У сфері бездротового зв'язку продуктивність антени є вирішальною для успіху будь-якої системи. Безехова камера служить професійним середовищем для тестування та є єдиним місцем для точного вимірювання посилення антени та діаграми спрямованості . У цій статті ми розглянемо основні принципи вимірювань у безеховій камері, надамо повну практичну процедуру роботи та обговоримо ключові методи, необхідні для забезпечення точності та надійності вимірювань, допомагаючи вашим даним продукту досягти більшого професіоналізму та авторитету.
Чому безехова камера є важливою для вимірювання антени?
Точне вимірювання посилення антени та діаграм спрямованості в реальному середовищі вимагає усунення всіх потенційних перешкод і моделювання ідеального середовища вільного простору.
1. Усунення зовнішніх електромагнітних перешкод (EMI)
Стіни, стеля та підлога безехової камери огорнуті металевим екрануючим шаром (зазвичай структура клітини Фарадея). Ця структура ефективно ізолює зовнішні електромагнітні хвилі та радіочастотні перешкоди (RFI), забезпечуючи надзвичайно низький фоновий шум у тестовому середовищі, щоб результати вимірювань відображали лише справжню продуктивність тестованої антени (AUT).
2. Моделювання ідеального вільного простору
Внутрішня частина безехової камери вистелена великою кількістю поглинаючого матеріалу , як правило, пірамідальної або клиноподібної форми, виготовленої з поліуретанової піни з вуглецем. Ці матеріали максимізують поглинання падаючих електромагнітних хвиль, тим самим усуваючи відбиття від стін, підлоги та стелі. Це ефективно імітує робоче середовище антени в ідеальному вільному просторі та запобігає перешкоджанню багатопроменевого завмирання даним вимірювань.
Основні принципи вимірювання: посилення та діаграма випромінювання
Глибоке розуміння фізичного значення та методів вимірювання цих двох показників є фундаментальним для практичних операцій.
1. Принцип вимірювання посилення антени
Коефіцієнт посилення антени — це показник здатності антени концентрувати вхідну потужність у певному напрямку. Він представляє спрямованість, а не посилення енергії.
Визначення: Коефіцієнт посилення антени (G) визначається як співвідношення щільності потужності, виробленої антеною в її максимальному напрямку випромінювання, порівняно з еталонною антеною (зазвичай ідеальною ізотропною антеною). Зазвичай одиницею є дБі.
Метод заміни: це найпоширеніший і дуже точний метод. Спочатку вимірюється потужність, отримана рупором стандартного посилення (SGH). Потім SGH замінюється випробовуваною антеною (AUT), і, якщо всі інші умови залишаються незмінними, вимірюється потужність, отримана AUT. Шляхом порівняння двох наборів даних можна отримати коефіцієнт посилення AUT.
Теоретична основа. Теоретичною основою для розрахунку підсилення є формула передачі Фріса , яка описує співвідношення потужності, що передається між двома антенами.
де Pr і Pt — прийнята і передана потужність, Gt і Gr — підсилення передаючої та приймальної антен, λ — довжина хвилі, а R — відстань між антенами.
2. Принцип вимірювання діаграми спрямованості
Діаграма спрямованості зображує відносний розподіл енергії, випромінюваної або прийнятої антеною в різних напрямках простору. Це візуальне представлення спрямованості антени.
Основа вимірювання: вимірювальна система обертає позиціонер, на якому знаходиться тестована антена (AUT), одночасно записуючи потужність сигналу, отриманого приймальною антеною, у кожній кутовій точці.
Ключові параметри. Аналіз діаграми спрямованості дає кілька важливих параметрів:
Ширина променя половинної потужності (HPBW): Кутова ширина, при якій амплітуда головного пелюстка падає до половини свого максимального значення (-3 дБ).
Рівень бокового пелюстка (SLL): відношення максимальної потужності бічного пелюстка до максимальної потужності головного пелюстка.
Поляризація: вимірювання реакції антени на різні напрямки поляризації.
Практична процедура роботи: восьмиетапний протокол вимірювання камери
Стандартне точне вимірювання антени вимагає суворого дотримання наступних кроків для забезпечення точності та повторюваності даних.
