آنتناندازه‌گیری فرآیند ارزیابی و تحلیل کمی عملکرد و ویژگی‌های آنتن است. با استفاده از تجهیزات ویژه تست و روش‌های اندازه‌گیری، بهره، الگوی تابش، نسبت موج ایستاده، پاسخ فرکانسی و سایر پارامترهای آنتن را اندازه‌گیری می‌کنیم تا بررسی کنیم که آیا مشخصات طراحی آنتن مطابق با الزامات است یا خیر، عملکرد آنتن را بررسی می‌کنیم و ارائه پیشنهادات بهبود نتایج و داده‌های اندازه‌گیری آنتن را می‌توان برای ارزیابی عملکرد آنتن، بهینه‌سازی طرح‌ها، بهبود عملکرد سیستم، و ارائه راهنمایی و بازخورد به سازندگان آنتن و مهندسان برنامه مورد استفاده قرار داد.
تجهیزات مورد نیاز در اندازه گیری آنتن
برای تست آنتن، اساسی ترین دستگاه VNA است. ساده ترین نوع VNA یک VNA 1 پورت است که قادر به اندازه گیری امپدانس آنتن است.
اندازه گیری الگوی تابش، بهره و بازده آنتن دشوارتر است و به تجهیزات بسیار بیشتری نیاز دارد. آنتنی که باید اندازه گیری شود را AUT می نامیم که مخفف عبارت Antenna Under Test است. تجهیزات مورد نیاز برای اندازه گیری آنتن عبارتند از:
آنتن مرجع - آنتنی با ویژگی های شناخته شده (بهره، الگو و غیره)
یک فرستنده برق RF - راهی برای تزریق انرژی به AUT [آنتن در حال آزمایش]
یک سیستم گیرنده - این مقدار توان دریافتی توسط آنتن مرجع را تعیین می کند
یک سیستم موقعیت یابی - این سیستم برای چرخش آنتن آزمایشی نسبت به آنتن منبع، برای اندازه گیری الگوی تابش به عنوان تابعی از زاویه استفاده می شود.
بلوک دیاگرام تجهیزات فوق در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1. نمودار تجهیزات اندازه گیری آنتن مورد نیاز.
این مؤلفه ها به اختصار مورد بحث قرار خواهند گرفت. آنتن مرجع البته باید به خوبی در فرکانس تست مورد نظر تابش کند. آنتن های مرجع اغلب آنتن های شیپوری دو قطبی هستند، به طوری که قطبش افقی و عمودی را می توان همزمان اندازه گیری کرد.
سیستم انتقال باید قادر به خروجی یک سطح توان شناخته شده پایدار باشد. فرکانس خروجی نیز باید قابل تنظیم (انتخاب پذیر) و نسبتاً پایدار باشد (پایدار به این معنی است که فرکانسی که از فرستنده دریافت می کنید نزدیک به فرکانس مورد نظر شما است و با دما تفاوت چندانی ندارد). فرستنده باید انرژی بسیار کمی در تمام فرکانس های دیگر داشته باشد (همیشه مقداری انرژی خارج از فرکانس مورد نظر وجود خواهد داشت، اما برای مثال در هارمونیک ها نباید انرژی زیادی وجود داشته باشد).
سیستم گیرنده به سادگی باید تعیین کند که چه مقدار توان از آنتن آزمایشی دریافت می شود. این کار را می توان از طریق یک برق سنج ساده انجام داد که دستگاهی برای اندازه گیری توان RF (فرکانس رادیویی) است و می تواند مستقیماً از طریق یک خط انتقال (مانند کابل کواکسیال با کانکتورهای نوع N یا SMA) به پایانه های آنتن متصل شود. به طور معمول گیرنده یک سیستم 50 اهم است، اما در صورت مشخص شدن می تواند امپدانس متفاوتی داشته باشد.
توجه داشته باشید که سیستم ارسال/دریافت اغلب با یک VNA جایگزین می شود. اندازه گیری S21 فرکانس را به خارج از پورت 1 ارسال می کند و توان دریافتی را در پورت 2 ثبت می کند. بنابراین، VNA برای این کار مناسب است. با این حال این تنها روش انجام این کار نیست.
سیستم موقعیت یابی جهت آنتن آزمایشی را کنترل می کند. 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 آزمایش را از هر زاویه ممکن روشن کند. برای این منظور از سیستم موقعیت یابی استفاده می شود. در شکل 1، AUT را در حال چرخش نشان می دهیم. توجه داشته باشید که راه های زیادی برای انجام این چرخش وجود دارد. گاهی آنتن مرجع می چرخد و گاهی هم آنتن مرجع و هم آنتن AUT می چرخند.
اکنون که همه تجهیزات مورد نیاز را داریم، می‌توانیم در مورد محل انجام اندازه‌گیری بحث کنیم.
مکان مناسبی برای اندازه گیری آنتن ما کجاست؟ شاید بخواهید این کار را در گاراژ خود انجام دهید، اما انعکاس دیوارها، سقف و کف باعث می شود اندازه گیری های شما نادرست باشد. مکان ایده آل برای انجام اندازه گیری آنتن جایی در فضای بیرونی است، جایی که هیچ انعکاسی نمی تواند رخ دهد. با این حال، از آنجایی که سفر فضایی در حال حاضر بسیار گران است، ما بر روی مکان‌های اندازه‌گیری که در سطح زمین هستند تمرکز خواهیم کرد. یک محفظه Anechoic می تواند برای جداسازی تنظیمات تست آنتن در حالی که انرژی بازتابی را با فوم جذب کننده RF جذب می کند استفاده شود.
