AntenaAng pagsukat ay ang proseso ng kwantitatibong pagsusuri at pagsusuri sa pagganap at mga katangian ng antenna. Sa pamamagitan ng paggamit ng mga espesyal na kagamitan sa pagsubok at mga pamamaraan ng pagsukat, sinusukat namin ang gain, radiation pattern, standing wave ratio, frequency response at iba pang mga parameter ng antenna upang mapatunayan kung ang mga detalye ng disenyo ng antenna ay nakakatugon sa mga kinakailangan, suriin ang pagganap ng antenna, at magbigay ng mga mungkahi sa pagpapabuti. Ang mga resulta at datos mula sa mga sukat ng antenna ay maaaring gamitin upang suriin ang pagganap ng antenna, i-optimize ang mga disenyo, mapabuti ang pagganap ng sistema, at magbigay ng gabay at feedback sa mga tagagawa ng antenna at mga inhinyero ng aplikasyon.
Mga Kinakailangang Kagamitan sa Pagsukat ng Antenna
Para sa pagsubok ng antenna, ang pinakapangunahing aparato ay ang VNA. Ang pinakasimpleng uri ng VNA ay isang 1-port VNA, na kayang sukatin ang impedance ng isang antenna.
Ang pagsukat ng radiation pattern, gain, at efficiency ng isang antenna ay mas mahirap at nangangailangan ng mas maraming kagamitan. Tatawagin natin ang antenna na susukatin na AUT, na nangangahulugang Antenna Under Test. Ang mga kinakailangang kagamitan para sa pagsukat ng antenna ay kinabibilangan ng:
Isang reference antenna - Isang antenna na may mga kilalang katangian (gain, pattern, atbp.)
Isang RF Power Transmitter - Isang paraan ng pag-iniksyon ng enerhiya sa AUT [Antenna Under Test]
Isang sistema ng tagatanggap - Tinutukoy nito kung gaano karaming kuryente ang natatanggap ng reference antenna
Isang sistema ng pagpoposisyon - Ang sistemang ito ay ginagamit upang paikutin ang test antenna kaugnay ng pinagmulang antenna, upang sukatin ang pattern ng radiation bilang isang function ng anggulo.
Ang isang block diagram ng kagamitan sa itaas ay ipinapakita sa Figure 1.
Pigura 1. Dayagram ng kinakailangang kagamitan sa pagsukat ng antena.
Tatalakayin nang maikli ang mga bahaging ito. Siyempre, dapat na maayos na mag-radiate ang Reference Antenna sa nais na test frequency. Ang mga reference antenna ay kadalasang dual-polarized horn antenna, kaya ang pahalang at patayong polarisasyon ay maaaring masukat nang sabay.
Ang Sistema ng Pagpapadala ay dapat may kakayahang maglabas ng isang matatag at kilalang antas ng kuryente. Ang dalas ng output ay dapat ding mai-tune (mapipili), at makatwirang matatag (ang matatag ay nangangahulugan na ang dalas na nakukuha mo mula sa transmitter ay malapit sa dalas na gusto mo, hindi gaanong nag-iiba sa temperatura). Ang transmitter ay dapat maglaman ng napakakaunting enerhiya sa lahat ng iba pang mga dalas (palaging mayroong ilang enerhiya sa labas ng nais na dalas, ngunit hindi dapat magkaroon ng maraming enerhiya sa mga harmonika, halimbawa).
Kailangan lang matukoy ng Sistemang Tumatanggap kung gaano karaming kuryente ang natatanggap mula sa test antenna. Magagawa ito sa pamamagitan ng isang simpleng power meter, na isang aparato para sa pagsukat ng RF (radio frequency) power at maaaring direktang ikonekta sa mga terminal ng antenna sa pamamagitan ng isang transmission line (tulad ng coaxial cable na may N-type o SMA connectors). Kadalasan, ang receiver ay isang 50 Ohm system, ngunit maaaring may ibang impedance kung tinukoy.
