Ăng-tenĐo lường là quá trình đánh giá và phân tích định lượng hiệu suất và đặc điểm của ăng-ten. Bằng cách sử dụng thiết bị kiểm tra đặc biệt và phương pháp đo lường, chúng tôi đo độ lợi, mẫu bức xạ, tỷ lệ sóng đứng, đáp ứng tần số và các thông số khác của ăng-ten để xác minh xem thông số kỹ thuật thiết kế của ăng-ten có đáp ứng các yêu cầu hay không, kiểm tra hiệu suất của ăng-ten và đưa ra các đề xuất cải tiến. Kết quả và dữ liệu từ các phép đo ăng-ten có thể được sử dụng để đánh giá hiệu suất ăng-ten, tối ưu hóa thiết kế, cải thiện hiệu suất hệ thống và cung cấp hướng dẫn và phản hồi cho các nhà sản xuất ăng-ten và kỹ sư ứng dụng.
Thiết bị cần thiết trong phép đo ăng ten
Đối với thử nghiệm ăng-ten, thiết bị cơ bản nhất là VNA. Loại VNA đơn giản nhất là VNA 1 cổng, có khả năng đo trở kháng của ăng-ten.
Đo lường mô hình bức xạ, độ lợi và hiệu suất của ăng-ten khó hơn và đòi hỏi nhiều thiết bị hơn. Chúng tôi sẽ gọi ăng-ten cần đo là AUT, viết tắt của Antenna Under Test. Các thiết bị cần thiết để đo ăng-ten bao gồm:
Ăng-ten tham chiếu - Một ăng-ten có các đặc điểm đã biết (độ lợi, mẫu, v.v.)
Máy phát công suất RF - Một cách truyền năng lượng vào AUT [Ăng-ten đang được thử nghiệm]
Hệ thống thu - Hệ thống này xác định lượng công suất mà ăng-ten tham chiếu nhận được
Hệ thống định vị - Hệ thống này được sử dụng để xoay ăng-ten thử nghiệm so với ăng-ten nguồn, nhằm đo mô hình bức xạ theo góc.
Sơ đồ khối của thiết bị trên được thể hiện ở Hình 1.
Hình 1. Sơ đồ thiết bị đo ăng ten cần thiết.
Các thành phần này sẽ được thảo luận ngắn gọn. Tất nhiên, Ăng-ten tham chiếu phải phát xạ tốt ở tần số thử nghiệm mong muốn. Ăng-ten tham chiếu thường là ăng-ten loa phân cực kép, do đó có thể đo phân cực ngang và phân cực dọc cùng một lúc.
Hệ thống truyền phải có khả năng đưa ra mức công suất ổn định đã biết. Tần số đầu ra cũng phải có thể điều chỉnh (có thể lựa chọn) và tương đối ổn định (ổn định có nghĩa là tần số bạn nhận được từ máy phát gần với tần số bạn muốn, không thay đổi nhiều theo nhiệt độ). Máy phát phải chứa rất ít năng lượng ở tất cả các tần số khác (luôn có một số năng lượng nằm ngoài tần số mong muốn, nhưng không nên có nhiều năng lượng ở sóng hài, chẳng hạn).
Hệ thống thu chỉ cần xác định lượng công suất nhận được từ ăng-ten thử nghiệm. Điều này có thể thực hiện thông qua một đồng hồ đo công suất đơn giản, là thiết bị đo công suất RF (tần số vô tuyến) và có thể được kết nối trực tiếp với các đầu cuối ăng-ten thông qua đường truyền (chẳng hạn như cáp đồng trục có đầu nối loại N hoặc SMA). Thông thường, bộ thu là hệ thống 50 Ohm, nhưng có thể là trở kháng khác nếu được chỉ định.
