무선 통신 분야에서 안테나 성능은 모든 시스템 링크의 성공에 매우 중요합니다. 무향실은 전문적인 테스트 환경 역할을 하며 안테나 이득 및 방사 패턴을 정밀하게 측정할 수 있는 유일한 장소입니다 . 이 기사에서는 무향실 측정의 핵심 원리를 자세히 살펴보고, 완전하고 실용적인 작동 절차를 제공하고, 측정 정확성과 신뢰성을 보장하는 데 필요한 핵심 기술에 대해 논의하여 제품 데이터가 더 높은 전문성과 권위를 달성하도록 돕습니다.
안테나 측정에 무향실이 필수적인 이유는 무엇입니까?
실제 환경에서 안테나 이득과 방사 패턴을 정확하게 측정하려면 잠재적인 모든 간섭을 제거하고 이상적인 자유 공간 환경을 시뮬레이션해야 합니다.
1. 외부 전자기 간섭(EMI) 제거
무향실의 벽, 천장 및 바닥은 금속 차폐층(일반적으로 패러데이 케이지 구조)으로 둘러싸여 있습니다. 이 구조는 외부 전자파와 무선 주파수 간섭(RFI)을 효과적으로 격리하여 테스트 환경의 배경 잡음이 매우 낮으므로 측정 결과에 AUT(테스트 중인 안테나)의 실제 성능만 반영됩니다.
2. 이상적인 여유 공간 시뮬레이션
무향실의 내부에는 다량의 흡수 물질이 늘어서 있으며 , 일반적으로 탄소 함유 폴리우레탄 폼으로 만들어진 피라미드형 또는 쐐기형 구조입니다. 이러한 소재는 입사 전자파의 흡수를 극대화하여 벽, 바닥, 천장의 반사를 제거합니다. 이는 이상적인 자유 공간에서 안테나의 작동 환경을 효과적으로 시뮬레이션하고 다중 경로 페이딩이 측정 데이터를 방해하는 것을 방지합니다.
핵심 측정 원리: 이득 및 방사 패턴
이 두 측정항목의 물리적 의미와 측정 방법을 철저히 이해하는 것은 실제 작업의 기본입니다.
1. 안테나 이득 측정 원리
안테나 이득은 특정 방향으로 입력 전력을 집중시키는 안테나의 능력을 측정한 것입니다. 이는 에너지 증폭이 아닌 지향성을 나타냅니다.
정의: 안테나 이득(G)은 기준 안테나(일반적으로 이상적인 등방성 안테나)와 비교하여 최대 방사 방향에서 안테나가 생성하는 전력 밀도의 비율로 정의됩니다. 단위는 일반적으로 dBi입니다.
대체 방법: 가장 일반적으로 사용되며 매우 정확한 방법입니다. 먼저 SGH(Standard Gain Horn)가 수신하는 전력을 측정합니다. 그런 다음 SGH를 AUT(Antenna Under Test)로 대체하고 다른 모든 조건을 일정하게 유지한 상태에서 AUT가 수신하는 전력을 측정합니다. 두 데이터 세트를 비교함으로써 AUT의 이득을 도출할 수 있습니다.
이론적 기초: 이득 계산의 이론적 기초는 Friis 전송 공식 입니다.두 안테나 사이에 전송되는 전력 관계를 설명하는
여기서 Pr과 Pt는 수신 및 송신 전력이고, Gt와 Gr은 송신 및 수신 안테나 이득이고, λ 는 파장이고, R은 안테나 사이의 거리입니다.
2. 방사선 패턴 측정 원리
방사 패턴은 공간의 여러 방향에서 안테나에 의해 방사되거나 수신되는 에너지의 상대적인 강도 분포를 나타냅니다. 안테나의 지향성을 시각적으로 표현한 것입니다.
측정 코어: 측정 시스템은 테스트 대상 안테나(AUT)를 운반하는 포지셔너를 회전시키는 동시에 각 각도 지점에서 수신 안테나가 수신한 신호 강도를 기록합니다.
주요 매개변수: 방사선 패턴 분석을 통해 몇 가지 중요한 매개변수가 생성됩니다.
반전력 빔폭(HPBW): 메인 로브의 진폭이 최대값(-3dB)의 절반으로 떨어지는 각도 폭입니다.
SLL(사이드 로브 레벨): 메인 로브의 최대 파워에 대한 사이드 로브의 최대 파워의 비율입니다.
편파(Polarization): 다양한 편파 방향에 대한 안테나의 반응을 측정합니다.