Tandaan na ang sistemang transmit/receive ay kadalasang pinapalitan ng isang VNA. Ang isang pagsukat ng S21 ay nagpapadala ng frequency palabas ng port 1 at itinatala ang natanggap na kuryente sa port 2. Samakatuwid, ang isang VNA ay angkop para sa gawaing ito; gayunpaman, hindi lamang ito ang paraan ng pagsasagawa ng gawaing ito.
Kinokontrol ng Positioning System ang oryentasyon ng test antenna. Dahil gusto nating sukatin ang radiation pattern ng test antenna bilang function ng anggulo (karaniwan ay nasa spherical coordinates), kailangan nating paikutin ang test antenna upang ang source antenna ay umiilaw sa test antenna mula sa bawat posibleng anggulo. Ginagamit ang positioning system para sa layuning ito. Sa Figure 1, ipinapakita natin ang pag-ikot ng AUT. Tandaan na maraming paraan upang maisagawa ang pag-ikot na ito; kung minsan ang reference antenna ay iniikot, at kung minsan ang reference at AUT antenna ay iniikot.
Ngayong naayos na natin ang lahat ng kinakailangang kagamitan, maaari na nating pag-usapan kung saan gagawin ang mga sukat.
Saan magandang lugar para sa pagsukat ng ating antenna? Marahil ay gusto mong gawin ito sa iyong garahe, ngunit ang mga repleksyon mula sa mga dingding, kisame, at sahig ay maaaring maging sanhi ng hindi tumpak na pagsukat. Ang mainam na lokasyon para magsagawa ng pagsukat ng antenna ay sa isang lugar sa kalawakan, kung saan walang mga repleksyon na maaaring mangyari. Gayunpaman, dahil ang paglalakbay sa kalawakan ay kasalukuyang napakamahal, tututuon tayo sa mga lugar ng pagsukat na nasa ibabaw ng Earth. Maaaring gamitin ang isang Anechoic Chamber upang ihiwalay ang setup ng pagsubok ng antenna habang sinisipsip ang nasasalamin na enerhiya gamit ang RF absorbing foam.
Mga Saklaw ng Malayang Kalawakan (Mga Silid na Anechoic)
Ang mga free space ranges ay mga lokasyon ng pagsukat ng antenna na idinisenyo upang gayahin ang mga pagsukat na isasagawa sa kalawakan. Ibig sabihin, lahat ng repleksyon ng alon mula sa mga kalapit na bagay at lupa (na hindi kanais-nais) ay pinipigilan hangga't maaari. Ang pinakasikat na mga free space ranges ay ang mga anechoic chamber, elevated ranges, at ang compact range.
Mga Silid na Anechoic
Ang mga anechoic chamber ay mga panloob na saklaw ng antena. Ang mga dingding, kisame, at sahig ay may linya na espesyal na materyal na sumisipsip ng electromagnetic wave. Ang mga panloob na saklaw ay kanais-nais dahil ang mga kondisyon ng pagsubok ay maaaring mas mahigpit na makontrol kaysa sa mga panlabas na saklaw. Ang materyal ay kadalasang may tulis-tulis na hugis, na ginagawang medyo kawili-wiling makita ang mga silid na ito. Ang mga tulis-tulis na hugis tatsulok ay idinisenyo upang ang kung ano ang naaaninag mula sa mga ito ay may posibilidad na kumalat sa mga random na direksyon, at ang kung ano ang pinagsama-sama mula sa lahat ng mga random na repleksyon ay may posibilidad na magdagdag nang hindi magkakaugnay at sa gayon ay mas pinipigilan. Ang isang larawan ng isang anechoic chamber ay ipinapakita sa sumusunod na larawan, kasama ang ilang kagamitan sa pagsubok:
(Ipinapakita ng larawan ang pagsubok sa antena ng RFMISO)
Ang disbentaha ng mga anechoic chamber ay kadalasan kailangan itong maging medyo malaki. Kadalasan, ang mga antenna ay kailangang may ilang wavelength ang layo mula sa isa't isa sa pinakamababa upang gayahin ang mga kondisyon ng far-field. Kaya naman, para sa mas mababang frequency na may malalaking wavelength, kailangan natin ng napakalaking chamber, ngunit ang gastos at praktikal na mga limitasyon ay kadalasang naglilimita sa kanilang laki. Ang ilang mga kumpanya ng kontrata sa depensa na sumusukat sa Radar Cross Section ng malalaking eroplano o iba pang mga bagay ay kilalang may mga anechoic chamber na kasinglaki ng mga basketball court, bagaman hindi ito pangkaraniwan. Ang mga unibersidad na may mga anechoic chamber ay karaniwang may mga chamber na 3-5 metro ang haba, lapad at taas. Dahil sa limitasyon sa laki, at dahil ang materyal na sumisipsip ng RF ay karaniwang pinakamahusay na gumagana sa UHF at mas mataas pa, ang mga anechoic chamber ay kadalasang ginagamit para sa mga frequency na higit sa 300 MHz.
