في مجال الاتصالات اللاسلكية، يعد أداء الهوائي أمرًا بالغ الأهمية لنجاح أي رابط للنظام. تعمل الغرفة كاتمة للصدى كبيئة اختبار احترافية، وهي الموقع الوحيد للقياس الدقيق لكسب الهوائي ونمط الإشعاع . سوف تتعمق هذه المقالة في المبادئ الأساسية لقياسات الغرفة كاتمة للصدى، وتوفر إجراء تشغيل كامل وعملي، وتناقش التقنيات الأساسية اللازمة لضمان دقة القياس وموثوقيته، مما يساعد بيانات منتجك على تحقيق قدر أكبر من الاحترافية والسلطة.
لماذا تعد الغرفة عديمة الصدى ضرورية لقياس الهوائي؟
يتطلب القياس الدقيق لكسب الهوائي وأنماط الإشعاع في بيئة العالم الحقيقي إزالة جميع التداخلات المحتملة ومحاكاة بيئة الفضاء الحر المثالية.
1. القضاء على التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي (EMI)
الجدران والسقف والأرضية في الغرفة كاتمة للصدى مغطاة بطبقة درع معدنية (عادةً ما تكون هيكل قفص فاراداي). يعمل هذا الهيكل على عزل الموجات الكهرومغناطيسية الخارجية وتداخل الترددات الراديوية (RFI) بشكل فعال، مما يضمن أن بيئة الاختبار بها ضوضاء خلفية منخفضة للغاية بحيث تعكس نتائج القياس فقط الأداء الحقيقي للهوائي قيد الاختبار (AUT).
2. محاكاة المساحة الحرة المثالية
الجزء الداخلي من الغرفة كاتمة للصدى مبطن بكمية كبيرة من المواد الممتصة ، وعادة ما تكون هياكل هرمية أو إسفينية الشكل مصنوعة من رغوة البولي يوريثان المحملة بالكربون. تزيد هذه المواد من امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية الساقطة، وبالتالي تقضي على الانعكاسات من الجدران والأرضيات والسقف. يحاكي هذا بشكل فعال بيئة تشغيل الهوائي في مساحة خالية مثالية ويمنع التلاشي متعدد المسارات من التداخل مع بيانات القياس.
مبادئ القياس الأساسية: نمط الكسب والإشعاع
يعد الفهم الشامل للمعنى المادي وطرق القياس لهذين المقياسين أمرًا أساسيًا للعمليات العملية.
1. مبدأ قياس كسب الهوائي
كسب الهوائي هو مقياس لقدرة الهوائي على تركيز طاقة الإدخال في اتجاه معين. إنه يمثل الاتجاهية وليس تضخيم الطاقة.
التعريف: يتم تعريف كسب الهوائي (G) على أنه نسبة كثافة الطاقة التي ينتجها الهوائي في أقصى اتجاه إشعاع له مقارنة بالهوائي المرجعي (عادةً ما يكون هوائيًا مثاليًا متناحيًا). الوحدة عادة ديسيبل.
طريقة الاستبدال: هذه هي الطريقة الأكثر استخدامًا والأكثر دقة. أولاً، يتم قياس الطاقة التي يتلقاها بوق الكسب القياسي (SGH). بعد ذلك، يتم استبدال SGH بالهوائي قيد الاختبار (AUT)، ومع بقاء جميع الظروف الأخرى ثابتة، يتم قياس الطاقة التي يستقبلها AUT. ومن خلال مقارنة مجموعتي البيانات، يمكن استخلاص كسب AUT.
الأساس النظري: الأساس النظري لحساب الكسب هو معادلة نقل فريس ، التي تصف علاقة القدرة المنقولة بين هوائيين.
حيث Pr وPt هما القدرة المستقبلة والمرسلة، وGt وGr هما كسب هوائي الإرسال والاستقبال، و هو طول الموجة، وR هي المسافة بين الهوائيات.
2. مبدأ قياس نمط الإشعاع
يصور مخطط الإشعاع توزيع القوة النسبية للطاقة التي يشعها أو يستقبلها الهوائي في اتجاهات مختلفة في الفضاء. إنه تمثيل مرئي لاتجاهية الهوائي.
قلب القياس: يقوم نظام القياس بتدوير جهاز تحديد الموضع الذي يحمل الهوائي قيد الاختبار (AUT) بينما يقوم في نفس الوقت بتسجيل قوة الإشارة التي يستقبلها هوائي الاستقبال عند كل نقطة زاوية.
المعلمات الرئيسية: ينتج عن تحليل نمط الإشعاع عدة معلمات مهمة:
عرض حزمة نصف القدرة (HPBW): العرض الزاوي الذي تنخفض فيه سعة الفص الرئيسي إلى نصف قيمته القصوى (-3 ديسيبل).
مستوى الفص الجانبي (SLL): نسبة الطاقة القصوى للفص الجانبي إلى الطاقة القصوى للفص الرئيسي.
الاستقطاب: قياس استجابة الهوائي لاتجاهات الاستقطاب المختلفة.
إجراءات التشغيل العملية: بروتوكول قياس الغرفة المكون من ثماني خطوات
يتطلب القياس القياسي والدقيق للهوائي الالتزام الصارم بالخطوات التالية لضمان دقة البيانات وقابليتها للتكرار.
