เสาอากาศการวัดคือกระบวนการประเมินและวิเคราะห์ประสิทธิภาพและคุณลักษณะของเสาอากาศในเชิงปริมาณ โดยใช้เครื่องมือทดสอบพิเศษและวิธีการวัด เราจะวัดค่าเกน รูปแบบการแผ่รังสี อัตราส่วนคลื่นนิ่ง การตอบสนองความถี่ และพารามิเตอร์อื่นๆ ของเสาอากาศเพื่อตรวจสอบว่าข้อกำหนดการออกแบบของเสาอากาศตรงตามข้อกำหนดหรือไม่ ตรวจสอบประสิทธิภาพของเสาอากาศ และเสนอแนะแนวทางในการปรับปรุง ผลลัพธ์และข้อมูลจากการวัดเสาอากาศสามารถนำไปใช้ในการประเมินประสิทธิภาพของเสาอากาศ เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ ปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ และให้คำแนะนำและข้อเสนอแนะแก่ผู้ผลิตเสาอากาศและวิศวกรแอปพลิเคชัน
อุปกรณ์ที่จำเป็นในการวัดเสาอากาศ
สำหรับการทดสอบเสาอากาศ อุปกรณ์พื้นฐานที่สุดคือ VNA ประเภท VNA ที่ง่ายที่สุดคือ VNA 1 พอร์ต ซึ่งสามารถวัดค่าอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศได้
การวัดรูปแบบการแผ่รังสี อัตราขยาย และประสิทธิภาพของเสาอากาศนั้นยากกว่าและต้องใช้อุปกรณ์มากขึ้น เราจะเรียกเสาอากาศที่จะวัดว่า AUT ซึ่งย่อมาจาก Antenna Under Test อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการวัดเสาอากาศ ได้แก่:
เสาอากาศอ้างอิง - เสาอากาศที่มีลักษณะเฉพาะที่ทราบ (อัตราขยาย รูปแบบ ฯลฯ)
เครื่องส่งสัญญาณ RF Power - วิธีการฉีดพลังงานเข้าไปใน AUT [เสาอากาศภายใต้การทดสอบ]
ระบบตัวรับ – กำหนดว่าเสาอากาศอ้างอิงจะรับพลังงานได้มากน้อยเพียงใด
ระบบการวางตำแหน่ง – ระบบนี้ใช้เพื่อหมุนเสาอากาศทดสอบเมื่อเทียบกับเสาอากาศแหล่งที่มา เพื่อวัดรูปแบบการแผ่รังสีเป็นฟังก์ชันของมุม
แผนผังบล็อกของอุปกรณ์ข้างต้นแสดงอยู่ในรูปที่ 1
รูปที่ 1 แผนผังอุปกรณ์วัดเสาอากาศที่จำเป็น
ส่วนประกอบเหล่านี้จะได้รับการอธิบายโดยย่อ เสาอากาศอ้างอิงควรแผ่คลื่นได้ดีที่ความถี่ทดสอบที่ต้องการ เสาอากาศอ้างอิงมักเป็นเสาอากาศฮอร์นแบบโพลาไรซ์คู่ เพื่อให้สามารถวัดโพลาไรซ์แนวนอนและแนวตั้งได้ในเวลาเดียวกัน
ระบบส่งสัญญาณควรสามารถส่งสัญญาณระดับพลังงานที่เสถียรตามที่ทราบได้ ความถี่ขาออกควรปรับได้ (เลือกได้) และค่อนข้างเสถียร (เสถียรหมายถึงความถี่ที่คุณได้รับจากเครื่องส่งสัญญาณใกล้เคียงกับความถี่ที่คุณต้องการ ไม่เปลี่ยนแปลงมากตามอุณหภูมิ) เครื่องส่งสัญญาณควรมีพลังงานน้อยมากที่ความถี่อื่นๆ ทั้งหมด (จะมีพลังงานบางส่วนอยู่นอกความถี่ที่ต้องการเสมอ แต่ไม่ควรมีพลังงานมากที่ฮาร์โมนิก เช่น)
ระบบรับเพียงแค่ต้องกำหนดว่าได้รับพลังงานเท่าใดจากเสาอากาศทดสอบ ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้เครื่องวัดพลังงานแบบง่ายๆ ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับวัดพลังงาน RF (ความถี่วิทยุ) และสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วต่อเสาอากาศผ่านสายส่ง (เช่น สายโคแอกเซียลที่มีขั้วต่อแบบ N หรือ SMA) โดยทั่วไปแล้ว เครื่องรับจะเป็นระบบ 50 โอห์ม แต่สามารถใช้ค่าอิมพีแดนซ์ที่แตกต่างกันได้ หากระบุไว้