Mataas na mga Bundok
Ang mga Elevated Range ay mga panlabas na saklaw. Sa ganitong setup, ang pinagmumulan at antenna na sinusubok ay naka-mount sa itaas ng lupa. Ang mga antenna na ito ay maaaring nasa mga bundok, tore, gusali, o kahit saan man angkop. Madalas itong ginagawa para sa napakalaking antenna o sa mababang frequency (VHF at mas mababa, <100 MHz) kung saan ang mga sukat sa loob ng bahay ay magiging mahirap unawain. Ang pangunahing diagram ng isang mataas na saklaw ay ipinapakita sa Figure 2.
Pigura 2. Ilustrasyon ng mataas na saklaw.
Ang source antenna (o reference antenna) ay hindi kinakailangang nasa mas mataas na elevation kaysa sa test antenna, ipinakita ko lang ito sa ganitong paraan dito. Ang line of sight (LOS) sa pagitan ng dalawang antenna (ipinapakita ng itim na ray sa Figure 2) ay dapat na walang harang. Ang lahat ng iba pang repleksyon (tulad ng pulang ray na naaaninag mula sa lupa) ay hindi kanais-nais. Para sa matataas na saklaw, kapag natukoy na ang lokasyon ng source at test antenna, tinutukoy ng mga test operator kung saan magaganap ang mga makabuluhang repleksyon, at susubukang bawasan ang mga repleksyon mula sa mga ibabaw na ito. Kadalasan, ginagamit ang rf absorbing material para sa layuning ito, o iba pang materyal na naglilihis ng mga ray palayo sa test antenna.
Mga Compact Range
Ang pinagmulang antena ay dapat ilagay sa malayong larangan ng test antenna. Ang dahilan ay ang alon na natatanggap ng test antenna ay dapat na isang plane wave para sa pinakamataas na katumpakan. Dahil ang mga antena ay naglalabas ng spherical wave, ang antena ay kailangang sapat ang layo upang ang alon na inilalabas mula sa pinagmulang antena ay humigit-kumulang isang plane wave - tingnan ang Figure 3.
Pigura 3. Ang isang source antenna ay naglalabas ng isang alon na may spherical wavefront.
Gayunpaman, para sa mga panloob na silid, kadalasan ay walang sapat na paghihiwalay upang makamit ito. Ang isang paraan upang ayusin ang problemang ito ay sa pamamagitan ng isang compact range. Sa pamamaraang ito, ang isang source antenna ay nakadirekta patungo sa isang reflector, na ang hugis ay idinisenyo upang ipakita ang spherical wave sa isang humigit-kumulang planar na paraan. Ito ay halos kapareho ng prinsipyo kung saan gumagana ang isang dish antenna. Ang pangunahing operasyon ay ipinapakita sa Figure 4.
Pigura 4. Compact Range - ang mga spherical wave mula sa source antenna ay repleksyon na planar (collimated).
Ang haba ng parabolic reflector ay karaniwang ninanais na maging ilang beses na mas malaki kaysa sa test antenna. Ang source antenna sa Figure 4 ay nakahiwalay mula sa reflector upang hindi ito makasagabal sa mga repleksyon ng sinag. Dapat ding mag-ingat upang mapanatili ang anumang direktang radiation (mutual coupling) mula sa source antenna patungo sa test antenna.
Oras ng pag-post: Enero-03-2024
