AntennaMeting is die proses om antennaprestasie en -eienskappe kwantitatief te evalueer en te analiseer. Deur spesiale toetsapparatuur en meetmetodes te gebruik, meet ons die wins, stralingspatroon, staande golfverhouding, frekwensierespons en ander parameters van die antenna om te verifieer of die ontwerpspesifikasies van die antenna aan die vereistes voldoen, die prestasie van die antenna na te gaan en verbeteringsvoorstelle te verskaf. Die resultate en data van antennametings kan gebruik word om antennaprestasie te evalueer, ontwerpe te optimaliseer, stelselprestasie te verbeter en leiding en terugvoer aan antennavervaardigers en toepassingsingenieurs te verskaf.
Vereiste toerusting in antennametings
Vir antennatoetsing is die mees fundamentele toestel die VNA. Die eenvoudigste tipe VNA is 'n 1-poort VNA, wat die impedansie van 'n antenna kan meet.
Die meting van 'n antenna se stralingspatroon, wins en doeltreffendheid is moeiliker en vereis baie meer toerusting. Ons sal die antenna wat gemeet moet word die AUT noem, wat staan vir Antenna Under Test. Die benodigde toerusting vir antennametings sluit in:
'n Verwysingsantenna - 'n Antenna met bekende eienskappe (wins, patroon, ens.)
'n RF-kragsender - 'n manier om energie in die AUT in te spuit [Antenna onder toets]
'n Ontvangerstelsel - Dit bepaal hoeveel krag deur die verwysingsantenna ontvang word
'n Posisioneringstelsel - Hierdie stelsel word gebruik om die toetsantenne relatief tot die bronantenne te roteer, om die stralingspatroon as 'n funksie van die hoek te meet.
'n Blokdiagram van die bogenoemde toerusting word in Figuur 1 getoon.
Figuur 1. Diagram van vereiste antenna-metingstoerusting.
Hierdie komponente sal kortliks bespreek word. Die Verwysingsantenna moet natuurlik goed uitstraal teen die verlangde toetsfrekwensie. Verwysingsantennas is dikwels dubbelgepolariseerde horingantennas, sodat horisontale en vertikale polarisasie gelyktydig gemeet kan word.
Die senderstelsel moet in staat wees om 'n stabiele bekende kragvlak uit te voer. Die uitsetfrekwensie moet ook instelbaar (kiesbaar) en redelik stabiel wees (stabiel beteken dat die frekwensie wat jy van die sender kry naby die frekwensie is wat jy wil hê, en nie veel met temperatuur wissel nie). Die sender moet baie min energie by alle ander frekwensies bevat (daar sal altyd energie buite die verlangde frekwensie wees, maar daar moet byvoorbeeld nie baie energie by harmonieke wees nie).
Die ontvangstelsel hoef bloot te bepaal hoeveel krag van die toetsantenna ontvang word. Dit kan gedoen word via 'n eenvoudige kragmeter, wat 'n toestel is om RF (radiofrekwensie) krag te meet en direk aan die antenna-terminale gekoppel kan word via 'n transmissielyn (soos 'n koaksiale kabel met N-tipe of SMA-verbindings). Tipies is die ontvanger 'n 50 Ohm-stelsel, maar kan 'n ander impedansie hê indien gespesifiseer.
Let daarop dat die stuur/ontvang-stelsel dikwels deur 'n VNA vervang word. 'n S21-meting stuur 'n frekwensie uit poort 1 en teken die ontvangde krag by poort 2 op. Daarom is 'n VNA goed geskik vir hierdie taak; dit is egter nie die enigste metode om hierdie taak uit te voer nie.
Die Posisioneringstelsel beheer die oriëntasie van die toetsantenne. Aangesien ons die stralingspatroon van die toetsantenne as 'n funksie van hoek wil meet (tipies in sferiese koördinate), moet ons die toetsantenne roteer sodat die bronantenne die toetsantenne vanuit elke moontlike hoek verlig. Die posisioneringstelsel word vir hierdie doel gebruik. In Figuur 1 wys ons die AUT wat geroteer word. Let daarop dat daar baie maniere is om hierdie rotasie uit te voer; soms word die verwysingsantenne geroteer, en soms word beide die verwysings- en AUT-antennas geroteer.
Noudat ons al die nodige toerusting het, kan ons bespreek waar om die metings te doen.
Waar is 'n goeie plek vir ons antennametings? Miskien wil jy dit in jou motorhuis doen, maar die weerkaatsings van die mure, plafonne en vloer sal jou metings onakkuraat maak. Die ideale plek om antennametings uit te voer, is êrens in die buitenste ruimte, waar geen weerkaatsings kan plaasvind nie. Omdat ruimtereise tans onbetaalbaar duur is, sal ons egter fokus op meetplekke wat op die aardoppervlak is. 'n Anechoïese kamer kan gebruik word om die antenna-toetsopstelling te isoleer terwyl weerkaatste energie met RF-absorberende skuim geabsorbeer word.