Lưu ý rằng hệ thống truyền/nhận thường được thay thế bằng VNA. Phép đo S21 truyền tần số ra khỏi cổng 1 và ghi lại công suất nhận được tại cổng 2. Do đó, VNA rất phù hợp với nhiệm vụ này; tuy nhiên, đây không phải là phương pháp duy nhất để thực hiện nhiệm vụ này.
Hệ thống định vị kiểm soát hướng của ăng-ten thử nghiệm. Vì chúng ta muốn đo mẫu bức xạ của ăng-ten thử nghiệm theo hàm của góc (thường là trong tọa độ hình cầu), chúng ta cần xoay ăng-ten thử nghiệm để ăng-ten nguồn chiếu sáng ăng-ten thử nghiệm từ mọi góc có thể. Hệ thống định vị được sử dụng cho mục đích này. Trong Hình 1, chúng tôi hiển thị AUT đang được xoay. Lưu ý rằng có nhiều cách để thực hiện việc xoay này; đôi khi ăng-ten tham chiếu được xoay, và đôi khi cả ăng-ten tham chiếu và AUT đều được xoay.
Bây giờ chúng ta đã có đầy đủ các thiết bị cần thiết, chúng ta có thể thảo luận về nơi thực hiện phép đo.
Đâu là nơi tốt để đo ăng-ten của chúng ta? Có thể bạn muốn thực hiện việc này trong gara của mình, nhưng phản xạ từ tường, trần nhà và sàn nhà sẽ khiến các phép đo của bạn không chính xác. Vị trí lý tưởng để thực hiện các phép đo ăng-ten là một nơi nào đó trong không gian vũ trụ, nơi không thể xảy ra phản xạ. Tuy nhiên, vì du hành vũ trụ hiện đang rất tốn kém, chúng ta sẽ tập trung vào các địa điểm đo trên bề mặt Trái đất. Có thể sử dụng Phòng không phản xạ để cô lập thiết lập thử nghiệm ăng-ten trong khi hấp thụ năng lượng phản xạ bằng bọt hấp thụ RF.
Phạm vi không gian tự do (Phòng không phản xạ)
Phạm vi không gian tự do là các vị trí đo lường ăng-ten được thiết kế để mô phỏng các phép đo sẽ được thực hiện trong không gian. Nghĩa là, tất cả các sóng phản xạ từ các vật thể gần đó và mặt đất (là những sóng không mong muốn) đều bị triệt tiêu càng nhiều càng tốt. Các phạm vi không gian tự do phổ biến nhất là các buồng không phản xạ, phạm vi nâng cao và phạm vi nhỏ gọn.
Phòng cách âm
Buồng anechoic là các dải ăng ten trong nhà. Các bức tường, trần nhà và sàn nhà được lót bằng vật liệu hấp thụ sóng điện từ đặc biệt. Các dải trong nhà được ưa chuộng vì các điều kiện thử nghiệm có thể được kiểm soát chặt chẽ hơn nhiều so với các dải ngoài trời. Vật liệu thường có hình dạng răng cưa, khiến những buồng này khá thú vị khi nhìn. Các hình tam giác răng cưa được thiết kế sao cho những gì phản xạ từ chúng có xu hướng lan truyền theo các hướng ngẫu nhiên và những gì được cộng lại với nhau từ tất cả các phản xạ ngẫu nhiên có xu hướng cộng lại một cách không mạch lạc và do đó bị triệt tiêu hơn nữa. Một hình ảnh của một buồng anechoic được hiển thị trong hình ảnh sau, cùng với một số thiết bị thử nghiệm:
(Hình ảnh cho thấy thử nghiệm ăng-ten RFMISO)
Nhược điểm của buồng không phản xạ là chúng thường cần phải khá lớn. Thường thì các ăng-ten cần phải cách nhau ít nhất vài bước sóng để mô phỏng các điều kiện trường xa. Do đó, đối với tần số thấp hơn với bước sóng lớn, chúng ta cần các buồng rất lớn, nhưng chi phí và các hạn chế thực tế thường hạn chế kích thước của chúng. Một số công ty thầu quốc phòng đo Tiết diện radar của máy bay lớn hoặc các vật thể khác được biết là có các buồng không phản xạ có kích thước bằng sân bóng rổ, mặc dù điều này không bình thường. Các trường đại học có buồng không phản xạ thường có các buồng dài, rộng và cao từ 3-5 mét. Do hạn chế về kích thước và vì vật liệu hấp thụ RF thường hoạt động tốt nhất ở tần số UHF trở lên, nên buồng không phản xạ thường được sử dụng cho các tần số trên 300 MHz.
