אַנטֶנָהמדידה היא תהליך של הערכה וניתוח כמותיים של ביצועי ומאפייני האנטנה. באמצעות ציוד בדיקה מיוחד ושיטות מדידה, אנו מודדים את ההגבר, דפוס הקרינה, יחס הגל העומד, תגובת התדר ופרמטרים אחרים של האנטנה כדי לוודא האם מפרטי התכנון של האנטנה עומדים בדרישות, לבדוק את ביצועי האנטנה ולספק הצעות לשיפור. ניתן להשתמש בתוצאות ובנתונים ממדידות האנטנה כדי להעריך את ביצועי האנטנה, לייעל עיצובים, לשפר את ביצועי המערכת ולספק הדרכה ומשוב ליצרני אנטנות ולמהנדסי יישומים.
ציוד נדרש במדידות אנטנה
לבדיקת אנטנות, המכשיר הבסיסי ביותר הוא VNA. הסוג הפשוט ביותר של VNA הוא VNA בעל יציאה אחת, המסוגל למדוד את העכבה של אנטנה.
מדידת דפוס הקרינה, ההגבר והיעילות של אנטנה קשה יותר ודורשת ציוד רב יותר. נקרא לאנטנה המדוברת בשם AUT, ראשי תיבות של Antenna Under Test. הציוד הנדרש למדידות אנטנה כולל:
אנטנת ייחוס - אנטנה בעלת מאפיינים ידועים (הגבר, דפוס וכו')
משדר הספק RF - דרך להזריק אנרגיה לתוך ה-AUT [אנטנה בבדיקה]
מערכת מקלט - קובעת כמה הספק נקלט על ידי אנטנת הייחוס
מערכת מיקום - מערכת זו משמשת לסיבוב אנטנת הבדיקה יחסית לאנטנת המקור, כדי למדוד את דפוס הקרינה כפונקציה של זווית.
תרשים בלוקים של הציוד הנ"ל מוצג באיור 1.
איור 1. תרשים של ציוד מדידת אנטנה נדרש.
רכיבים אלה יידונו בקצרה. אנטנת הייחוס צריכה כמובן להקרין היטב בתדר הבדיקה הרצוי. אנטנות ייחוס הן לרוב אנטנות צופר בעלות קיטוב כפול, כך שניתן למדוד קיטוב אופקי ואנכי בו זמנית.
מערכת השידור צריכה להיות מסוגלת להפיק רמת הספק יציבה ומוגדרת. תדר המוצא צריך להיות גם ניתן לכוונון (ניתן לבחירה), ויציב באופן סביר (יציב פירושו שהתדר שמקבלים מהמשדר קרוב לתדר הרצוי, ואינו משתנה הרבה עם הטמפרטורה). המשדר צריך להכיל מעט מאוד אנרגיה בכל שאר התדרים (תמיד תהיה אנרגיה מסוימת מחוץ לתדר הרצוי, אך לא צריכה להיות הרבה אנרגיה בהרמוניות, למשל).
מערכת הקליטה פשוט צריכה לקבוע כמה הספק מתקבל מאנטנת הבדיקה. ניתן לעשות זאת באמצעות מד הספק פשוט, שהוא מכשיר למדידת הספק RF (תדר רדיו) וניתן לחבר אותו ישירות למסופי האנטנה באמצעות קו תמסורת (כגון כבל קואקסיאלי עם מחברים מסוג N או SMA). בדרך כלל המקלט הוא מערכת של 50 אוהם, אך יכול להיות בעל עכבה שונה אם צוין אחרת.
שימו לב שמערכת השידור/קליטה מוחלפת לעתים קרובות על ידי VNA. מדידת S21 משדרת תדר מתוך פורט 1 ורושמת את ההספק הנקלט בפורט 2. לפיכך, VNA מתאים היטב למשימה זו; עם זאת, זוהי אינה השיטה היחידה לביצוע משימה זו.
מערכת המיקום שולטת בכיוון אנטנת הבדיקה. מכיוון שאנו רוצים למדוד את דפוס הקרינה של אנטנת הבדיקה כפונקציה של זווית (בדרך כלל בקואורדינטות כדוריות), עלינו לסובב את אנטנת הבדיקה כך שאנטנת המקור תאיר אותה מכל זווית אפשרית. מערכת המיקום משמשת למטרה זו. באיור 1, אנו מראים את ה-AUT מסובב. שימו לב שישנן דרכים רבות לבצע סיבוב זה; לפעמים מסובבים את אנטנת הייחוס, ולפעמים מסובבות גם אנטנת הייחוס וגם אנטנת ה-AUT.
עכשיו, כשיש לנו את כל הציוד הנדרש, נוכל לדון היכן לבצע את המדידות.
היכן מומלץ לבצע מדידות אנטנה? אולי תרצו לעשות זאת במוסך שלכם, אך ההשתקפויות מהקירות, התקרות והרצפה יהפכו את המדידות שלכם ללא מדויקות. המיקום האידיאלי לביצוע מדידות אנטנה הוא מקום בחלל החיצון, שם לא יכולות להתרחש השתקפויות. עם זאת, מכיוון שמסעות בחלל יקרים באופן בלתי סביר כיום, נתמקד במקומות מדידה שנמצאים על פני כדור הארץ. ניתן להשתמש בתא אנאכואי כדי לבודד את מערך בדיקת האנטנה תוך ספיגת אנרגיה מוחזרת באמצעות קצף סופג RF.
