آنتناندازهگیری، فرآیند ارزیابی و تحلیل کمی عملکرد و ویژگیهای آنتن است. با استفاده از تجهیزات آزمایش و روشهای اندازهگیری ویژه، ما بهره، الگوی تابش، نسبت موج ایستاده، پاسخ فرکانسی و سایر پارامترهای آنتن را اندازهگیری میکنیم تا تأیید کنیم که آیا مشخصات طراحی آنتن الزامات را برآورده میکند یا خیر، عملکرد آنتن را بررسی کنیم و پیشنهادات بهبود ارائه دهیم. نتایج و دادههای حاصل از اندازهگیریهای آنتن میتواند برای ارزیابی عملکرد آنتن، بهینهسازی طرحها، بهبود عملکرد سیستم و ارائه راهنمایی و بازخورد به تولیدکنندگان آنتن و مهندسان کاربرد استفاده شود.
تجهیزات مورد نیاز در اندازهگیریهای آنتن
برای آزمایش آنتن، اساسیترین دستگاه VNA است. سادهترین نوع VNA، VNA تک پورته است که قادر به اندازهگیری امپدانس آنتن است.
اندازهگیری الگوی تابش، بهره و بازده یک آنتن دشوارتر است و به تجهیزات بسیار بیشتری نیاز دارد. ما آنتنی را که قرار است اندازهگیری شود AUT مینامیم که مخفف Antenna Under Test (آنتن تحت آزمایش) است. تجهیزات مورد نیاز برای اندازهگیری آنتن عبارتند از:
آنتن مرجع - آنتنی با مشخصات معلوم (بهره، پترن و غیره)
فرستنده توان RF - روشی برای تزریق انرژی به AUT [آنتن تحت آزمایش]
سیستم گیرنده - این سیستم تعیین میکند که چه مقدار توان توسط آنتن مرجع دریافت میشود.
یک سیستم موقعیتیابی - این سیستم برای چرخاندن آنتن آزمایشی نسبت به آنتن منبع استفاده میشود تا الگوی تابش را به عنوان تابعی از زاویه اندازهگیری کند.
نمودار بلوکی تجهیزات فوق در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل ۱. نمودار تجهیزات اندازهگیری آنتن مورد نیاز.
این اجزا به طور خلاصه مورد بحث قرار خواهند گرفت. آنتن مرجع البته باید در فرکانس مورد نظر آزمایش، به خوبی تشعشع کند. آنتنهای مرجع اغلب آنتنهای شیپوری دوقطبی هستند، به طوری که میتوان قطبش افقی و عمودی را همزمان اندازهگیری کرد.
سیستم فرستنده باید قادر به تولید یک سطح توان پایدار و شناخته شده باشد. فرکانس خروجی نیز باید قابل تنظیم (قابل انتخاب) و نسبتاً پایدار باشد (پایدار به این معنی است که فرکانسی که از فرستنده دریافت میکنید نزدیک به فرکانس مورد نظر شما باشد و با دما تغییر زیادی نکند). فرستنده باید در تمام فرکانسهای دیگر انرژی بسیار کمی داشته باشد (همیشه مقداری انرژی خارج از فرکانس مورد نظر وجود خواهد داشت، اما به عنوان مثال، نباید انرژی زیادی در هارمونیکها وجود داشته باشد).
سیستم گیرنده به سادگی باید میزان توان دریافتی از آنتن آزمایشی را تعیین کند. این کار را میتوان از طریق یک توانسنج ساده انجام داد که وسیلهای برای اندازهگیری توان RF (فرکانس رادیویی) است و میتواند مستقیماً از طریق یک خط انتقال (مانند کابل کواکسیال با کانکتورهای نوع N یا SMA) به پایانههای آنتن متصل شود. گیرنده معمولاً یک سیستم ۵۰ اهمی است، اما در صورت لزوم میتواند امپدانس متفاوتی داشته باشد.
