Antenđo 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 đặc biệt, chúng tôi đo mức tăng, dạng 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 yêu cầu hay không, kiểm tra hiệu suất của ăng-ten và đưa ra các đề xuất cải tiến. Các 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 cũng như cung cấp hướng dẫn và phản hồi cho nhà sản xuất ăng-ten và kỹ sư ứng dụng.
Thiết bị cần thiết trong đo lường ăng-ten
Để kiểm tra ăng-ten, thiết bị cơ bản nhất là VNA. Loại đơn giản nhất của VNA là VNA 1 cổng, có khả năng đo trở kháng của ăng-ten.
Việc đo mô hình bức xạ, mức tăng và hiệu suất của ăng-ten khó khăn hơn và cần nhiều thiết bị hơn. Chúng ta 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 - Ăng-ten có các đặc điểm đã biết (độ lợi, mẫu, v.v.)
Máy phát công suất RF - Một cách đưa năng lượng vào AUT [Ăng-ten đang được thử nghiệm]
Hệ thống máy thu - Điều này xác định mức độ nhận được của ăng-ten tham chiếu
Hệ thống định vị - Hệ thống này được sử dụng để xoay ăng-ten thử nghiệm so với ăng-ten nguồn, để đo mẫu bức xạ dưới dạng hàm của góc.
Sơ đồ khối của thiết bị trên được thể hiện trên Hình 1.
Hình 1. Sơ đồ thiết bị đo ăng-ten cần thiết.
Những thành phần này sẽ được thảo luận ngắn gọn. Tất nhiên, Ăng-ten tham chiếu phải phát xạ tốt ở tần số kiểm tra mong muốn. Anten tham chiếu thường là anten sừng phân cực kép, do đó có thể đo được độ phân cực ngang và phân cực dọc cùng một lúc.
Hệ thống truyền tải phải có khả năng tạo ra mức công suất ổn định đã biết. Tần số đầu ra cũng phải có thể điều chỉnh được (có thể lựa chọn) và ổn định hợp lý (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 (sẽ luôn có một số năng lượng nằm ngoài tần số mong muốn, nhưng không nên có nhiều năng lượng ở các sóng hài chẳng hạn).
Hệ thống thu chỉ cần xác định lượng điện năng nhận được từ ăng-ten thử nghiệm. Điều này có thể được thực hiện thông qua một máy 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 có 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 ở cổng 2. Do đó, VNA rất phù hợp với nhiệm vụ này; tuy nhiên nó không phải là phương pháp duy nhất để thực hiện nhiệm vụ này.
Hệ thống định vị kiểm soát hướng của ăng-ten kiểm tra. Vì chúng ta muốn đo mẫu bức xạ của ăng ten kiểm tra theo hàm của góc (thường là theo tọa độ cầu), nên chúng ta cần xoay ăng ten kiểm tra sao cho ăng ten nguồn chiếu sáng ăng ten kiểm tra 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 thao tác xoay này; đôi khi anten tham chiếu được xoay và đôi khi cả anten tham chiếu và anten AUT đều được xoay.
Bây giờ chúng ta đã có tất cả các thiết bị cần thiết, chúng ta có thể thảo luận về nơi thực hiện các phép đo.
Đâu là nơi tốt để đo ăng-ten của chúng tôi? Có thể bạn muốn thực hiện việc này trong nhà để xe của mình nhưng phản xạ từ tường, trần nhà và sàn nhà sẽ khiến phép đo của bạn không chính xác. Vị trí lý tưởng để thực hiện các phép đo ăng-ten là một nơi nào đó ngoài không gian, nơi không thể xảy ra phản xạ. Tuy nhiên, do du hành vũ trụ hiện cực kỳ tốn kém nên chúng tôi sẽ tập trung vào các địa điểm đo lường trên bề mặt Trái đất. Phòng không phản xạ có thể được sử dụng để cách ly thiết lập thử nghiệm ăng-ten trong khi hấp thụ năng lượng phản xạ bằng bọt hấp thụ RF.
Phạm vi không gian trống (Phòng không có tiếng vang)
Phạm vi không gian trống là các vị trí đo 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 ở gần và mặt đất (không mong muốn) đều bị triệt tiêu càng nhiều càng tốt. Các phạm vi không gian trống phổ biến nhất là buồng không phản xạ, phạm vi trên cao và phạm vi nhỏ gọn.