محدوده های فضای آزاد (اتاق های آنکوئیک)
محدوده‌های فضای آزاد، مکان‌های اندازه‌گیری آنتن هستند که برای شبیه‌سازی اندازه‌گیری‌هایی طراحی شده‌اند که در فضا انجام می‌شوند. یعنی تمام امواج منعکس شده از اجسام مجاور و زمین (که نامطلوب هستند) تا حد امکان سرکوب می شوند. محبوب‌ترین محدوده‌های فضای آزاد اتاق‌های آنکوئیک، محدوده‌های مرتفع و محدوده فشرده هستند.
اتاق‌های بی‌صدا
محفظه های Anechoic محدوده آنتن داخلی هستند. دیوارها، سقف و کف با مواد جاذب امواج الکترومغناطیسی ویژه پوشانده شده اند. محدوده های داخلی مطلوب هستند زیرا شرایط آزمایش را می توان بسیار دقیق تر از محدوده های بیرونی کنترل کرد. این مواد اغلب به شکل ناهموار نیز هستند، که دیدن این اتاق ها را بسیار جالب می کند. شکل‌های مثلث ناهموار طوری طراحی شده‌اند که آنچه از آنها منعکس می‌شود در جهت‌های تصادفی پخش می‌شود و آنچه که از همه بازتاب‌های تصادفی به هم اضافه می‌شود به‌طور نامنسجم اضافه می‌شود و بنابراین بیشتر سرکوب می‌شود. تصویری از یک محفظه آنکوئیک به همراه تعدادی تجهیزات تست در تصویر زیر نشان داده شده است:
(تصویر تست آنتن RFMISO را نشان می دهد)
اشکال اتاق های آنکوئیک این است که اغلب باید بزرگ باشند. اغلب آنتن ها باید حداقل چندین طول موج از یکدیگر دور باشند تا شرایط میدان دور را شبیه سازی کنند. از این رو، برای فرکانس‌های پایین‌تر با طول موج‌های بزرگ، به محفظه‌های بسیار بزرگ 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، دارای اتاقک‌هایی به اندازه زمین‌های بسکتبال هستند، اگرچه این امر عادی نیست. دانشگاه‌های دارای اتاق‌های آنکوئیک معمولاً دارای اتاق‌هایی هستند که طول، عرض و ارتفاع 3-5 متر دارند. به دلیل محدودیت اندازه، و به دلیل اینکه مواد جذب کننده RF معمولاً در UHF و بالاتر بهترین عملکرد را دارند، اتاق های آنکوئیک اغلب برای فرکانس های بالای 300 مگاهرتز استفاده می شوند.
محدوده های مرتفع
محدوده های مرتفع محدوده هایی در فضای باز هستند. در این تنظیمات، منبع و آنتن مورد آزمایش در بالای زمین نصب می شوند. این آنتن‌ها می‌توانند روی کوه‌ها، برج‌ها، ساختمان‌ها یا هر جایی که فرد مناسب می‌بیند، باشد. این کار اغلب برای آنتن‌های بسیار بزرگ یا در فرکانس‌های پایین (VHF و کمتر از 100 مگاهرتز) انجام می‌شود که اندازه‌گیری‌های داخلی غیرقابل تحمل است. نمودار اصلی یک محدوده مرتفع در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2. تصویر برد بالا.
آنتن منبع (یا آنتن مرجع) لزوماً در ارتفاع بالاتری نسبت به آنتن آزمایشی نیست، من فقط آن را در اینجا نشان دادم. خط دید (LOS) بین دو آنتن (که توسط پرتو سیاه در شکل 2 نشان داده شده است) باید بدون مانع باشد. همه انعکاس های دیگر (مانند اشعه قرمز بازتاب شده از زمین) نامطلوب هستند. برای محدوده‌های بالا، هنگامی که منبع و محل آنتن آزمایشی مشخص شد، اپراتورهای آزمایشی تعیین می‌کنند که انعکاس‌های قابل توجه در کجا رخ می‌دهند و تلاش می‌کنند تا بازتاب‌های این سطوح را به حداقل برسانند. اغلب برای این منظور از مواد جذب کننده rf یا مواد دیگری که پرتوها را از آنتن آزمایش منحرف می کند استفاده می شود.
محدوده های فشرده
آنتن منبع باید در میدان دور آنتن تست قرار گیرد. دلیل آن این است که موج دریافتی توسط آنتن آزمایشی برای حداکثر دقت باید یک موج هواپیما باشد. از آنجایی که آنتن ها امواج کروی تابش می کنند، آنتن باید به اندازه کافی دور باشد تا موج تابش شده از آنتن منبع تقریباً یک موج صفحه باشد - شکل 3 را ببینید.
شکل 3. یک آنتن منبع، موجی با جبهه موج کروی تابش می کند.
با این حال، برای اتاق های داخلی اغلب جداسازی کافی برای دستیابی به این امر وجود ندارد. یک روش برای رفع این مشکل از طریق یک محدوده فشرده است. در این روش، یک آنتن منبع به سمت یک بازتابنده جهت گیری می شود که شکل آن به گونه ای طراحی شده است که موج کروی را به صورت تقریباً مسطح منعکس کند. این بسیار شبیه به اصل کارکرد آنتن بشقاب است. عملیات اصلی در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل 4. محدوده فشرده - امواج کروی از آنتن منبع به صورت مسطح (همسو) منعکس می شوند.
طول بازتابنده سهموی معمولاً چندین برابر بزرگتر از آنتن آزمایشی است. آنتن منبع در شکل 4 از بازتابنده جدا شده است تا در مسیر پرتوهای بازتابی قرار نگیرد. همچنین باید مراقب بود تا هرگونه تابش مستقیم (کوپلینگ متقابل) از آنتن منبع به آنتن آزمایشی حفظ شود.
زمان ارسال: ژانویه-03-2024