โปรดทราบว่าระบบส่ง/รับมักจะถูกแทนที่ด้วย VNA การวัด S21 จะส่งความถี่ออกจากพอร์ต 1 และบันทึกพลังงานที่ได้รับที่พอร์ต 2 ดังนั้น VNA จึงเหมาะสำหรับงานนี้ อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่เพียงวิธีเดียวในการดำเนินการงานนี้
ระบบกำหนดตำแหน่งจะควบคุมทิศทางของเสาอากาศทดสอบ เนื่องจากเราต้องการวัดรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศทดสอบเป็นฟังก์ชันของมุม (โดยทั่วไปเป็นพิกัดทรงกลม) เราจึงต้องหมุนเสาอากาศทดสอบเพื่อให้เสาอากาศต้นทางส่องแสงไปที่เสาอากาศทดสอบจากทุกมุมที่เป็นไปได้ ระบบกำหนดตำแหน่งจะใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ ในรูปที่ 1 เราจะแสดงการหมุน AUT โปรดทราบว่ามีหลายวิธีในการหมุนนี้ บางครั้งเสาอากาศอ้างอิงจะหมุน และบางครั้งเสาอากาศอ้างอิงและ AUT ทั้งสองแบบจะหมุน
ตอนนี้เรามีอุปกรณ์ที่จำเป็นทั้งหมดแล้ว เราจึงสามารถพูดคุยกันว่าจะทำการวัดที่ไหนได้
สถานที่ที่เหมาะสมสำหรับการวัดเสาอากาศคือที่ใด บางทีคุณอาจต้องการทำสิ่งนี้ในโรงรถของคุณ แต่การสะท้อนจากผนัง เพดาน และพื้นอาจทำให้การวัดของคุณไม่แม่นยำ ตำแหน่งที่เหมาะสำหรับการวัดเสาอากาศคือที่ใดที่หนึ่งในอวกาศ ซึ่งไม่ควรเกิดการสะท้อน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเดินทางในอวกาศมีค่าใช้จ่ายสูงเกินไปในปัจจุบัน เราจึงจะเน้นที่สถานที่วัดที่อยู่บนพื้นผิวโลก ห้องไร้เสียงสะท้อนสามารถใช้เพื่อแยกชุดทดสอบเสาอากาศในขณะที่ดูดซับพลังงานสะท้อนด้วยโฟมดูดซับ RF
ห้องปลอดเสียงสะท้อน (ห้องปลอดเสียงสะท้อน)
ช่วงพื้นที่ว่างคือตำแหน่งการวัดเสาอากาศที่ออกแบบมาเพื่อจำลองการวัดที่จะดำเนินการในอวกาศ นั่นคือ คลื่นสะท้อนทั้งหมดจากวัตถุใกล้เคียงและพื้นดิน (ซึ่งไม่พึงประสงค์) จะถูกระงับให้ได้มากที่สุด ช่วงพื้นที่ว่างที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือห้องไร้เสียงสะท้อน ช่วงที่สูง และช่วงที่กะทัดรัด
ห้องเก็บเสียงสะท้อน
ห้องไร้เสียงสะท้อนเป็นเสาอากาศภายในอาคาร ผนัง เพดาน และพื้นบุด้วยวัสดุดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพิเศษ ห้องในร่มเป็นที่ต้องการเนื่องจากสามารถควบคุมเงื่อนไขการทดสอบได้เข้มงวดกว่าห้องกลางแจ้งมาก วัสดุมักมีรูปร่างหยักๆ ด้วย ทำให้ห้องเหล่านี้ดูน่าสนใจทีเดียว รูปร่างสามเหลี่ยมหยักๆ ได้รับการออกแบบเพื่อให้สิ่งที่สะท้อนจากห้องมีแนวโน้มที่จะกระจายไปในทิศทางสุ่ม และสิ่งที่รวมเข้าด้วยกันจากการสะท้อนแบบสุ่มทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะรวมกันอย่างไม่สอดคล้องกันและจึงถูกกดทับต่อไป ภาพของห้องไร้เสียงสะท้อนแสดงไว้ในภาพต่อไปนี้ พร้อมด้วยอุปกรณ์ทดสอบบางส่วน:
(ภาพแสดงการทดสอบเสาอากาศ RFMISO)
