AntenÖlçüm, anten performansını ve özelliklerini niceliksel olarak değerlendirme ve analiz etme sürecidir. Özel test ekipmanları ve ölçüm yöntemleri kullanarak, antenin tasarım özelliklerinin gereksinimleri karşılayıp karşılamadığını doğrulamak, antenin performansını kontrol etmek ve iyileştirme önerileri sunmak için antenin kazancını, radyasyon desenini, duran dalga oranını, frekans tepkisini ve diğer parametrelerini ölçeriz. Anten ölçümlerinden elde edilen sonuçlar ve veriler, anten performansını değerlendirmek, tasarımları optimize etmek, sistem performansını iyileştirmek ve anten üreticilerine ve uygulama mühendislerine rehberlik ve geri bildirim sağlamak için kullanılabilir.
Anten Ölçümlerinde Gerekli Ekipmanlar
Anten testinde en temel cihaz VNA'dır. En basit VNA türü, bir antenin empedansını ölçebilen 1 portlu VNA'dır.
Bir antenin radyasyon deseninin, kazancının ve verimliliğinin ölçülmesi daha zordur ve çok daha fazla ekipman gerektirir. Ölçülecek antene AUT (Antenna Under Test - Test Edilen Anten) diyeceğiz. Anten ölçümleri için gerekli ekipmanlar şunlardır:
Referans anteni - Özellikleri (kazanç, desen vb.) bilinen bir anten.
RF Güç Verici - Test Edilen Antene (AUT) enerji aktarmanın bir yolu.
Alıcı sistem - Bu sistem, referans anten tarafından ne kadar güç alınacağını belirler.
Konumlandırma sistemi - Bu sistem, test antenini kaynak antene göre döndürmek ve açıya bağlı olarak radyasyon desenini ölçmek için kullanılır.
Yukarıdaki ekipmanın blok diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir.
Şekil 1. Gerekli anten ölçüm ekipmanının şeması.
Bu bileşenler kısaca ele alınacaktır. Referans antenin, istenen test frekansında iyi bir şekilde radyasyon yayması elbette gereklidir. Referans antenler genellikle çift kutuplu korna antenlerdir, böylece yatay ve dikey polarizasyon aynı anda ölçülebilir.
Verici sistem, sabit ve bilinen bir güç seviyesi üretebilmelidir. Çıkış frekansı da ayarlanabilir (seçilebilir) ve makul derecede kararlı olmalıdır (kararlılık, vericiden elde edilen frekansın istediğiniz frekansa yakın olması ve sıcaklıkla çok fazla değişmemesi anlamına gelir). Verici, diğer tüm frekanslarda çok az enerji içermelidir (istenilen frekansın dışında her zaman bir miktar enerji olacaktır, ancak örneğin harmoniklerde çok fazla enerji olmamalıdır).
Alıcı sistemin yapması gereken tek şey, test anteninden ne kadar güç alındığını belirlemektir. Bu, radyo frekansı (RF) gücünü ölçen ve bir iletim hattı (örneğin N tipi veya SMA konektörlü koaksiyel kablo) aracılığıyla doğrudan anten terminallerine bağlanabilen basit bir güç ölçer ile yapılabilir. Tipik olarak alıcı 50 Ohm'luk bir sistemdir, ancak belirtilirse farklı bir empedansa sahip olabilir.
İletim/alıma sisteminin sıklıkla bir VNA ile değiştirildiğini unutmayın. Bir S21 ölçümü, 1 numaralı porttan bir frekans gönderir ve 2 numaralı portta alınan gücü kaydeder. Bu nedenle, bir VNA bu görev için oldukça uygundur; ancak bu görevi yerine getirmenin tek yöntemi değildir.
Konumlandırma sistemi, test anteninin yönünü kontrol eder. Test anteninin radyasyon desenini açıya bağlı olarak (tipik olarak küresel koordinatlarda) ölçmek istediğimiz için, kaynak antenin test antenini her olası açıdan aydınlatacak şekilde test antenini döndürmemiz gerekir. Konumlandırma sistemi bu amaçla kullanılır. Şekil 1'de, AUT'nin döndürüldüğünü gösteriyoruz. Bu döndürmeyi gerçekleştirmenin birçok yolu olduğunu unutmayın; bazen referans anteni döndürülür, bazen de hem referans hem de AUT antenleri döndürülür.
Artık gerekli tüm ekipmanlara sahip olduğumuza göre, ölçümlerin nerede yapılacağını görüşebiliriz.
Anten ölçümlerimiz için en uygun yer neresi? Belki bunu garajınızda yapmak istersiniz, ancak duvarlardan, tavanlardan ve zeminden gelen yansımalar ölçümlerinizi yanlış hale getirecektir. Anten ölçümlerini gerçekleştirmek için ideal yer, yansımaların meydana gelemeyeceği uzay boşluğudur. Ancak, uzay yolculuğu şu anda aşırı pahalı olduğu için, Dünya yüzeyindeki ölçüm yerlerine odaklanacağız. Yankısız bir oda, anten test düzeneğini izole ederken, yansıyan enerjiyi RF emici köpükle emmek için kullanılabilir.
Serbest Alan Atış Poligonları (Yankısız Odalar)
Serbest uzay ölçüm alanları, uzayda yapılacak ölçümleri simüle etmek üzere tasarlanmış anten ölçüm yerleridir. Yani, yakındaki nesnelerden ve yerden yansıyan (istenmeyen) tüm dalgalar mümkün olduğunca bastırılır. En popüler serbest uzay ölçüm alanları yankısız odalar, yükseltilmiş ölçüm alanları ve kompakt ölçüm alanlarıdır.
