เสาอากาศการวัดคือกระบวนการประเมินและวิเคราะห์ประสิทธิภาพและคุณลักษณะของเสาอากาศในเชิงปริมาณ โดยใช้อุปกรณ์ทดสอบและวิธีการวัดพิเศษ เราวัดค่าเกน รูปแบบการแผ่รังสี อัตราส่วนคลื่นนิ่ง การตอบสนองความถี่ และพารามิเตอร์อื่นๆ ของเสาอากาศ เพื่อตรวจสอบว่าข้อกำหนดการออกแบบของเสาอากาศตรงตามข้อกำหนดหรือไม่ ตรวจสอบประสิทธิภาพของเสาอากาศ และให้คำแนะนำในการปรับปรุง ผลลัพธ์และข้อมูลจากการวัดเสาอากาศสามารถนำไปใช้ประเมินประสิทธิภาพของเสาอากาศ ปรับแต่งการออกแบบ ปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ และให้คำแนะนำและข้อเสนอแนะแก่ผู้ผลิตเสาอากาศและวิศวกรประยุกต์
อุปกรณ์ที่จำเป็นในการวัดเสาอากาศ
สำหรับการทดสอบเสาอากาศ อุปกรณ์พื้นฐานที่สุดคือ VNA ประเภท VNA ที่ง่ายที่สุดคือ VNA 1 พอร์ต ซึ่งสามารถวัดค่าอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศได้
การวัดรูปแบบการแผ่รังสี อัตราขยาย และประสิทธิภาพของเสาอากาศนั้นยากกว่าและต้องใช้อุปกรณ์จำนวนมากขึ้น เราจะเรียกเสาอากาศที่จะวัดว่า AUT ซึ่งย่อมาจาก Antenna Under Test (เสาอากาศที่อยู่ระหว่างการทดสอบ) อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการวัดเสาอากาศประกอบด้วย:
เสาอากาศอ้างอิง - เสาอากาศที่มีลักษณะเฉพาะที่ทราบอยู่แล้ว (อัตราขยาย รูปแบบ ฯลฯ)
เครื่องส่งสัญญาณพลังงาน RF - วิธีการฉีดพลังงานเข้าไปใน AUT [เสาอากาศที่อยู่ระหว่างการทดสอบ]
ระบบรับสัญญาณ - กำหนดว่าเสาอากาศอ้างอิงจะรับพลังงานได้เท่าใด
ระบบการวางตำแหน่ง - ระบบนี้ใช้ในการหมุนเสาอากาศทดสอบเทียบกับเสาอากาศแหล่งกำเนิด เพื่อวัดรูปแบบการแผ่รังสีเป็นฟังก์ชันของมุม
รูปที่ 1 แสดงแผนผังบล็อกของอุปกรณ์ข้างต้น
รูปที่ 1 แผนผังอุปกรณ์วัดเสาอากาศที่จำเป็น
จะมีการอธิบายส่วนประกอบเหล่านี้โดยสังเขป เสาอากาศอ้างอิงควรแผ่คลื่นได้ดีที่ความถี่ทดสอบที่ต้องการ เสาอากาศอ้างอิงมักเป็นเสาอากาศฮอร์นแบบโพลาไรซ์คู่ เพื่อให้สามารถวัดโพลาไรซ์แนวนอนและแนวตั้งได้ในเวลาเดียวกัน
ระบบส่งสัญญาณควรสามารถส่งสัญญาณระดับกำลังที่คงที่ตามที่ทราบได้ ความถี่ขาออกควรปรับได้ (เลือกได้) และค่อนข้างเสถียร (เสถียรหมายความว่าความถี่ที่ได้จากเครื่องส่งใกล้เคียงกับความถี่ที่ต้องการ ไม่เปลี่ยนแปลงมากตามอุณหภูมิ) เครื่องส่งควรมีพลังงานน้อยมากที่ความถี่อื่นๆ (เช่น จะมีพลังงานอยู่นอกความถี่ที่ต้องการอยู่เสมอ แต่ไม่ควรมีพลังงานมากที่ฮาร์มอนิก)
ระบบรับสัญญาณเพียงแค่ต้องกำหนดปริมาณพลังงานที่ได้รับจากเสาอากาศทดสอบ ซึ่งสามารถทำได้ผ่านเครื่องวัดพลังงานแบบง่าย ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับวัดพลังงาน RF (ความถี่วิทยุ) และสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วต่อเสาอากาศผ่านสายส่ง (เช่น สายโคแอกเชียลที่มีขั้วต่อแบบ N หรือ SMA) โดยทั่วไปแล้ว เครื่องรับสัญญาณจะเป็นระบบ 50 โอห์ม แต่สามารถใช้ค่าอิมพีแดนซ์ที่แตกต่างกันได้ หากมีการระบุไว้