ข้อเสียของห้องแอนเอคโคอิกคือมักต้องมีขนาดใหญ่พอสมควร บ่อยครั้งที่เสาอากาศต้องห่างกันอย่างน้อยหลายช่วงคลื่นเพื่อจำลองสภาพระยะไกล ดังนั้น สำหรับความถี่ต่ำที่มีความยาวคลื่นมาก เราจึงจำเป็นต้องใช้ห้องแอนเอคโคอิกขนาดใหญ่ แต่ข้อจำกัดด้านต้นทุนและการใช้งานมักจำกัดขนาดของห้องแอนเอคโคอิก บริษัทรับเหมาด้านการป้องกันประเทศบางแห่งที่วัดหน้าตัดเรดาร์ของเครื่องบินขนาดใหญ่หรือวัตถุอื่นๆ ทราบกันดีว่ามีห้องแอนเอคโคอิกขนาดเท่ากับสนามบาสเก็ตบอล แม้ว่าจะไม่ใช่เรื่องธรรมดา มหาวิทยาลัยที่มีห้องแอนเอคโคอิกมักจะมีห้องแอนเอคโคอิกที่มีความยาว ความกว้าง และความสูง 3-5 เมตร เนื่องจากมีข้อจำกัดด้านขนาด และเนื่องจากวัสดุดูดซับ RF มักจะทำงานได้ดีที่สุดที่ย่าน UHF และสูงกว่านั้น ห้องแอนเอคโคอิกจึงมักใช้กับความถี่ที่สูงกว่า 300 MHz
เทือกเขาสูง
ระยะส่งสัญญาณที่สูงขึ้นคือระยะส่งสัญญาณกลางแจ้ง ในการติดตั้งนี้ แหล่งที่มาและเสาอากาศที่ทดสอบจะติดตั้งไว้เหนือพื้นดิน เสาอากาศเหล่านี้อาจติดตั้งบนภูเขา หอคอย อาคาร หรือที่ใดก็ตามที่พบว่าเหมาะสม วิธีนี้มักใช้กับเสาอากาศขนาดใหญ่หรือที่ความถี่ต่ำ (VHF และต่ำกว่า <100 MHz) ซึ่งการวัดในอาคารจะทำได้ยาก แผนภาพพื้นฐานของระยะส่งสัญญาณที่สูงขึ้นแสดงไว้ในรูปที่ 2
รูปที่ 2 ภาพประกอบระยะที่สูงขึ้น
เสาอากาศต้นทาง (หรือเสาอากาศอ้างอิง) ไม่จำเป็นต้องอยู่ที่ระดับความสูงที่สูงกว่าเสาอากาศทดสอบ ฉันแค่แสดงให้เห็นไว้ตรงนี้ เส้นการมองเห็น (LOS) ระหว่างเสาอากาศทั้งสอง (แสดงด้วยรังสีสีดำในรูปที่ 2) จะต้องไม่มีสิ่งกีดขวาง การสะท้อนอื่นๆ ทั้งหมด (เช่น รังสีสีแดงที่สะท้อนจากพื้นดิน) เป็นสิ่งที่ไม่ต้องการ สำหรับช่วงที่สูง เมื่อระบุตำแหน่งแหล่งที่มาและเสาอากาศทดสอบแล้ว ผู้ดำเนินการทดสอบจะกำหนดว่าการสะท้อนที่สำคัญจะเกิดขึ้นที่ใด และพยายามลดการสะท้อนจากพื้นผิวเหล่านี้ให้เหลือน้อยที่สุด มักใช้สารดูดซับ RF เพื่อจุดประสงค์นี้ หรือใช้สารอื่นที่เบี่ยงเบนรังสีออกจากเสาอากาศทดสอบ
เตาขนาดกะทัดรัด
เสาอากาศต้นทางจะต้องวางไว้ในสนามระยะไกลของเสาอากาศทดสอบ เหตุผลก็คือ คลื่นที่เสาอากาศทดสอบรับได้ควรเป็นคลื่นระนาบเพื่อความแม่นยำสูงสุด เนื่องจากเสาอากาศแผ่คลื่นทรงกลม เสาอากาศจึงต้องอยู่ไกลพอสมควรเพื่อให้คลื่นที่แผ่จากเสาอากาศต้นทางเป็นคลื่นระนาบโดยประมาณ ดูรูปที่ 3
รูปที่ 3 เสาอากาศแหล่งกำเนิดแผ่คลื่นที่มีหน้าคลื่นเป็นทรงกลม
อย่างไรก็ตาม สำหรับห้องภายในอาคาร มักไม่มีการแยกสัญญาณเพียงพอที่จะทำได้ วิธีหนึ่งในการแก้ไขปัญหานี้คือการใช้ช่วงสัญญาณแบบกะทัดรัด ในวิธีนี้ เสาอากาศต้นทางจะหันไปทางตัวสะท้อนซึ่งมีรูปร่างที่ออกแบบมาเพื่อสะท้อนคลื่นทรงกลมในลักษณะระนาบโดยประมาณ ซึ่งคล้ายคลึงกับหลักการทำงานของเสาอากาศแบบจานมาก การทำงานพื้นฐานแสดงไว้ในรูปที่ 4
รูปที่ 4. ช่วงขนาดกะทัดรัด - คลื่นทรงกลมจากเสาอากาศต้นทางจะสะท้อนออกมาเป็นระนาบ (ขนาน)
โดยทั่วไปแล้ว ความยาวของแผ่นสะท้อนแสงพาราโบลาควรจะยาวกว่าเสาอากาศทดสอบหลายเท่า เสาอากาศต้นทางในรูปที่ 4 จะอยู่ห่างจากแผ่นสะท้อนแสงเพื่อไม่ให้ขวางทางแสงที่สะท้อนออกมา นอกจากนี้ ยังต้องระมัดระวังไม่ให้รังสีที่สะท้อนออกมาโดยตรง (การต่อกันเอง) จากเสาอากาศต้นทางไปยังเสาอากาศทดสอบ
เวลาโพสต์ : 3 ม.ค. 2567
