АнтэнаВымярэнне — гэта працэс колькаснай ацэнкі і аналізу прадукцыйнасці і характарыстык антэны. З дапамогай спецыяльнага выпрабавальнага абсталявання і метадаў вымярэння мы вымяраем каэфіцыент узмацнення, дыяграму накіраванасці, каэфіцыент стаячай хвалі, частотную характарыстыку і іншыя параметры антэны, каб праверыць, ці адпавядаюць канструкцыйныя характарыстыкі антэны патрабаванням, праверыць прадукцыйнасць антэны і прапанаваць прапановы па паляпшэнні. Вынікі і дадзеныя вымярэнняў антэны могуць быць выкарыстаны для ацэнкі прадукцыйнасці антэны, аптымізацыі канструкцый, паляпшэння прадукцыйнасці сістэмы, а таксама для прадастаўлення рэкамендацый і зваротнай сувязі вытворцам антэн і інжынерам-прыкладальнікам.
Неабходнае абсталяванне для вымярэнняў антэн
Для тэставання антэн найбольш фундаментальнай прыладай з'яўляецца візуальны аналізатар антэн (VNA). Найпрасцейшым тыпам VNA з'яўляецца аднапортавы VNA, які здольны вымяраць імпеданс антэны.
Вымярэнне дыяграмы накіраванасці, узмацнення і эфектыўнасці антэны больш складанае і патрабуе значна больш абсталявання. Мы будзем называць антэну, якую трэба вымяраць, AUT, што расшыфроўваецца як Antenna Under Test (антэна, якая тэстуецца). Неабходнае абсталяванне для вымярэнняў антэны ўключае:
Апорная антэна — антэна з вядомымі характарыстыкамі (каэфіцыент узмацнення, дыяграма накіраванасці і г.д.)
Радыёчастотны перадатчык магутнасці - спосаб падачы энергіі ў антэну, якая тэстуецца [Antenna Under Test].
Прыёмная сістэма — вызначае, колькі магутнасці прымае эталонная антэна.
Сістэма пазіцыянавання - гэтая сістэма выкарыстоўваецца для павароту тэставай антэны адносна зыходнай антэны, каб вымераць дыяграму накіраванасці ў залежнасці ад вугла.
Блок-схема вышэйзгаданага абсталявання паказана на малюнку 1.
Малюнак 1. Схема неабходнага абсталявання для вымярэння антэны.
Гэтыя кампаненты будуць коратка абмеркаваны. Апорная антэна, вядома, павінна добра выпраменьваць на патрэбнай тэставай частаце. Апорныя антэны часта з'яўляюцца рупорнымі антэнамі з падвойнай палярызацыяй, каб гарызантальную і вертыкальную палярызацыю можна было вымяраць адначасова.
Перадаючая сістэма павінна быць здольнай выдаваць стабільны вядомы ўзровень магутнасці. Выхадная частата таксама павінна быць наладжвальнай (выбіраемай) і дастаткова стабільнай (стабільная азначае, што частата, якую вы атрымліваеце ад перадатчыка, блізкая да патрэбнай частаты і не моцна змяняецца ў залежнасці ад тэмпературы). Перадатчык павінен утрымліваць вельмі мала энергіі на ўсіх астатніх частотах (заўсёды будзе некаторая энергія па-за патрэбнай частатой, але, напрыклад, на гармоніках не павінна быць шмат энергіі).
Прыёмнай сістэме проста трэба вызначыць, колькі магутнасці атрымліваецца ад тэставай антэны. Гэта можна зрабіць з дапамогай простага вымяральніка магутнасці — прылады для вымярэння магутнасці радыёчастот (РЧ), якую можна падключыць непасрэдна да клем антэны праз лінію перадачы (напрыклад, кааксіяльны кабель з раздымамі тыпу N або SMA). Звычайна прыёмнік мае супраціў 50 Ом, але пры неабходнасці можа мець іншы імпеданс.
