אַנטֶנָהמדידה היא תהליך של הערכה וניתוח כמותית של ביצועי ומאפייני האנטנה. על ידי שימוש בציוד בדיקה ושיטות מדידה מיוחדות, אנו מודדים את הרווח, דפוס הקרינה, יחס גלים עומדים, תגובת התדר ופרמטרים אחרים של האנטנה כדי לוודא אם מפרטי העיצוב של האנטנה עומדים בדרישות, לבדוק את ביצועי האנטנה, וכן לספק הצעות שיפור. ניתן להשתמש בתוצאות ובנתונים של מדידות אנטנות כדי להעריך את ביצועי האנטנות, לייעל תכנונים, לשפר את ביצועי המערכת ולספק הדרכה ומשוב ליצרני אנטנות ומהנדסי יישומים.
ציוד נדרש במדידות אנטנה
לבדיקת אנטנה, ההתקן הבסיסי ביותר הוא VNA. הסוג הפשוט ביותר של VNA הוא VNA 1-port, המסוגל למדוד את העכבה של אנטנה.
מדידת דפוס הקרינה, הרווח והיעילות של אנטנה קשה יותר ודורשת הרבה יותר ציוד. נכנה את האנטנה המיועדת למדידה AUT, אשר קיצור של Antenna Under Test. הציוד הנדרש למדידת אנטנה כולל:
אנטנת ייחוס - אנטנה בעלת מאפיינים ידועים (הגבר, תבנית וכו')
משדר כוח RF - דרך להחדיר אנרגיה ל-AUT [אנטנה בבדיקה]
מערכת מקלט - זו קובעת כמה כוח מתקבל על ידי אנטנת הייחוס
מערכת מיקום - מערכת זו משמשת לסיבוב אנטנת הבדיקה ביחס לאנטנת המקור, למדידת תבנית הקרינה כפונקציה של הזווית.
תרשים בלוקים של הציוד לעיל מוצג באיור 1.
איור 1. תרשים של ציוד מדידת אנטנה נדרש.
רכיבים אלו יידונו בקצרה. אנטנת ה-Reference צריכה כמובן להקרין היטב בתדר הבדיקה הרצוי. אנטנות ייחוס הן לרוב אנטנות קרן דו-קוטביות, כך שניתן למדוד קיטוב אופקי ואנכי בו-זמנית.
מערכת השידור צריכה להיות מסוגלת להפיק רמת הספק ידועה יציבה. גם תדר המוצא צריך להיות מתכוונן (ניתן לבחירה), ויציב למדי (יציב אומר שהתדר שאתה מקבל מהמשדר קרוב לתדר שאתה רוצה, לא משתנה הרבה עם הטמפרטורה). המשדר צריך להכיל מעט מאוד אנרגיה בכל התדרים האחרים (תמיד תהיה קצת אנרגיה מחוץ לתדר הרצוי, אבל לא אמורה להיות הרבה אנרגיה בהרמוניות, למשל).
מערכת הקליטה פשוט צריכה לקבוע כמה כוח מתקבל מאנטנת הבדיקה. ניתן לעשות זאת באמצעות מד כוח פשוט, שהוא מכשיר למדידת הספק RF (תדר רדיו) וניתן לחבר אותו ישירות למסופי האנטנה באמצעות קו שידור (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.
שימו לב שמערכת השידור/קבלה מוחלפת לרוב ב-VNA. מדידת S21 משדרת תדר מחוץ ליציאה 1 ומתעדת את ההספק המתקבל ביציאה 2. לפיכך, VNA מתאים היטב למשימה זו; אולם זו אינה השיטה היחידה לביצוע משימה זו.
מערכת המיקום שולטת בכיוון אנטנת הבדיקה. מכיוון שאנו רוצים למדוד את תבנית הקרינה של אנטנת הבדיקה כפונקציה של הזווית (בדרך כלל בקואורדינטות כדוריות), עלינו לסובב את אנטנת הבדיקה כך שאנטנת המקור תאיר את אנטנת הבדיקה 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 אנטנת הייחוס מסובבת, ולפעמים גם אנטנת הייחוס וגם אנטנות AUT מסובבות.
כעת, כשיש לנו את כל הציוד הנדרש, אנו יכולים לדון היכן לבצע את המדידות.
איפה יש מקום טוב למדידות האנטנה שלנו? אולי תרצה לעשות זאת במוסך שלך, אבל ההשתקפויות מהקירות, התקרות והרצפה יהפכו את המדידות שלך לא מדויקות. המיקום האידיאלי לביצוע מדידות אנטנה הוא איפשהו בחלל החיצון, שבו לא יכולות להתרחש השתקפויות. עם זאת, מכיוון שמסע בחלל הוא כיום יקר מאוד, נתמקד במקומות מדידה שנמצאים על פני כדור הארץ. ניתן להשתמש ב-Anechoic Chamber כדי לבודד את מערך בדיקת האנטנה תוך קליטת אנרגיה מוחזרת עם קצף סופג RF.