Phòng không phản xạ
Buồng không phản xạ là dải ăng-ten trong nhà. Tường, trần và sàn được lót bằng vật liệu hấp thụ sóng điện từ đặc biệt. Phạm vi trong nhà là điều mong muốn vì các điều kiện thử nghiệm có thể được kiểm soát chặt chẽ hơn nhiều so với phạm vi ngoài trời. Vật liệu này cũng thường có hình dạng lởm chởm, khiến cho những căn phòng này trở nên khá thú vị khi chiêm ngưỡng. Các hình tam giác lởm chởm được thiết kế sao cho những gì được 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 buồng chống phản xạ được thể hiện trong hình sau, cùng với một số thiết bị kiểm tra:
(Hình ảnh kiểm tra ăng-ten RFMISO)
Hạn chế của buồng không phản xạ là chúng thường cần phải có kích thước khá lớn. Thông thường, các ăng-ten cần 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 những buồng rất lớn, nhưng những hạn chế về mặt chi phí và thực tế thường hạn chế kích thước của chúng. Một số công ty hợp đồng quốc phòng đo Mặt cắt ngang Radar của máy bay lớn hoặc các vật thể khác được biết là có buồng chống ồn có kích thước bằng sân bóng rổ, mặc dù điều này không bình thường. Các trường đại học có phòng cách âm thường có các phòng có chiều dài, chiều rộng và chiều cao từ 3-5 mét. Do hạn chế về kích thước và do vật liệu hấp thụ RF thường hoạt động tốt nhất ở tần số UHF trở lên nên buồng chống phản xạ thường được sử dụng nhiều nhất cho các tần số trên 300 MHz.
Phạm vi nâng cao
Dãy nâng cao là dãy ngoài trời. Trong thiết lập này, nguồn và ăng-ten được thử nghiệm được gắn trên mặt đất. Những ăng-ten này có thể ở trên núi, tháp, tòa nhà hoặc bất cứ nơi nào người ta thấy phù hợp. Điều này thường được thực hiện đối với các ăng-ten rất lớn hoặc ở tần số thấp (VHF trở xuống, <100 MHz), nơi khó có thể thực hiện được các phép đo trong nhà. Sơ đồ cơ bản của phạm vi nâng cao được hiển thị 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 chỉ trình bày như vậy ở đây. Đường ngắm (LOS) giữa hai anten (minh họa bằng tia đen trên 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 nâng cao, sau khi xác định được vị trí nguồn và ăng-ten kiểm tra, người thực hiện kiểm tra 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 tần số vô tuyến 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 đo kiểm. Lý do là sóng mà ăng ten thử nghiệm thu 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 bức xạ từ ăng-ten nguồn xấp xỉ sóng phẳng - xem Hình 3.
Hình 3. Anten nguồn phát ra sóng có mặt sóng hình cầu.
Tuy nhiên, đối với các buồng trong nhà thường không có đủ sự tách biệt để đạt được điều này. Một phương pháp để khắc phục vấn đề này là thông qua một phạm vi nhỏ gọn. Trong phương pháp này, anten nguồn được định hướng về phía một gương phản xạ, có hình dạng được thiết kế để phản xạ sóng cầu theo kiểu gần như phẳng. Điều này rất giống với nguyên tắc hoạt động của ăng-ten đĩa. Hoạt động cơ bản được thể hiện trong Hình 4.
Hình 4. Phạm vi nhỏ gọn - các sóng hình cầu từ ăng-ten nguồn được phản xạ ở dạng phẳng (chuẩn trực).
Chiều dài của gương phản xạ parabol thường được mong muốn lớn gấp vài lần anten thử nghiệm. Ăng-ten nguồn trong Hình 4 được đặt lệch so với gương phản xạ sao cho nó không nằm trong đường đi của các tia phản xạ. Cũng phải cẩn thận để giữ mọi bức xạ trực tiếp (ghép nối lẫn nhau) từ ăng ten nguồn đến ăng ten đo kiểm.
Thời gian đăng: Jan-03-2024