Калібрування та налаштування приладу. Виконується суворе калібрування S-параметрів такого обладнання, як векторний аналізатор мережі (VNA), щоб забезпечити відповідність імпедансу на вимірювальних портах.
Визначення умов дальнього поля: переконайтеся, що тестова відстань R задовольняє умову дальнього поля R ≥ 2D2 /λ . Це необхідна умова для отримання точного підсилення та діаграми спрямованості.
Встановлення тестованої антени (AUT): Встановіть AUT на позиціонер, використовуючи опорні матеріали з низькою діелектричною проникністю, переконавшись, що фазовий центр антени точно вирівняний з центром обертання позиціонера.
Налаштування та калібрування рупора зі стандартним посиленням (SGH): SGH служить еталоном; він точно встановлений, і його відомі дані посилення вводяться в вимірювальне програмне забезпечення.
Збір даних діаграми випромінювання: установіть розмір кроку обертання. Позиціонер починає обертатися по осях азимута і місця, а система автоматично фіксує потужність прийнятого сигналу, збираючи дані як мінімум для двох взаємно перпендикулярних площин.
Розрахунок посилення антени: програмне забезпечення автоматично розраховує абсолютний коефіцієнт посилення AUT, використовуючи дані про потужність, отримані методом заміщення, у поєднанні з формулою передачі Фріса та відомим коефіцієнтом посилення SGH.
Постобробка та аналіз даних: необроблені дані згладжуються та виправляються (наприклад, на втрату кабелю). Ключові параметри, такі як HPBW, SLL і FBR, витягуються автоматично.
Створення професійного звіту про вимірювання: усі параметри вимірювання, деталі налаштування, умови випробувань, стан калібрування обладнання тощо інтегровані для формування повного професійного звіту, який можна відстежити.
Проблеми та рішення: забезпечення точності та надійності вимірювань
Навіть в ідеальній безеховій камері забезпечення точних і надійних кінцевих даних вимірювання антени вимагає спеціального технічного обслуговування та суворого контролю якості.
1. Усунення втрати кабелю та роз’єму
Проблема: під’єднувальні кабелі та з’єднувачі спричиняють ослаблення сигналу (втрати), що може вплинути на точність значення посилення.
Рішення: калібрування порту та операції девбудовування необхідно виконувати за допомогою VNA. Точне вимірювання втрат кабелю на робочій частоті та віднімання їх від кінцевого результату гарантує, що дані посилення відображають власну продуктивність антени.
2. Помилка далекого поля та корекція ближнього поля
Завдання: для великих антен або низькочастотних вимірювань суворе дотримання умови далекого поля може вимагати непрактично великого простору камери.
рішення:
Система тестування компактної антени діапазону: використовує параболічний відбивач для формування променя від джерела ближнього поля в квазіплоску хвилю, імітуючи умови дальнього поля в меншій безлунній камері.
Перетворення ближнього поля у дальнє поле (NF-FF): Якщо через обмеження камери можливе вимірювання лише ближнього поля, для обчислення та отримання еквівалентної діаграми випромінювання та підсилення використовуються складні математичні алгоритми (такі як планарне, циліндричне або сферичне сканування ближнього поля).
3. Запобігання розкиданню позиціонера та опорної конструкції
Завдання: металеві компоненти, які використовуються для підтримки та обертання AUT, можуть розсіювати електромагнітні хвилі, спотворюючи діаграму спрямованості.
рішення:
Використовуйте з низькою діелектричною проникністю, піну з низькими втратами або полістирол матеріали як опорні конструкції антени.
Використовуйте техніку віднімання фону безехової камери : фонове поле (лише за допомогою підставки та позиціонера) спочатку вимірюється, а потім віднімається від вимірювання антени для очищення даних.
Висновок і заклик до дії
Точне вимірювання продуктивності антени є наріжним каменем для забезпечення успіху ваших бездротових продуктів на ринку. Ми добре вміємо долати різноманітні проблеми тестування, гарантуючи, що отримані вами дані є достовірними, такими, що їх можна відстежити, і вони відповідають міжнародним стандартам.
Вам потрібні високоточні, безпомилкові дані тестування антени, щоб прискорити запуск продукту?
У нас є безехові камери найвищого рівня та команда досвідчених професійних інженерів.
Якщо необхідно, зв'яжіться з нами якомога швидше!