Yankısız Odalar
Yankısız odalar, iç mekan anten test alanlarıdır. Duvarları, tavanları ve zemini özel elektromanyetik dalga emici malzeme ile kaplanmıştır. İç mekan test alanları tercih edilir çünkü test koşulları dış mekan test alanlarına göre çok daha sıkı bir şekilde kontrol edilebilir. Malzeme genellikle girintili çıkıntılı bir şekle sahiptir, bu da bu odaları oldukça ilgi çekici kılar. Girintili çıkıntılı üçgen şekiller, yansıyanların rastgele yönlere yayılma eğiliminde olması ve tüm rastgele yansımalardan toplananların tutarsız bir şekilde toplanması ve böylece daha da bastırılması için tasarlanmıştır. Aşağıdaki resimde, bazı test ekipmanlarıyla birlikte bir yankısız oda gösterilmektedir:
(Resimde RFMISO anten testi gösterilmektedir)
Yankısız odaların dezavantajı, genellikle oldukça büyük olmaları gerekliliğidir. Uzak alan koşullarını simüle etmek için antenlerin birbirlerinden en az birkaç dalga boyu uzaklıkta olması gerekir. Bu nedenle, büyük dalga boylarına sahip düşük frekanslar için çok büyük odalara ihtiyaç duyarız, ancak maliyet ve pratik kısıtlamalar genellikle boyutlarını sınırlar. Büyük uçakların veya diğer nesnelerin Radar Kesit Alanını ölçen bazı savunma sanayi şirketlerinin, basketbol sahası büyüklüğünde yankısız odalara sahip olduğu bilinmektedir, ancak bu yaygın bir durum değildir. Yankısız odalara sahip üniversitelerin odaları genellikle 3-5 metre uzunluğunda, genişliğinde ve yüksekliğindedir. Boyut kısıtlaması ve RF emici malzemenin genellikle UHF ve üzeri frekanslarda en iyi performansı göstermesi nedeniyle, yankısız odalar çoğunlukla 300 MHz'in üzerindeki frekanslar için kullanılır.
Yüksek Menziller
Yüksekte kurulu ölçüm alanları, açık hava ölçüm alanlarıdır. Bu kurulumda, test edilen kaynak ve anten yerden yüksekte monte edilir. Bu antenler dağlarda, kulelerde, binalarda veya uygun bulunan herhangi bir yerde olabilir. Bu genellikle çok büyük antenler veya iç mekan ölçümlerinin imkansız olacağı düşük frekanslarda (VHF ve altı, <100 MHz) yapılır. Yüksekte kurulu bir ölçüm alanının temel şeması Şekil 2'de gösterilmiştir.
Şekil 2. Yüksek menzilin gösterimi.
Kaynak anten (veya referans anten) test anteninden daha yüksek bir konumda olmak zorunda değildir, burada sadece öyle gösterdim. İki anten arasındaki görüş hattı (Şekil 2'deki siyah ışınla gösterilmiştir) engellenmemiş olmalıdır. Diğer tüm yansımalar (örneğin yerden yansıyan kırmızı ışın) istenmeyen durumlardır. Yüksek mesafeler için, kaynak ve test anteni konumları belirlendikten sonra, test operatörleri önemli yansımaların nerede meydana geleceğini belirler ve bu yüzeylerden gelen yansımaları en aza indirmeye çalışırlar. Genellikle bu amaçla RF emici malzeme veya ışınları test anteninden uzaklaştıran başka bir malzeme kullanılır.
Kompakt Seriler
Kaynak anten, test anteninin uzak alanına yerleştirilmelidir. Bunun nedeni, maksimum doğruluk için test anteni tarafından alınan dalganın düzlem dalga olması gerektiğidir. Antenler küresel dalgalar yaydığı için, kaynak antenden yayılan dalganın yaklaşık olarak düzlem dalga olması için antenin yeterince uzakta olması gerekir - Şekil 3'e bakınız.
Şekil 3. Bir kaynak anten, küresel dalga cephesine sahip bir dalga yaymaktadır.
Ancak, iç mekan odalarında bunu sağlamak için genellikle yeterli ayrım mesafesi bulunmamaktadır. Bu sorunu çözmenin bir yöntemi, kompakt bir anten dizisi kullanmaktır. Bu yöntemde, kaynak anten, şekli küresel dalgayı yaklaşık olarak düzlemsel bir şekilde yansıtacak şekilde tasarlanmış bir reflektöre doğru yönlendirilir. Bu, çanak antenin çalışma prensibine çok benzer. Temel çalışma prensibi Şekil 4'te gösterilmiştir.
Şekil 4. Kompakt Menzil - kaynak antenden gelen küresel dalgalar, düzlemsel (kollimatize) olacak şekilde yansıtılır.
Parabolik reflektörün uzunluğunun genellikle test anteninin uzunluğunun birkaç katı olması istenir. Şekil 4'teki kaynak anten, yansıyan ışınların yolunda olmaması için reflektörden uzaklaştırılmıştır. Ayrıca, kaynak antenden test antenine herhangi bir doğrudan radyasyonun (karşılıklı bağlantı) olmaması için de özen gösterilmelidir.
Yayın tarihi: 03 Ocak 2024