Vrye Ruimtebereike (Anechoïese Kamers)
Vrye ruimte-reekse is antenna-metingslokasies wat ontwerp is om metings te simuleer wat in die ruimte uitgevoer sou word. Dit wil sê, alle gereflekteerde golwe van nabygeleë voorwerpe en die grond (wat ongewens is) word soveel as moontlik onderdruk. Die gewildste vrye ruimte-reekse is anegoïese kamers, verhewe reekse en die kompakte reikwydte.
Anechoïese Kamers
Anegoïese kamers is binnenshuise antenna-reekse. Die mure, plafonne en vloer is uitgevoer met spesiale elektromagnetiese golf-absorberende materiaal. Binnenshuise reekse is wenslik omdat die toetstoestande baie strenger beheer kan word as dié van buitereekse. Die materiaal is ook dikwels gekartel in vorm, wat hierdie kamers nogal interessant maak om te sien. Die gekartelde driehoekvorms is so ontwerp dat wat van hulle weerkaats word, geneig is om in ewekansige rigtings te versprei, en wat van al die ewekansige weerkaatsings bymekaar getel word, is geneig om onsamehangend by te voeg en word dus verder onderdruk. 'n Prent van 'n anegoïese kamer word in die volgende prent getoon, saam met 'n paar toetstoerusting:
(Die prentjie wys die RFMISO-antennatoets)
Die nadeel van anegoïese kamers is dat hulle dikwels redelik groot moet wees. Antennas moet dikwels ten minste 'n paar golflengtes van mekaar af wees om verveldtoestande te simuleer. Daarom benodig ons vir laer frekwensies met groot golflengtes baie groot kamers, maar koste en praktiese beperkings beperk dikwels hul grootte. Sommige verdedigingskontrakteringsmaatskappye wat die radardeursnee van groot vliegtuie of ander voorwerpe meet, is bekend daarvoor dat hulle anegoïese kamers so groot soos basketbalbane het, hoewel dit nie algemeen is nie. Universiteite met anegoïese kamers het tipies kamers wat 3-5 meter lank, breed en hoog is. As gevolg van die groottebeperking, en omdat RF-absorberende materiaal tipies die beste by UHF en hoër werk, word anegoïese kamers meestal gebruik vir frekwensies bo 300 MHz.
Verhoogde Bereik
Verhoogde afstande is buitelug-afstande. In hierdie opstelling word die bron en antenna wat getoets word bo die grond gemonteer. Hierdie antennas kan op berge, torings, geboue of waar ook al geskik is, wees. Dit word dikwels gedoen vir baie groot antennas of teen lae frekwensies (VHF en laer, <100 MHz) waar binnenshuise metings moeilik sou wees. Die basiese diagram van 'n verhewe afstand word in Figuur 2 getoon.
Figuur 2. Illustrasie van verhoogde reikwydte.
Die bronantenna (of verwysingsantenna) is nie noodwendig op 'n hoër hoogte as die toetsantenna nie, ek het dit so pas hier gewys. Die siglyn (LOS) tussen die twee antennas (geïllustreer deur die swart straal in Figuur 2) moet onbelemmerd wees. Alle ander refleksies (soos die rooi straal wat van die grond af weerkaats word) is ongewens. Vir verhoogde afstande, sodra 'n bron- en toetsantenna-ligging bepaal is, bepaal die toetsoperateurs waar die beduidende refleksies sal voorkom, en probeer om die refleksies van hierdie oppervlaktes te minimaliseer. Dikwels word RF-absorberende materiaal vir hierdie doel gebruik, of ander materiaal wat die strale weg van die toetsantenna afbuig.
Kompakte Reekse
Die bronantenna moet in die verre veld van die toetsantenna geplaas word. Die rede is dat die golf wat deur die toetsantenna ontvang word, 'n vlakgolf moet wees vir maksimum akkuraatheid. Aangesien antennas sferiese golwe uitstraal, moet die antenna ver genoeg wees sodat die golf wat van die bronantenna uitgestraal word, ongeveer 'n vlakgolf is - sien Figuur 3.
Figuur 3. 'n Bronantenna straal 'n golf met 'n sferiese golffront uit.
Vir binnenshuise kamers is daar egter dikwels nie genoeg skeiding om dit te bereik nie. Een metode om hierdie probleem op te los, is via 'n kompakte reeks. In hierdie metode word 'n bronantenna georiënteer na 'n reflektor, waarvan die vorm ontwerp is om die sferiese golf op 'n ongeveer planêre wyse te weerkaats. Dit is baie soortgelyk aan die beginsel waarop 'n skottelantenna werk. Die basiese werking word in Figuur 4 getoon.
Figuur 4. Kompakte Reikwydte - die sferiese golwe van die bronantenna word gereflekteer om planêr (gekollimeer) te wees.
Die lengte van die paraboliese reflektor word tipies verlang om 'n paar keer so groot soos die toetsantenne te wees. Die bronantenne in Figuur 4 is verskuif van die reflektor sodat dit nie in die pad van die gereflekteerde strale is nie. Sorg moet ook uitgeoefen word om enige direkte straling (wedersydse koppeling) van die bronantenne na die toetsantenne te hou.
Plasingstyd: Jan-03-2024