معايرة الأجهزة وإعدادها: يتم إجراء معايرة صارمة لمعلمات S للمعدات مثل محلل شبكة المتجهات (VNA) لضمان مطابقة المعاوقة في منافذ القياس.
تحديد ظروف المجال البعيد: تأكد من أن مسافة الاختبار R تفي بحالة المجال البعيد R ≥ 2D2 /lect . وهذا شرط أساسي للحصول على أنماط دقيقة للكسب والإشعاع.
تركيب الهوائي قيد الاختبار (AUT): قم بتركيب AUT على جهاز تحديد الموضع باستخدام مواد دعم ثابتة منخفضة العزل الكهربائي، مما يضمن محاذاة مركز طور الهوائي بدقة مع مركز دوران جهاز تحديد الموضع.
إعداد ومعايرة بوق الكسب القياسي (SGH): يعمل SGH كمعيار مرجعي؛ يتم تثبيته بدقة، ويتم إدخال بيانات الكسب المعروفة الخاصة به في برنامج القياس.
الحصول على بيانات نمط الإشعاع: ضبط حجم خطوة التدوير. يبدأ محدد الموضع بالتناوب على طول محوري السمت والارتفاع، ويقوم النظام تلقائيًا بتسجيل قوة الإشارة المستقبلة، وجمع البيانات لمستويين متعامدين على الأقل.
حساب كسب الهوائي: يقوم البرنامج تلقائيًا بحساب الكسب المطلق لـ AUT باستخدام بيانات الطاقة المستلمة من طريقة الاستبدال، جنبًا إلى جنب مع صيغة نقل Friis والكسب المعروف لـ SGH.
مرحلة ما بعد المعالجة والتحليل للبيانات: يتم تسهيل البيانات الأولية وتصحيحها (على سبيل المثال، في حالة فقدان الكابل). يتم استخراج المعلمات الرئيسية مثل HPBW وSLL وFBR تلقائيًا.
إنشاء تقرير قياس احترافي: يتم دمج جميع معلمات القياس وتفاصيل الإعداد وظروف الاختبار وحالة معايرة المعدات وما إلى ذلك لتشكيل تقرير احترافي كامل ويمكن تتبعه.
التحديات والحلول: ضمان دقة القياس وموثوقيته
حتى في الغرفة المثالية عديمة الصدى، فإن ضمان دقة وموثوقية بيانات قياس الهوائي النهائية يتطلب معالجة فنية متخصصة ومراقبة صارمة للجودة.
1. القضاء على فقدان الكابلات والموصلات
التحدي: تؤدي كابلات التغذية والموصلات إلى توهين (فقدان) الإشارة، مما قد يؤثر على دقة قيمة الكسب.
الحل: يجب إجراء عمليات معايرة المنفذ وإلغاء التضمين باستخدام VNA. من خلال قياس فقدان الكابل بدقة عند تردد التشغيل وطرحه من النتيجة النهائية، يتم ضمان أن بيانات الكسب تعكس الأداء الجوهري للهوائي.
2. خطأ المجال البعيد وتصحيح المجال القريب
التحدي: بالنسبة للهوائيات الكبيرة أو قياسات التردد المنخفض، فإن تلبية حالة المجال البعيد بشكل صارم قد يتطلب مساحة غرفة كبيرة بشكل غير عملي.
الحلول:
نظام اختبار هوائي مدمج المدى: يستخدم عاكسًا مكافئًا لتشكيل الشعاع من مصدر المجال القريب إلى موجة شبه مستوية، ومحاكاة ظروف المجال البعيد داخل غرفة كاتمة للصدى أصغر.
تحويل المجال القريب إلى المجال البعيد (NF-FF): إذا كان قياس المجال القريب فقط ممكنًا بسبب قيود الغرفة، يتم استخدام خوارزميات رياضية معقدة (مثل المسح المستوي أو الأسطواني أو الكروي للمجال القريب) لحساب واشتقاق نمط إشعاع المجال البعيد المكافئ وكسبه.
3. منع تشتت مناور وهيكل الدعم
التحدي: يمكن للمكونات المعدنية المستخدمة لدعم وتدوير AUT أن تبعثر الموجات الكهرومغناطيسية، مما يؤدي إلى تشويه نمط الإشعاع.
الحلول:
استخدم ذات عازل منخفض للكهرباء وقليلة الفقد مواد رغوية أو بوليسترين كهياكل داعمة للهوائي.
الاستفادة من تقنية الطرح الخلفية لغرفة كاتمة للصدى : يتم قياس حقل الخلفية (مع الحامل ومحدد الموضع فقط) أولاً، ثم يتم طرحه من قياس الهوائي لتنقية البيانات.
الاستنتاج والدعوة إلى العمل
يعد القياس الدقيق لأداء الهوائي حجر الزاوية لضمان نجاح منتجاتك اللاسلكية في السوق. نحن على دراية جيدة بالتغلب على تحديات الاختبار المختلفة، مما يضمن أن البيانات التي تتلقاها موثوقة وقابلة للتتبع ومتوافقة مع المعايير الدولية.
هل تحتاج إلى بيانات اختبار هوائي عالية الدقة وخالية من الأخطاء لتسريع إطلاق منتجك؟
نحن نمتلك غرف كاتمة للصدى من الدرجة الأولى وفريقًا من المهندسين المحترفين ذوي الخبرة.
إذا لزم الأمر، يرجى الاتصال بنا في أقرب وقت ممكن!
