В области беспроводной связи производительность антенны имеет решающее значение для успеха любого системного канала. Безэховая камера служит профессиональной испытательной средой и единственным местом для точного измерения коэффициента усиления антенны и диаграммы направленности . В этой статье мы углубимся в основные принципы измерений в безэховой камере, представим полную практическую процедуру работы и обсудим ключевые методы, необходимые для обеспечения точности и надежности измерений, помогая данным о вашей продукции достичь большего профессионализма и авторитетности.
Почему безэховая камера необходима для измерения антенн?
Точное измерение коэффициента усиления антенны и диаграмм направленности излучения в реальных условиях требует устранения всех потенциальных помех и моделирования идеальной среды в свободном пространстве.
1. Устранение внешних электромагнитных помех (ЭМИ).
Стены, потолок и пол безэховой камеры покрыты металлическим экранирующим слоем (обычно в виде клетки Фарадея). Эта структура эффективно изолирует внешние электромагнитные волны и радиочастотные помехи (RFI), обеспечивая чрезвычайно низкий уровень фонового шума в испытательной среде, поэтому результаты измерений отражают только истинные характеристики тестируемой антенны (AUT).
2. Моделирование идеального свободного пространства.
Внутренняя часть безэховой камеры покрыта большим количеством поглощающего материала , обычно пирамидальной или клиновидной формы, изготовленной из наполненного углеродом пенополиуретана. Эти материалы максимально поглощают падающие электромагнитные волны, тем самым устраняя отражения от стен, пола и потолка. Это эффективно имитирует рабочую среду антенны в идеальном свободном пространстве и предотвращает влияние замираний из -за многолучевого распространения на данные измерений.
Основные принципы измерения: усиление и диаграмма направленности
Глубокое понимание физического значения и методов измерения этих двух показателей имеет основополагающее значение для практических операций.
1. Принцип измерения усиления антенны
Коэффициент усиления антенны — это мера способности антенны концентрировать входную мощность в определенном направлении. Он представляет собой направленность, а не усиление энергии.
Определение: Коэффициент усиления антенны (G) определяется как отношение плотности мощности, создаваемой антенной в максимальном направлении излучения, к эталонной антенне (обычно идеальной изотропной антенне). Обычно единицей измерения является дБи.
Метод замещения: это наиболее часто используемый и очень точный метод. Сначала измеряется мощность, получаемая рупором стандартного усиления (SGH). Затем SGH заменяется испытуемой антенной (AUT), и при прочих равных условиях измеряется мощность, получаемая AUT. Сравнивая два набора данных, можно получить коэффициент усиления AUT.
Теоретическая основа: Теоретической основой для расчета усиления является формула передачи Фрииса , которая описывает соотношение мощности, передаваемой между двумя антеннами.
где Pr и Pt — принимаемая и передаваемая мощность, Gt и Gr — коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, λ — длина волны, а R — расстояние между антеннами.
2. Принцип измерения диаграммы направленности
Диаграмма направленности отображает распределение относительной силы энергии, излучаемой или принимаемой антенной в разных направлениях в пространстве. Это визуальное представление направленности антенны.
Измерительное ядро: измерительная система вращает позиционер, на котором находится тестируемая антенна (AUT), одновременно записывая уровень сигнала, принимаемого приемной антенной в каждой угловой точке.
Ключевые параметры: Анализ диаграммы направленности позволяет получить несколько важных параметров:
Ширина луча половинной мощности (HPBW): угловая ширина, при которой амплитуда основного лепестка падает до половины максимального значения (-3 дБ).
Уровень бокового лепестка (SLL): отношение максимальной мощности бокового лепестка к максимальной мощности основного лепестка.
Поляризация: измерение реакции антенны на различные направления поляризации.
Процедура практической работы: восьмиэтапный протокол измерения камеры
Стандартное точное измерение антенны требует строгого соблюдения следующих шагов для обеспечения точности и повторяемости данных.
Калибровка и настройка прибора. Строгая калибровка S-параметров оборудования, такого как векторный анализатор цепей (ВАЦ), выполняется для обеспечения согласования импедансов на измерительных портах.