실제 운영 절차: 8단계 챔버 측정 프로토콜
표준적인 정밀 안테나 측정에서는 데이터 정확성과 반복성을 보장하기 위해 다음 단계를 엄격하게 준수해야 합니다.
장비 교정 및 설정: 엄격한 S-파라미터 교정이 수행되어 측정 포트에서 임피던스 매칭을 보장합니다. 벡터 네트워크 분석기(VNA)와 같은 장비의
원거리 조건 결정: 테스트 거리 R이 원거리 조건 R ≥ 2D2/λ를 충족하는지 확인합니다 . 이는 정확한 이득 및 방사 패턴을 얻기 위한 전제 조건입니다.
테스트 중인 안테나(AUT) 설치: 저유전율 지지 재료를 사용하여 AUT를 포지셔너에 장착하여 안테나의 위상 중심이 포지셔너의 회전 중심과 정확하게 정렬되도록 합니다.
SGH(표준 게인 혼) 설정 및 교정: SGH는 참조 벤치마크 역할을 합니다. 정확하게 설치되고 알려진 이득 데이터가 측정 소프트웨어에 입력됩니다.
방사 패턴 데이터 수집: 회전 단계 크기를 설정합니다. 포지셔너는 방위각 및 고도 축을 따라 회전하기 시작하고 시스템은 수신된 신호 전력을 자동으로 기록하여 서로 수직인 두 개 이상의 평면에 대한 데이터를 수집합니다.
안테나 이득 계산: 소프트웨어는 Friis 전송 공식 및 SGH의 알려진 이득과 결합된 대체 방법에서 수신된 전력 데이터를 사용하여 AUT의 절대 이득을 자동으로 계산합니다.
데이터 후처리 및 분석: 원시 데이터가 평활화되고 수정됩니다(예: 케이블 손실). HPBW, SLL, FBR 등 주요 매개변수가 자동으로 추출됩니다.
전문적인 측정 보고서 생성: 모든 측정 매개변수, 설정 세부 사항, 테스트 조건, 장비 교정 상태 등이 통합되어 완전하고 추적 가능한 전문 보고서를 형성합니다.
과제 및 솔루션: 측정 정확도 및 신뢰성 보장
이상적인 무향실에서도 최종 안테나 측정 데이터의 정확성과 신뢰성을 보장하려면 전문적인 기술 처리와 엄격한 품질 관리가 필요합니다.
1. 케이블 및 커넥터 손실 제거
과제: 피더 케이블 및 커넥터는 신호 감쇠(손실)를 유발하여 이득 값의 정밀도에 영향을 줄 수 있습니다.
해결 방법: 포트 보정 및 제외 작업은 VNA를 사용하여 수행해야 합니다. 작동 주파수에서 케이블 손실을 정확하게 측정하고 이를 최종 결과에서 빼면 이득 데이터가 안테나의 본질적인 성능을 반영하도록 보장됩니다.
2. 원거리 오류 및 근거리 교정
과제: 대형 안테나 또는 저주파 측정의 경우 원거리장 조건을 엄격하게 충족하려면 비현실적으로 큰 챔버 공간이 필요할 수 있습니다.
솔루션:
소형 범위 안테나 테스트 시스템: 포물선형 반사경을 활용하여 근거리 소스의 빔을 준평면파로 형성하고 더 작은 무향실 내에서 원거리 조건을 시뮬레이션합니다.
근거리장에서 원거리장으로(NF-FF) 변환: 챔버 제약으로 인해 근거리장 측정만 가능한 경우 복잡한 수학적 알고리즘(예: 평면, 원통형 또는 구형 근거리장 스캐닝)을 사용하여 등가 원거리장 방사 패턴 및 게인을 계산하고 도출합니다.
3. 포지셔너 및 지지구조물 비산 방지
과제: AUT를 지지하고 회전시키는 데 사용되는 금속 구성 요소는 전자기파를 산란시켜 방사 패턴을 왜곡할 수 있습니다.
솔루션:
저유전율, 저손실 폼 또는 폴리스티렌 재료를 안테나 지지 구조로 사용합니다.
활용 무반향실 배경 차감 기술 : 배경 필드(스탠드 및 포지셔너만 포함)를 먼저 측정한 다음 안테나 측정에서 차감하여 데이터를 정제합니다.
결론 및 행동 촉구
정확한 안테나 성능 측정은 무선 제품이 시장에서 성공하도록 보장하는 초석입니다. 우리는 다양한 테스트 문제를 극복하는 데 정통하여 귀하가 받은 데이터가 신뢰할 수 있고 추적 가능하며 국제 표준을 준수하는지 확인합니다.