מטווחי שטח חופשיים (תאים אנכואיים)
טווחי מרחב חופשי הם מיקומי מדידה של אנטנות שנועדו לדמות מדידות שהיו מבוצעות בחלל. כלומר, כל הגלים המוחזרים מעצמים סמוכים ומהקרקע (שאינם רצויים) מדכאים ככל האפשר. טווחי המרחב החופשי הפופולריים ביותר הם תאים אנאקויים, טווחים מוגבהים והטווח הקומפקטי.
תאים אנכואיים
תאים אנאכואיים הם טווחי אנטנות פנימיים. הקירות, התקרות והרצפה מרופדים בחומר מיוחד לבלימת גלים אלקטרומגנטיים. טווחים פנימיים רצויים מכיוון שניתן לשלוט בתנאי הבדיקה בצורה הדוקה הרבה יותר מאשר בטווחים חיצוניים. החומר לרוב גם בעל צורה משונן, מה שהופך את התאים הללו למעניינים למדי לצפייה. צורות המשולש המשונן מעוצבות כך שמה שמוחזר מהם נוטה להתפשט בכיוונים אקראיים, ומה שמתווסף מכל ההשתקפויות האקראיות נוטה להצטבר בצורה לא קוהרנטית וכך מודחק עוד יותר. תמונה של תא אנאכואי מוצגת בתמונה הבאה, יחד עם ציוד בדיקה:
(התמונה מציגה את בדיקת האנטנה RFMISO)
החיסרון של תאים אנכואיים הוא שהם צריכים להיות גדולים למדי. לעתים קרובות אנטנות צריכות להיות במרחק של כמה אורכי גל זו מזו לפחות כדי לדמות תנאי שדה רחוק. לכן, עבור תדרים נמוכים יותר עם אורכי גל גדולים אנו זקוקים לתאים גדולים מאוד, אך עלות ואילוצים מעשיים מגבילים לעתים קרובות את גודלם. ידוע שחלק מחברות הקבלנות הביטחוניות המודדות את חתך המכ"ם של מטוסים גדולים או עצמים אחרים מחזיקות בתאים אנכואיים בגודל של מגרשי כדורסל, אם כי זה לא רגיל. אוניברסיטאות עם תאים אנכואיים בדרך כלל מחזיקות בתאים באורך, רוחב וגובה של 3-5 מטרים. בגלל אילוץ הגודל, ומכיוון שחומר סופג RF בדרך כלל עובד בצורה הטובה ביותר ב-UHF ומעלה, תאים אנכואיים משמשים לרוב עבור תדרים מעל 300 מגהרץ.
טווחים גבוהים
טווחים גבוהים הם טווחים חיצוניים. בהגדרה זו, המקור והאנטנה הנבדקים מותקנים מעל הקרקע. אנטנות אלו יכולות להיות על הרים, מגדלים, בניינים או בכל מקום אחר שנמצא מתאים. זה נעשה לעתים קרובות עבור אנטנות גדולות מאוד או בתדרים נמוכים (VHF ומטה, <100 MHz) שבהם מדידות בתוך הבית יהיו קשות לביצוע. הדיאגרמה הבסיסית של טווח גבוה מוצגת באיור 2.
איור 2. איור של טווח מוגבר.
אנטנת המקור (או אנטנת הייחוס) אינה בהכרח בגובה גבוה יותר מאנטנת הבדיקה, פשוט הראיתי זאת כך כאן. קו הראייה (LOS) בין שתי האנטנות (מודגם על ידי הקרן השחורה באיור 2) חייב להיות פתוח. כל שאר ההשתקפויות (כגון הקרן האדומה המוחזרת מהקרקע) אינן רצויות. עבור טווחים גבוהים, לאחר שנקבעו מיקום המקור ואנטנת הבדיקה, מפעילי הבדיקה קובעים היכן יתרחשו ההשתקפויות המשמעותיות, ומנסים למזער את ההשתקפויות ממשטחים אלה. לעתים קרובות משתמשים בחומר סופג RF למטרה זו, או בחומר אחר שמסיט את הקרניים הרחק מאנטנת הבדיקה.
טווחים קומפקטיים
יש למקם את אנטנת המקור בשדה הרחוק של אנטנת הבדיקה. הסיבה לכך היא שהגל הנקלט על ידי אנטנת הבדיקה צריך להיות גל מישורי לקבלת דיוק מקסימלי. מכיוון שאנטנות מקרינות גלים כדוריים, האנטנה צריכה להיות רחוקה מספיק כך שהגל המוקרן מאנטנת המקור יהיה בקירוב גל מישורי - ראה איור 3.
איור 3. אנטנת מקור מקרינה גל בעל חזית גל כדורית.
עם זאת, עבור תאים פנימיים לעיתים קרובות אין מספיק הפרדה כדי להשיג זאת. שיטה אחת לתקן בעיה זו היא באמצעות טווח קומפקטי. בשיטה זו, אנטנת המקור מכוונת כלפי מחזיר אור, שצורתו נועדה להחזיר את הגל הכדורי בצורה מישורית בקירוב. זה דומה מאוד לעיקרון שעל פיו פועלת אנטנת צלחת. הפעולה הבסיסית מוצגת באיור 4.
איור 4. טווח קומפקטי - הגלים הכדוריים מאנטנת המקור מוחזרים בצורה מישורית (קולימטיבית).
בדרך כלל רצוי שאורך המשקף הפרבולי יהיה גדול פי כמה מאורך אנטנת הבדיקה. אנטנת המקור באיור 4 מוזזת מהמשקף כך שהיא לא תפריע לקרניים המוחזרות. יש לנקוט משנה זהירות גם כדי למנוע כל קרינה ישירה (צימוד הדדי) מאנטנת המקור לאנטנת הבדיקה.
זמן פרסום: ינואר-03-2024
