisvos erdvės šaudyklos (beaidės kameros)
Laisvos erdvės diapazonai yra antenų matavimo vietos, skirtos imituoti matavimus, atliekamus kosmose. Tai reiškia, kad visos atsispindėjusios bangos nuo netoliese esančių objektų ir žemės (kurios yra nepageidaujamos) yra kiek įmanoma labiau slopinamos. Populiariausi laisvos erdvės diapazonai yra beaidės kameros, pakelti diapazonai ir kompaktiškas diapazonas.
Abejingos kameros
Beaidės kameros yra patalpų antenų bandymų zonos. Sienos, lubos ir grindys yra išklotos specialia elektromagnetines bangas sugeriančia medžiaga. Patalpų bandymų zonos yra pageidaujamos, nes bandymo sąlygas galima daug griežčiau kontroliuoti nei lauko bandymų zonose. Medžiaga taip pat dažnai būna dantytos formos, todėl šias kameras gana įdomu apžiūrėti. Dantytos trikampių formos yra suprojektuotos taip, kad nuo jų atsispindinti šviesa sklistų atsitiktinėmis kryptimis, o tai, kas susijungia iš visų atsitiktinių atspindžių, paprastai susideda nenuosekliai ir todėl yra dar labiau slopinama. Beaidės kameros nuotrauka parodyta šiame paveikslėlyje kartu su kai kuria bandymo įranga:
(Paveikslėlyje parodytas RFMISO antenos bandymas)
Beaidžių kamerų trūkumas yra tas, kad jos dažnai turi būti gana didelės. Dažnai antenos turi būti bent kelių bangos ilgių atstumu viena nuo kitos, kad būtų imituojamos tolimojo lauko sąlygos. Todėl žemesniems dažniams su dideliais bangos ilgiais mums reikia labai didelių kamerų, tačiau kaina ir praktiniai apribojimai dažnai riboja jų dydį. Kai kurios gynybos rangovų įmonės, matuojančios didelių lėktuvų ar kitų objektų radarų skerspjūvius, yra žinomos dėl savo beaidžių kamerų, kurių dydis prilygsta krepšinio aikštelėms, nors tai nėra įprasta. Universitetai, kuriuose įrengtos beaidės kameros, paprastai turi 3–5 metrų ilgio, pločio ir aukščio kameras. Dėl dydžio apribojimo ir dėl to, kad radijo dažnius sugerianti medžiaga paprastai geriausiai veikia UHF ir aukštesniuose dažniuose, beaidės kameros dažniausiai naudojamos dažniams, viršijantiems 300 MHz.
Padidėję kalnagūbriai
Padidinto diapazono matavimai yra lauko matavimai. Šioje konfigūracijoje šaltinis ir bandomoji antena yra sumontuoti virš žemės. Šios antenos gali būti kalnuose, bokštuose, pastatuose ar bet kurioje kitoje tinkamoje vietoje. Tai dažnai daroma su labai didelėmis antenomis arba žemais dažniais (VHF ir žemiau, <100 MHz), kur matavimai patalpose būtų sudėtingi. Pagrindinė padidinto diapazono schema parodyta 2 paveiksle.
2 pav. Padidinto diapazono iliustracija.
Šaltinio antena (arba etaloninė antena) nebūtinai yra aukštesniame aukštyje nei bandymo antena, aš ją čia tik parodžiau. Regėjimo linija tarp dviejų antenų (2 paveiksle pavaizduota juodu spinduliu) turi būti be kliūčių. Visi kiti atspindžiai (pvz., nuo žemės atsispindintis raudonas spindulys) yra nepageidaujami. Didesniuose diapazonuose, nustačius šaltinio ir bandymo antenos vietą, bandymo operatoriai nustato, kur atsiras reikšmingi atspindžiai, ir stengiasi kuo labiau sumažinti atspindžius nuo šių paviršių. Dažnai šiam tikslui naudojama radijo dažnius sugerianti medžiaga arba kita medžiaga, kuri nukreipia spindulius nuo bandymo antenos.
Kompaktiški asortimentai
Šaltinio antena turi būti pastatyta tolimajame bandymo antenos lauke. Taip yra todėl, kad bandymo antenos priimama banga turėtų būti plokščia banga, siekiant maksimalaus tikslumo. Kadangi antenos spinduliuoja sferines bangas, antena turi būti pakankamai toli, kad iš šaltinio antenos sklindanti banga būtų maždaug plokščia banga – žr. 3 paveikslą.
3 pav. Šaltinio antena spinduliuoja bangą su sferiniu bangos frontu.
Tačiau uždarose kamerose dažnai nėra pakankamai atstumo, kad tai būtų pasiekta. Vienas iš būdų išspręsti šią problemą yra kompaktiškas diapazonas. Taikant šį metodą, šaltinio antena yra orientuota į reflektorių, kurio forma sukurta taip, kad atspindėtų sferinę bangą maždaug plokštumoje. Tai labai panašu į principą, kuriuo veikia parafino antena. Pagrindinis veikimas parodytas 4 paveiksle.
4 pav. Kompaktiškas diapazonas – sferinės bangos iš šaltinio antenos atsispindi plokštumoje (kolimuojamos).
Paprastai pageidautina, kad parabolinio reflektoriaus ilgis būtų kelis kartus didesnis už bandymo antenos ilgį. 4 paveiksle pavaizduota šaltinio antena yra nutolusi nuo reflektoriaus, kad netrukdytų atspindėtiems spinduliams. Taip pat reikia stengtis, kad bet kokia tiesioginė spinduliuotė (abipusis ryšys) iš šaltinio antenos į bandymo anteną nepatektų.
Įrašo laikas: 2024 m. sausio 3 d.