טווחי שטח חופשיים (חדרים אנכויים)
טווחי שטח פנוי הם מיקומי מדידת אנטנות שנועדו לדמות מדידות שיבוצעו בחלל. כלומר, כל הגלים המוחזרים מעצמים סמוכים ומהקרקע (שאינם רצויים) מדוכאים ככל האפשר. טווחי החלל הפנוי הפופולריים ביותר הם תאי אקו, טווחים גבוהים וטווח קומפקטי.
חדרים אנכויים
תאי אנקו הם טווחי אנטנות פנימיים. הקירות, התקרות והרצפה מצופים בחומר מיוחד לספוג גלים אלקטרומגנטיים. טווחים פנימיים רצויים מכיוון שניתן לשלוט בתנאי הבדיקה באופן הדוק הרבה יותר מזה של טווחי חוץ. החומר הוא לעתים קרובות משונן בצורתו גם כן, מה שהופך את החדרים האלה למעניינים למדי לראות. צורות המשולש המשוננות מתוכננות כך שמה שמשתקף מהן נוטה להתפשט לכיוונים אקראיים, ומה שמתחבר מכל ההשתקפויות האקראיות נוטה להוסיף בצורה לא קוהרנטית ובכך נדחק עוד יותר. תמונה של תא אנכואי מוצגת בתמונה הבאה, יחד עם כמה ציוד בדיקה:
(התמונה מציגה את בדיקת אנטנת RFMISO)
החיסרון של תאי אנקו הוא שלעתים קרובות הם צריכים להיות גדולים למדי. לעתים קרובות אנטנות צריכות להיות במרחק מספר אורכי גל לפחות זו מזו כדי לדמות תנאי שדה רחוק. לפיכך, עבור תדרים נמוכים יותר עם אורכי גל גדולים אנו זקוקים לתאים גדולים מאוד, אך עלות ואילוצים מעשיים מגבילים לרוב את גודלם. חלק מחברות קבלנות ביטחוניות המודדות את חתך הרדאר של מטוסים גדולים או חפצים אחרים ידועים כבעלי תאי אקו בגודל של מגרשי כדורסל, אם כי זה לא רגיל. באוניברסיטאות עם תאים אנקויים יש בדרך כלל תאים באורך, רוחב וגובה של 3-5 מטרים. בגלל אילוץ הגודל, ומכיוון שחומר סופג RF עובד בדרך כלל בצורה הטובה ביותר ב-UHF ומעלה, תאי אנקו משמשים לרוב עבור תדרים מעל 300 מגה-הרץ.
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 שמוצאים את זה מתאים. זה נעשה לעתים קרובות עבור אנטנות גדולות מאוד או בתדרים נמוכים (VHF ומטה, <100 מגה-הרץ) שבהם מדידות פנימיות יהיו בלתי ניתנות לפתרון. התרשים הבסיסי של טווח מוגבה מוצג באיור 2.
איור 2. איור של טווח מוגבה.
אנטנת המקור (או אנטנת הייחוס) אינה בהכרח בגובה גבוה יותר מאנטנת הבדיקה, רק הראיתי זאת כך כאן. קו הראייה (LOS) בין שתי האנטנות (מתואר על ידי הקרן השחורה באיור 2) חייב להיות ללא הפרעה. כל ההשתקפויות האחרות (כגון הקרן האדומה המוחזרת מהקרקע) אינן רצויות. עבור טווחים גבוהים, לאחר קביעת מקור ומיקום אנטנת בדיקה, מפעילי הבדיקה קובעים היכן יתרחשו ההשתקפויות המשמעותיות, ומנסים למזער את ההשתקפויות מהמשטחים הללו. לעתים קרובות נעשה שימוש 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 היא שהגל שנקלט באנטנת הבדיקה צריך להיות גל מישורי לדיוק מירבי. מכיוון שאנטנות מקרינות גלים כדוריים, האנטנה צריכה להיות רחוקה מספיק כך שהגל המוקרן מאנטנת המקור יהיה בערך גל מישורי - ראה איור 3.
איור 3. אנטנת מקור מקרינה גל עם חזית גל כדורית.
עם זאת, עבור חדרים פנימיים לעתים קרובות אין מספיק הפרדה כדי להשיג זאת. שיטה אחת לתקן בעיה זו היא באמצעות טווח קומפקטי. בשיטה זו מכוונת אנטנת מקור לכיוון רפלקטור, שצורתו מיועדת לשקף 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 משתקפים להיות מישוריים (קולימטים).
בדרך כלל רצוי שאורכו של הרפלקטור הפרבולי יהיה גדול פי כמה מאנטנת הבדיקה. אנטנת המקור באיור 4 מוסטת מהמשקף כך שהיא אינה מפריעה לקרניים המוחזרות. כמו כן יש לנקוט בזהירות על מנת לשמור על קרינה ישירה (צימוד הדדי) מאנטנת המקור לאנטנת הבדיקה.
זמן פרסום: ינואר-03-2024
