Antennemeting is die proses van kwantitatiewe evaluering en ontleding van antenna prestasie en kenmerke. Deur spesiale toetstoerusting en meetmetodes te gebruik, meet ons die wins, stralingspatroon, staandegolfverhouding, frekwensierespons en ander parameters van die antenna om te verifieer of die ontwerpspesifikasies van die antenna aan die vereistes voldoen, die werkverrigting van die antenna na te gaan, en bied verbeteringsvoorstelle. Die resultate en data van antennametings kan gebruik word om antenna-werkverrigting te evalueer, ontwerpe te optimaliseer, stelselwerkverrigting 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 vereiste toerusting vir antennametings sluit in:
'n Verwysingsantenna - 'n Antenna met bekende eienskappe (versterking, 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 toetsantenna relatief tot die bronantenna te draai, om die stralingspatroon as 'n funksie van die hoek te meet.
’n Blokdiagram van bogenoemde toerusting word in Figuur 1 getoon.
Figuur 1. Diagram van vereiste antenna-meettoerusting.
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 terselfdertyd gemeet kan word.
Die oordragstelsel 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 aan die frekwensie is wat jy wil hê, verskil nie veel met temperatuur nie). Die sender moet baie min energie by alle ander frekwensies bevat (daar sal altyd 'n bietjie energie buite die verlangde frekwensie wees, maar daar behoort byvoorbeeld nie baie energie by harmoniese te wees nie).
Die ontvangstelsel moet eenvoudig bepaal hoeveel krag vanaf die toetsantenna ontvang word. Dit kan gedoen word deur middel van '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-konneksies). Tipies is die ontvanger 'n 50 Ohm-stelsel, maar kan 'n ander impedansie wees indien gespesifiseer.
Let daarop dat die versending/ontvangstelsel dikwels deur 'n VNA vervang word. 'n S21-meting stuur 'n frekwensie uit poort 1 uit en teken die ontvangde krag by poort 2 aan. Gevolglik 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 toetsantenna. Aangesien ons die stralingspatroon van die toetsantenna as 'n funksie van hoek wil meet (tipies in sferiese koördinate), moet ons die toetsantenna roteer sodat die bronantenna die toetsantenna vanuit elke moontlike hoek verlig. Die posisioneringstelsel word vir hierdie doel gebruik. In Figuur 1 wys ons hoe die AUT geroteer word. Let daarop dat daar baie maniere is om hierdie rotasie uit te voer; soms word die verwysingsantenna gedraai, en soms word beide die verwysings- en AUT-antennas gedraai.
Noudat ons al die vereiste toerusting het, kan ons bespreek waar om die metings te doen.
Waar is 'n goeie plek vir ons antenna-metings? Miskien wil jy dit graag in jou motorhuis doen, maar die weerkaatsings van die mure, plafonne en vloer sal jou afmetings onakkuraat maak. Die ideale plek om antennametings uit te voer is iewers in die buitenste ruimte, waar geen refleksies kan voorkom nie. Omdat ruimtereis tans buitensporig duur is, sal ons fokus op meetplekke wat op die aarde se oppervlak is. 'n Anechoic Chamber kan gebruik word om die antenna-toetsopstelling te isoleer terwyl gereflekteerde energie met RF-absorberende skuim geabsorbeer word.
Free Space Ranges (Anechoic Chambers)
Vrye ruimte-reekse is antenna-metingsplekke 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 ruimtereekse is anechoiese kamers, verhoogde reekse en die kompakte reeks.
Anechoic Chambers
Anechoic kamers is binnenshuise antenna reekse. Die mure, plafonne en vloer is uitgevoer met spesiale elektromagnetiese golf absorberende materiaal. Binne-bane is wenslik omdat die toetstoestande baie strenger beheer kan word as dié van buite-bane. Die materiaal is ook dikwels gekartel in vorm, wat hierdie kamers baie interessant maak om te sien. Die gekartelde driehoekvorms is so ontwerp dat dit wat daaruit gereflekteer word geneig is om in ewekansige rigtings te versprei, en wat uit al die ewekansige refleksies saamgetel word, is geneig om onsamehangend op te tel en dus verder onderdruk word. 'n Prent van 'n weerlose kamer word in die volgende prent getoon, saam met 'n paar toetstoerusting:
(Die foto wys die RFMISO-antennatoets)
Die nadeel van anechoiese kamers is dat hulle dikwels redelik groot moet wees. Dikwels moet antennas minstens verskeie golflengtes van mekaar af wees om ver-veldtoestande te simuleer. Dus, vir laer frekwensies met groot golflengtes het ons baie groot kamers nodig, maar koste en praktiese beperkings beperk dikwels hul grootte. Sommige verdedigingskontrakteursmaatskappye wat die radar-dwarssnit van groot vliegtuie of ander voorwerpe meet, is bekend daarvoor dat hulle anechoïese kamers so groot soos basketbalbane het, hoewel dit nie normaal is nie. Universiteite met anechoic kamers het tipies kamers wat 3-5 meter in lengte, breedte en hoogte is. As gevolg van die groottebeperking, en omdat RF-absorberende materiaal tipies die beste werk by UHF en hoër, word anechoïese kamers meestal gebruik vir frekwensies bo 300 MHz.
Verhoogde reekse
Verhoogde reekse is buitelugreekse. In hierdie opstelling is die bron en antenna wat getoets word bo die grond gemonteer. Hierdie antennas kan op berge, torings, geboue, of waar jy ook al vind dat dit geskik is. Dit word dikwels gedoen vir baie groot antennas of teen lae frekwensies (VHF en onder, <100 MHz) waar binnenshuise metings onoplosbaar sal wees. Die basiese diagram van 'n verhoogde reeks word in Figuur 2 getoon.
Figuur 2. Illustrasie van verhoogde omvang.
Die bronantenna (of verwysingsantenna) is nie noodwendig op 'n hoër hoogte as die toetsantenna nie, ek het dit net so hier gewys. Die siglyn (LOS) tussen die twee antennas (geïllustreer deur die swart straal in Figuur 2) moet onbelemmer wees. Alle ander refleksies (soos die rooi straal wat van die grond af weerkaats word) is ongewens. Vir verhoogde reekse, sodra 'n bron- en toetsantenna-ligging bepaal is, bepaal die toetsoperateurs dan waar die beduidende refleksies sal plaasvind, en probeer om die refleksies vanaf 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 vlakke golf moet wees vir maksimum akkuraatheid. Aangesien antennas sferiese golwe uitstraal, moet die antenna ver genoeg wees sodat die golf wat vanaf die bronantenna uitgestraal word, ongeveer 'n vlakke golf 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 na 'n weerkaatser georiënteer, waarvan die vorm ontwerp is om die sferiese golf op 'n ongeveer vlak manier te reflekteer. Dit is baie soortgelyk aan die beginsel waarop 'n skottelantenna werk. Die basiese bewerking word in Figuur 4 getoon.
Figuur 4. Kompakte reeks - die sferiese golwe vanaf die bronantenna word gereflekteer om planêr (gekollimeerd) te wees.
Die lengte van die paraboliese reflektor word tipies verlang om 'n paar keer so groot te wees as die toetsantenna. Die bronantenna in Figuur 4 is verskuif vanaf die reflektor sodat dit nie in die pad van die weerkaatste strale is nie. Sorg moet ook aan die dag gelê word om enige direkte straling (onderlinge koppeling) vanaf die bronantenna na die toetsantenna te hou.
Postyd: Jan-03-2024