توجه داشته باشید که سیستم ارسال/دریافت اغلب با یک VNA جایگزین میشود. اندازهگیری S21 فرکانسی را از پورت ۱ ارسال میکند و توان دریافتی را در پورت ۲ ثبت میکند. از این رو، یک VNA برای این کار مناسب است؛ با این حال، تنها روش انجام این کار نیست.
سیستم موقعیتیابی، جهتگیری آنتن آزمایشی را کنترل میکند. از آنجایی که میخواهیم الگوی تابش آنتن آزمایشی را به عنوان تابعی از زاویه (معمولاً در مختصات کروی) اندازهگیری کنیم، باید آنتن آزمایشی را بچرخانیم تا آنتن منبع، آنتن آزمایشی را از هر زاویه ممکن روشن کند. سیستم موقعیتیابی برای این منظور استفاده میشود. در شکل 1، چرخش AUT را نشان میدهیم. توجه داشته باشید که روشهای زیادی برای انجام این چرخش وجود دارد؛ گاهی اوقات آنتن مرجع چرخانده میشود و گاهی اوقات هر دو آنتن مرجع و AUT میچرخند.
حالا که همه تجهیزات مورد نیاز را داریم، میتوانیم در مورد محل انجام اندازهگیریها بحث کنیم.
مکان مناسب برای اندازهگیری آنتن کجاست؟ شاید شما بخواهید این کار را در گاراژ خود انجام دهید، اما بازتابها از دیوارها، سقفها و کف، اندازهگیریهای شما را نادرست میکند. مکان ایدهآل برای انجام اندازهگیریهای آنتن، جایی در فضای بیرونی است که هیچ بازتابی نمیتواند رخ دهد. با این حال، از آنجا که سفر فضایی در حال حاضر بسیار گران است، ما بر روی مکانهای اندازهگیری که روی سطح زمین هستند تمرکز خواهیم کرد. یک محفظه بدون پژواک میتواند برای ایزوله کردن دستگاه تست آنتن در حین جذب انرژی بازتاب شده با فوم جاذب RF استفاده شود.
محدودههای فضای آزاد (اتاقهای بدون پژواک)
محدودههای فضای آزاد، مکانهای اندازهگیری آنتن هستند که برای شبیهسازی اندازهگیریهایی که در فضا انجام میشوند، طراحی شدهاند. یعنی، تمام امواج منعکس شده از اشیاء نزدیک و زمین (که نامطلوب هستند) تا حد امکان سرکوب میشوند. محبوبترین محدودههای فضای آزاد، اتاقهای بیپژواک، محدودههای مرتفع و محدوده فشرده هستند.
اتاقهای بیپژواک
محفظههای بیپژواک، آنتنهای داخلی هستند. دیوارها، سقفها و کف با مواد جاذب امواج الکترومغناطیسی مخصوص پوشیده شدهاند. آنتنهای داخلی مطلوب هستند زیرا شرایط آزمایش را میتوان بسیار دقیقتر از آنتنهای خارجی کنترل کرد. این مواد اغلب دارای شکل دندانهدار نیز هستند که باعث میشود این محفظهها بسیار جالب به نظر برسند. شکلهای مثلثی دندانهدار به گونهای طراحی شدهاند که آنچه از آنها منعکس میشود، تمایل به پخش شدن در جهات تصادفی دارد و آنچه از همه بازتابهای تصادفی به هم اضافه میشود، تمایل به جمع شدن ناهماهنگ دارد و بنابراین بیشتر سرکوب میشود. تصویری از یک محفظه بیپژواک به همراه برخی از تجهیزات آزمایش در تصویر زیر نشان داده شده است:
(تصویر، آزمایش آنتن RFMISO را نشان میدهد)
عیب اتاقکهای بیپژواک این است که اغلب باید بسیار بزرگ باشند. اغلب آنتنها باید حداقل چندین طول موج از یکدیگر فاصله داشته باشند تا شرایط میدان دور را شبیهسازی کنند. از این رو، برای فرکانسهای پایینتر با طول موجهای بزرگ، به اتاقکهای بسیار بزرگی نیاز داریم، اما محدودیتهای هزینه و عملی اغلب اندازه آنها را محدود میکند. برخی از شرکتهای پیمانکاری دفاعی که سطح مقطع راداری هواپیماهای بزرگ یا سایر اشیاء را اندازهگیری میکنند، اتاقکهای بیپژواکی به اندازه زمین بسکتبال دارند، اگرچه این عادی نیست. دانشگاههایی که اتاقکهای بیپژواک دارند، معمولاً اتاقکهایی با طول، عرض و ارتفاع ۳ تا ۵ متر دارند. به دلیل محدودیت اندازه، و از آنجا که مواد جاذب RF معمولاً در UHF و بالاتر بهترین عملکرد را دارند، اتاقکهای بیپژواک اغلب برای فرکانسهای بالاتر از ۳۰۰ مگاهرتز استفاده میشوند.
