Ăng-tenĐo lường là quá trình đánh giá và phân tích định lượng hiệu suất và đặc tính của ăng-ten. Bằng cách sử dụng thiết bị kiểm tra và phương pháp đo lường chuyên dụng, chúng tôi đo độ lợi, mẫu bức xạ, tỷ lệ sóng dừng, 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.
Việc đo lường mô hình bức xạ, độ lợi và hiệu suất của ăng-ten khó khăn hơn và đòi hỏi nhiều thiết bị hơn. Chúng tôi sẽ gọi ăng-ten cần đo là AUT, viết tắt của Antenna Under Test (Ăng-ten đang được kiểm tra). 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 kiểm tra]
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. Ăng-ten tham chiếu tất nhiên 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 đồng thời cả phân cực ngang và dọc.
Hệ thống phát sóng phải có khả năng xuất ra một mức công suất ổn định đã biết. Tần số đầu ra cũng phải có thể điều chỉnh (lựa chọn được) và tương đối ổn định (ổn định nghĩa là tần số nhận được từ máy phát gần với tần số mong 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 lượng 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. Việc này có thể được thực hiện thông qua một đồng hồ đo công suất đơn giản, một 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 với đầu nối loại N hoặc SMA). Thông thường, bộ thu là hệ thống 50 Ohm, nhưng có thể có trở kháng khác nếu được chỉ định.
Lưu ý rằng hệ thống phát/thu thường được thay thế bằng VNA. Phép đo S21 phát một tần số ra khỏi cổng 1 và ghi lại công suất nhận được tại cổng 2. Do đó, VNA rất phù hợp cho nhiệm vụ này; tuy nhiên, nó không phải là phương pháp duy nhất để thực hiện nhiệm vụ này.
Hệ thống Định vị điều khiển hướng của ăng-ten thử nghiệm. Vì chúng ta muốn đo mẫu bức xạ của ăng-ten thử nghiệm theo góc (thường là tọa độ cầu), chúng ta cần xoay ăng-ten thử nghiệm sao cho 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 minh họa AUT đang được xoay. Lưu ý rằng có nhiều cách để thực hiện việc xoay này; đôi khi xoay ăng-ten tham chiếu, và đôi khi xoay cả ăng-ten tham chiếu và AUT.
Bây giờ chúng ta đã có đầy đủ thiết bị cần thiết, chúng ta có thể thảo luận về nơi thực hiện phép đo.
Đâu là nơi lý tưởng để đo ăng-ten? Có thể bạn muốn thực hiện việc này trong gara, 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 đo ăng-ten là một nơi nào đó ngoài không gian, nơi không thể xảy ra phản xạ. Tuy nhiên, vì du hành vũ trụ hiện nay rất tốn kém, chúng ta sẽ tập trung vào các địa điểm đo trên bề mặt Trái Đất. Phòng Không Phản Xạ có thể được sử dụng 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 cách âm)
Phạm vi không gian tự do là các vị trí đo lường ăng-ten được thiết kế để mô phỏng các phép đo được thực hiện trong không gian. Nghĩa là, tất cả các sóng phản xạ từ các vật thể gần đó và mặt đất (không mong muốn) đều được triệt tiêu càng nhiều càng tốt. Các phạm vi không gian tự do phổ biến nhất là buồng không phản xạ, phạm vi nâng cao và phạm vi nhỏ gọn.
Phòng cách âm
Buồng không phản xạ là các dải ăng-ten trong nhà. Tường, trần và sàn được lót bằng vật liệu hấp thụ sóng điện từ đặc biệt. Các dải trong nhà được ưa chuộng vì điều kiện thử nghiệm có thể được kiểm soát chặt chẽ hơn nhiều so với dải ngoài trời. Vật liệu cũng thường có hình dạng răng cưa, khiến những dải này khá thú vị khi quan sát. Các hình tam giác răng cưa được thiết kế sao cho phản xạ từ chúng có xu hướng lan truyền theo các hướng ngẫu nhiên, và những gì được cộng lại 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. Hình ảnh của một buồng không phản xạ được hiển thị trong hình dưới đây, 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. Thông thường, các ăng-ten cần phải cách nhau tối thiểu vài bước sóng để mô phỏng các điều kiện trường xa. Do đó, đối với các 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 giới hạn 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 phải là 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.
Dãy núi cao
Phạm vi nâng cao là phạm vi ngoài trời. Trong thiết lập này, nguồn và ăng-ten cần kiểm tra được lắp đặt trên mặt đất. Các ăng-ten này có thể được đặt trên núi, tháp, tòa nhà, hoặc bất cứ nơi nào phù hợp. Điều này thường được thực hiện với các ăng-ten rất lớn hoặc ở tần số thấp (VHF trở xuống, <100 MHz) mà việc đo đạc trong nhà sẽ khó khăn. 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 lớn hơn ăng-ten thử nghiệm, tôi vừa trình bày ở đây. Đường ngắm (LOS) giữa hai ăng-ten (minh họa bằng tia đen trong Hình 2) phải thông thoáng. Tất cả các phản xạ khác (chẳng hạn như tia đỏ phản xạ từ mặt đất) đều không mong muốn. Đối với phạm vi trên 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 vị trí xảy ra phản xạ đáng kể và cố gắng giảm thiểu phản xạ từ các bề mặt này. Thông thường, vật liệu hấp thụ sóng vô tuyến (RF) hoặc vật liệu khác có tác dụng 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 thu được phải là sóng phẳng để đạt độ chính xác tối đa. Vì ăng-ten phát ra sóng hình cầu, 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, khoảng cách này thường không đủ để đạt được điều này. Một phương pháp để khắc phục vấn đề này là sử dụng phạm vi thu gọn. Trong phương pháp này, ăng-ten nguồn được hướng về phía một gương phản xạ, có hình dạng được thiết kế để phản xạ sóng cầu theo cách gần như phẳng. Điều này rất giống với nguyên lý hoạt động của ăng-ten chảo. Nguyên lý 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 (chuẩn trực).
Chiều dài của gương phản xạ parabol thường được mong muốn lớn hơn nhiều lần so với ăng-ten thử nghiệm. Ăng-ten nguồn trong Hình 4 được đặt lệch so với gương phản xạ để không cản trở các tia phản xạ. Cũng cần phải cẩn thận để tránh 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