Звярніце ўвагу, што сістэма перадачы/прыёму часта замяняецца візуальным аналізатарам ланцугоў (VNA). Вымярэнне S21 перадае частату з порта 1 і запісвае прынятую магутнасць на порце 2. Такім чынам, VNA добра падыходзіць для гэтай задачы; аднак гэта не адзіны метад выканання гэтай задачы.
Сістэма пазіцыянавання кіруе арыентацыяй тэставай антэны. Паколькі мы хочам вымераць дыяграму накіраванасці тэставай антэны ў залежнасці ад вугла (звычайна ў сферычных каардынатах), нам трэба павярнуць тэставую антэну так, каб зыходная антэна асвятляла тэставую антэну з усіх магчымых вуглоў. Для гэтай мэты выкарыстоўваецца сістэма пазіцыянавання. На малюнку 1 мы паказваем паварот аўтэнтычнай антэны (AUT). Звярніце ўвагу, што існуе шмат спосабаў выканання гэтага павароту; часам паварочваецца эталонная антэна, а часам паварочваюцца і эталонная, і AUT антэны.
Цяпер, калі ў нас ёсць усё неабходнае абсталяванне, можна абмеркаваць, дзе рабіць вымярэнні.
Дзе знайсці добрае месца для вымярэнняў антэны? Магчыма, вы хацелі б зрабіць гэта ў сваім гаражы, але адлюстраванні ад сцен, столі і падлогі зробяць вашы вымярэнні недакладнымі. Ідэальнае месца для правядзення вымярэнняў антэны — гэта дзесьці ў космасе, дзе не можа быць адлюстраванняў. Аднак, паколькі касмічныя падарожжы ў цяперашні час занадта дарагія, мы засяродзімся на месцах вымярэнняў, якія знаходзяцца на паверхні Зямлі. Безэхавая камера можа быць выкарыстана для ізаляцыі выпрабавальнай устаноўкі антэны, паглынаючы адбітую энергію з дапамогай пены, якая паглынае радыёчастоты.
Дыяпазоны свабоднай прасторы (безэхавыя камеры)
Дыяпазоны ў вольнай прасторы — гэта месцы вымярэння антэн, прызначаныя для імітацыі вымярэнняў, якія б праводзіліся ў космасе. Гэта значыць, усе адлюстраваныя хвалі ад блізкіх аб'ектаў і зямлі (якія непажаданыя) максімальна падаўляемся. Найбольш папулярнымі дыяпазонамі ў вольнай прасторы з'яўляюцца безэхавыя камеры, узвышаныя дыяпазоны і кампактныя дыяпазоны.
Безэхавыя камеры
Безэхавыя камеры — гэта ўнутраныя антэнныя палігоны. Сцены, столі і падлога пакрытыя спецыяльным матэрыялам, які паглынае электрамагнітныя хвалі. Унутраныя палігоны пажаданыя, таму што ўмовы выпрабаванняў можна значна больш строга кантраляваць, чым на адкрытых палігонах. Матэрыял таксама часта мае зубчастую форму, што робіць гэтыя камеры даволі цікавымі для назірання. Зубчастыя трохкутныя формы распрацаваны такім чынам, што тое, што адбіваецца ад іх, мае тэндэнцыю распаўсюджвацца ў выпадковых напрамках, а тое, што складаецца з усіх выпадковых адлюстраванняў, мае тэндэнцыю да сумавання некагерэнтна і, такім чынам, яшчэ больш падаўляецца. Малюнак безэхавай камеры паказаны на наступным малюнку разам з некаторым выпрабавальным абсталяваннем:
(На малюнку паказаны тэст антэны RFMISO)
Недахопам безэхавых камер з'яўляецца тое, што яны часта павінны быць даволі вялікімі. Часта антэны павінны знаходзіцца як мінімум на адлегласці некалькіх даўжынь хваль адна ад адной, каб імітаваць умовы далёкага поля. Такім чынам, для больш нізкіх частот з вялікімі даўжынямі хваль нам патрэбныя вельмі вялікія камеры, але кошт і практычныя абмежаванні часта абмяжоўваюць іх памер. Вядома, што некаторыя кампаніі-падрадчыкі абароннай прамысловасці, якія вымяраюць папярочны сячэнне радыёлакацыйнага поля вялікіх самалётаў або іншых аб'ектаў, маюць безэхавыя камеры памерам з баскетбольныя пляцоўкі, хоць гэта не звычайная з'ява. Універсітэты з безэхавымі камерамі звычайна маюць камеры даўжынёй, шырынёй і вышынёй 3-5 метраў. З-за абмежаванняў па памеры, а таксама таму, што паглынальны матэрыял, як правіла, лепш за ўсё працуе ў дыяпазоне УВЧ і вышэй, безэхавыя камеры часцей за ўсё выкарыстоўваюцца для частот вышэй за 300 МГц.