Phạm vi nâng cao
Elevated Ranges là phạm vi ngoài trời. Trong thiết lập này, nguồn và ăng-ten được thử nghiệm được lắp trên mặt đất. Các ăng-ten này có thể ở trên núi, tháp, tòa nhà hoặc bất cứ nơi nào mà người ta thấy phù hợp. Điều này thường được thực hiện đối với các ăng-ten rất lớn hoặc ở tần số thấp (VHF và thấp hơn, <100 MHz) khi các phép đo trong nhà sẽ không thể thực hiện được. Sơ đồ cơ bản của phạm vi nâng cao được thể hiện trong Hình 2.
Hình 2. Minh họa phạm vi nâng cao.
Ăng-ten nguồn (hoặc ăng-ten tham chiếu) không nhất thiết phải ở độ cao cao hơn ăng-ten thử nghiệm, tôi vừa trình bày theo cách đó ở đây. Đường ngắm (LOS) giữa hai ăng-ten (minh họa bằng tia đen trong Hình 2) phải không bị cản trở. Tất cả các phản xạ khác (như tia đỏ phản xạ từ mặt đất) đều không mong muốn. Đối với phạm vi cao, sau khi xác định được vị trí của ăng-ten nguồn và ăng-ten thử nghiệm, người vận hành thử nghiệm sẽ xác định nơi sẽ xảy ra phản xạ đáng kể và cố gắng giảm thiểu phản xạ từ các bề mặt này. Thông thường, vật liệu hấp thụ rf được sử dụng cho mục đích này hoặc vật liệu khác làm chệch hướng các tia ra khỏi ăng-ten thử nghiệm.
Phạm vi nhỏ gọn
Ăng-ten nguồn phải được đặt ở trường xa của ăng-ten thử nghiệm. Lý do là sóng mà ăng-ten thử nghiệm nhận được phải là sóng phẳng để có độ chính xác tối đa. Vì ăng-ten phát ra sóng hình cầu nên ăng-ten cần phải đủ xa để sóng phát ra từ ăng-ten nguồn gần giống với sóng phẳng - xem Hình 3.
Hình 3. Một ăng-ten nguồn phát ra sóng có mặt sóng hình cầu.
Tuy nhiên, đối với các buồng trong nhà, thường không có đủ khoảng cách để đạt được điều này. Một phương pháp để khắc phục vấn đề này là thông qua phạm vi nhỏ gọn. Trong phương pháp này, ăng-ten nguồn được định hướng về phía một bộ phản xạ, có hình dạng được thiết kế để phản xạ sóng hình cầu theo cách gần như phẳng. Điều này rất giống với nguyên lý mà ăng-ten đĩa hoạt động. Hoạt động cơ bản được thể hiện trong Hình 4.
Hình 4. Phạm vi nhỏ gọn - sóng hình cầu từ ăng-ten nguồn được phản xạ thành dạng phẳng (song song).
Chiều dài của phản xạ parabol thường được mong muốn lớn hơn nhiều lần so với ăng-ten thử nghiệm. Ăng-ten nguồn trong Hình 4 được dịch chuyển khỏi phản xạ để không cản trở các tia phản xạ. Cũng cần phải cẩn thận để giữ bất kỳ bức xạ trực tiếp nào (liên kết lẫn nhau) từ ăng-ten nguồn đến ăng-ten thử nghiệm.
Thời gian đăng: 03-01-2024