Определение условий дальнего поля: Убедитесь, что расстояние тестирования R удовлетворяет условию дальнего поля R ≥ 2D2 /λ . Это необходимое условие для получения точного усиления и диаграммы направленности.
Установка тестируемой антенны (AUT): Установите AUT на позиционер, используя опорные материалы с низкой диэлектрической постоянной, гарантируя, что фазовый центр антенны точно совмещен с центром вращения позиционера.
Настройка и калибровка рупора стандартного усиления (SGH): SGH служит эталонным эталоном; он точно установлен, и его известные данные усиления вводятся в измерительное программное обеспечение.
Сбор данных о диаграмме направленности: установите размер шага вращения. Позиционер начинает вращаться по осям азимута и угла места, и система автоматически фиксирует мощность принимаемого сигнала, собирая данные как минимум для двух взаимно перпендикулярных плоскостей.
Расчет усиления антенны: программное обеспечение автоматически рассчитывает абсолютное усиление AUT, используя полученные данные о мощности методом замещения в сочетании с формулой передачи Фрииса и известным усилением SGH.
Постобработка и анализ данных: необработанные данные сглаживаются и корректируются (например, на потери в кабеле). Ключевые параметры, такие как HPBW, SLL и FBR, извлекаются автоматически.
Создание профессионального отчета об измерениях: все параметры измерений, сведения о настройке, условия испытаний, состояние калибровки оборудования и т. д. объединяются для формирования полного и отслеживаемого профессионального отчета.
Проблемы и решения: обеспечение точности и надежности измерений
Даже в идеальной безэховой камере обеспечение точности и надежности окончательных данных измерений антенны требует специальной технической обработки и строгого контроля качества.
1. Устранение потерь в кабелях и разъемах
Проблема: фидерные кабели и разъемы вызывают затухание сигнала (потери), что может повлиять на точность значения усиления.
Решение. Операции калибровки порта и извлечения необходимо выполнять с помощью VNA. Точно измеряя потери в кабеле на рабочей частоте и вычитая их из конечного результата, данные усиления отражают собственные характеристики антенны.
2. Ошибка в дальней зоне и коррекция в ближней зоне
Задача: для больших антенн или низкочастотных измерений строгое соблюдение условий дальнего поля может потребовать непрактично большого пространства камеры.
Решения:
Компактная система тестирования антенн дальнего действия: использует параболический отражатель для формирования луча от источника ближнего поля в квазиплоскую волну, имитируя условия дальнего поля в безэховой камере меньшего размера.
Преобразование из ближнего поля в дальнее поле (NF-FF). Если из-за ограничений камеры возможно измерение только в ближнем поле, для расчета и получения эквивалентной диаграммы направленности и усиления в дальнем поле используются сложные математические алгоритмы (такие как планарное, цилиндрическое или сферическое сканирование ближнего поля).
3. Предотвращение рассыпания позиционера и опорной конструкции.
Проблема: металлические компоненты, используемые для поддержки и вращения AUT, могут рассеивать электромагнитные волны, искажая диаграмму направленности.
Решения:
используйте материалы с низкой диэлектрической проницаемостью, пенопласт с низкими потерями или полистирол . В качестве опорных конструкций антенны
Используйте технику вычитания фона безэховой камеры : сначала измеряется фоновое поле (с использованием только стойки и позиционера), а затем вычитается из измерений антенны для очистки данных.
Заключение и призыв к действию
Точное измерение характеристик антенны является краеугольным камнем успеха ваших беспроводных продуктов на рынке. Мы хорошо разбираемся в решении различных задач тестирования, гарантируя, что получаемые вами данные достоверны, отслеживаемы и соответствуют международным стандартам.
Вам нужны высокоточные и безошибочные данные испытаний антенны, чтобы ускорить выпуск вашего продукта?
Мы располагаем безэховыми камерами высшего уровня и командой опытных профессиональных инженеров.
В случае необходимости, пожалуйста, свяжитесь с нами как можно скорее!