Узвышаныя хрыбты
Падвышаныя дыяпазоны — гэта адкрытыя дыяпазоны. У гэтай канфігурацыі крыніца і антэна, якая тэстуецца, усталёўваюцца над зямлёй. Гэтыя антэны могуць быць размешчаны на гарах, вежах, будынках або ў любым іншым прыдатным месцы. Часта гэта робіцца для вельмі вялікіх антэн або на нізкіх частотах (УКХ і ніжэй, <100 МГц), дзе вымярэнні ў памяшканні былі б немагчымымі. Асноўная схема падвышанага дыяпазону паказана на малюнку 2.
Малюнак 2. Ілюстрацыя павышанага дыяпазону.
Крыніца антэны (ці эталоннай антэны) не абавязкова знаходзіцца на большай вышыні, чым тэставая антэна, я проста паказаў гэта тут. Лінія бачнасці (LOS) паміж дзвюма антэнамі (паказана чорным праменем на малюнку 2) павінна быць свабоднай. Усе іншыя адлюстраванні (напрыклад, чырвоны прамень, адлюстраваны ад зямлі) непажаданыя. Для высокіх дыяпазонаў, пасля вызначэння месцазнаходжання крыніцы і тэставай антэны, аператары выпрабаванняў вызначаюць, дзе будуць адбывацца значныя адлюстраванні, і спрабуюць мінімізаваць адлюстраванні ад гэтых паверхняў. Часта для гэтай мэты выкарыстоўваецца матэрыял, які паглынае радыёчастотныя прамяні, або іншы матэрыял, які адхіляе прамяні ад тэставай антэны.
Кампактныя дыяпазоны
Крыніца антэны павінна быць размешчана ў далёкім полі выпрабавальнай антэны. Прычына ў тым, што хваля, якую прымае выпрабавальная антэна, павінна быць плоскай хваляй для максімальнай дакладнасці. Паколькі антэны выпраменьваюць сферычныя хвалі, антэна павінна быць дастаткова далёка, каб хваля, якая выпраменьваецца крыніцай антэны, была прыблізна плоскай хваляй - гл. Малюнак 3.
Малюнак 3. Крынічная антэна выпраменьвае хвалю са сферычным хвалевым фронтам.
Аднак для ўнутраных камер часта няма дастатковай адлегласці для дасягнення гэтага. Адзін са спосабаў вырашэння гэтай праблемы — кампактны дыяпазон. У гэтым метадзе антэна-крыніца арыентуецца на адбівальнік, форма якога распрацавана для адлюстравання сферычнай хвалі прыблізна плоскім чынам. Гэта вельмі падобна на прынцып, па якім працуе параболічная антэна. Асноўны прынцып працы паказаны на малюнку 4.
Малюнак 4. Кампактны дыяпазон - сферычныя хвалі ад антэны крыніцы адлюстроўваюцца і становяцца плоскімі (каліміраванымі).
Звычайна даўжыня парабалічнага адбівальніка павінна быць у некалькі разоў большай за даўжыню тэставай антэны. Крыніца антэна на малюнку 4 зрушана адносна адбівальніка, каб не перашкаджаць адлюстраваным прамяням. Таксама неабходна сачыць за тым, каб не дапусціць прамога выпраменьвання (узаемнай сувязі) ад крыніцы антэны да тэставай антэны.
Час публікацыі: 03 студзеня 2024 г.