محدودههای مرتفع
محدودههای مرتفع، محدودههای بیرونی هستند. در این چیدمان، منبع و آنتن مورد آزمایش بالاتر از سطح زمین نصب میشوند. این آنتنها میتوانند روی کوهها، برجها، ساختمانها یا هر جایی که مناسب باشد، باشند. این کار اغلب برای آنتنهای بسیار بزرگ یا در فرکانسهای پایین (VHF و پایینتر، <100 مگاهرتز) انجام میشود که اندازهگیریهای داخلی در آنها دشوار است. نمودار اولیه یک محدوده مرتفع در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل ۲. تصویرسازی محدوده افزایش یافته.
آنتن منبع (یا آنتن مرجع) لزوماً در ارتفاع بالاتری نسبت به آنتن آزمایشی قرار ندارد، من فقط آن را در اینجا به این شکل نشان دادم. خط دید (LOS) بین دو آنتن (که با پرتو سیاه در شکل 2 نشان داده شده است) باید بدون مانع باشد. سایر بازتابها (مانند پرتو قرمز منعکس شده از زمین) نامطلوب هستند. برای بردهای بالا، پس از تعیین محل منبع و آنتن آزمایشی، اپراتورهای آزمایش محل وقوع بازتابهای قابل توجه را تعیین میکنند و سعی میکنند بازتابها را از این سطوح به حداقل برسانند. اغلب برای این منظور از مواد جاذب RF یا مواد دیگری که پرتوها را از آنتن آزمایشی منحرف میکنند، استفاده میشود.
محدودههای فشرده
آنتن منبع باید در میدان دور آنتن آزمایشی قرار گیرد. دلیل این امر این است که موج دریافتی توسط آنتن آزمایشی باید برای حداکثر دقت، یک موج صفحهای باشد. از آنجایی که آنتنها امواج کروی ساطع میکنند، آنتن باید به اندازه کافی دور باشد تا موج ساطع شده از آنتن منبع تقریباً یک موج صفحهای باشد - به شکل 3 مراجعه کنید.
شکل ۳. یک آنتن منبع، موجی با جبهه موج کروی منتشر میکند.
با این حال، برای محفظههای داخلی اغلب جداسازی کافی برای دستیابی به این هدف وجود ندارد. یک روش برای رفع این مشکل از طریق یک برد فشرده است. در این روش، یک آنتن منبع به سمت یک بازتابنده جهتگیری میشود که شکل آن برای بازتاب موج کروی به صورت تقریباً مسطح طراحی شده است. این بسیار شبیه به اصل عملکرد آنتن بشقابی است. عملکرد اساسی در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل ۴. برد فشرده - امواج کروی از آنتن منبع به صورت مسطح (موازی) منعکس میشوند.
طول بازتابنده سهموی معمولاً چندین برابر آنتن آزمایشی در نظر گرفته میشود. آنتن منبع در شکل ۴ نسبت به بازتابنده انحراف دارد تا در مسیر پرتوهای بازتاب شده قرار نگیرد. همچنین باید دقت شود که هرگونه تابش مستقیم (کوپلینگ متقابل) از آنتن منبع به آنتن آزمایشی صورت نگیرد.
زمان ارسال: ژانویه-03-2024