โปรดทราบว่าระบบส่ง/รับมักจะถูกแทนที่ด้วย VNA การวัด S21 จะส่งความถี่ออกจากพอร์ต 1 และบันทึกกำลังรับที่พอร์ต 2 ดังนั้น VNA จึงเหมาะสมกับงานนี้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่วิธีเดียวในการดำเนินการงานนี้
ระบบกำหนดตำแหน่งควบคุมทิศทางของเสาอากาศทดสอบ เนื่องจากเราต้องการวัดรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศทดสอบตามมุม (โดยทั่วไปเป็นพิกัดทรงกลม) เราจึงต้องหมุนเสาอากาศทดสอบเพื่อให้เสาอากาศต้นทางส่องสว่างเสาอากาศทดสอบจากทุกมุมที่เป็นไปได้ ระบบกำหนดตำแหน่งนี้ใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ ในรูปที่ 1 แสดงการหมุนของ AUT โปรดทราบว่ามีหลายวิธีในการหมุนนี้ บางครั้งเสาอากาศอ้างอิงจะถูกหมุน และบางครั้งเสาอากาศอ้างอิงและ AUT จะถูกหมุนทั้งคู่
ตอนนี้เรามีอุปกรณ์ที่จำเป็นครบแล้ว เราจึงสามารถหารือกันว่าจะทำการวัดตรงไหนได้
สถานที่ที่เหมาะสมสำหรับการวัดเสาอากาศของเราอยู่ที่ไหน? บางทีคุณอาจอยากทำสิ่งนี้ในโรงรถของคุณ แต่การสะท้อนจากผนัง เพดาน และพื้นอาจทำให้การวัดของคุณไม่แม่นยำ ตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการวัดเสาอากาศคือที่ใดสักแห่งในอวกาศ ซึ่งไม่สามารถเกิดการสะท้อนได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเดินทางในอวกาศมีค่าใช้จ่ายสูงมากในปัจจุบัน เราจึงมุ่งเน้นไปที่สถานที่วัดที่อยู่บนพื้นผิวโลก สามารถใช้ห้องไร้เสียงสะท้อนเพื่อแยกชุดทดสอบเสาอากาศในขณะที่ดูดซับพลังงานสะท้อนด้วยโฟมดูดซับ RF
ช่วงพื้นที่ว่าง (ห้องไร้เสียงสะท้อน)
ช่วงการวัดแบบอวกาศอิสระ (free space range) คือตำแหน่งการวัดสัญญาณบนเสาอากาศที่ออกแบบมาเพื่อจำลองการวัดที่จะเกิดขึ้นจริงในอวกาศ กล่าวคือ คลื่นสะท้อนทั้งหมดจากวัตถุใกล้เคียงและพื้นดิน (ซึ่งไม่พึงประสงค์) จะถูกระงับให้ได้มากที่สุด ช่วงการวัดแบบอวกาศอิสระที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ได้แก่ ห้องไร้เสียงสะท้อน ช่วงการวัดแบบสูง และช่วงการวัดแบบกะทัดรัด
ห้องไร้เสียงสะท้อน
ห้องไร้เสียงสะท้อน (Anechoic chamber) คือเสาอากาศภายในอาคาร ผนัง เพดาน และพื้นบุด้วยวัสดุดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดพิเศษ เสาอากาศภายในอาคารเป็นที่ต้องการเนื่องจากสามารถควบคุมสภาวะการทดสอบได้อย่างเข้มงวดกว่าเสาอากาศภายนอกอาคารมาก วัสดุที่ใช้มักมีรูปร่างหยักๆ ทำให้ห้องนี้น่าสนใจทีเดียว รูปทรงสามเหลี่ยมหยักๆ ถูกออกแบบมาเพื่อให้แสงที่สะท้อนจากห้องมีแนวโน้มกระจายไปในทิศทางที่สุ่ม และแสงที่สะท้อนจากห้องนี้รวมกันแล้วมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างไม่ต่อเนื่องและถูกบดบัง ภาพห้องไร้เสียงสะท้อนแสดงอยู่ในภาพต่อไปนี้ พร้อมด้วยอุปกรณ์ทดสอบบางส่วน:
(ภาพแสดงการทดสอบเสาอากาศ RFMISO)
ข้อเสียของห้องไร้เสียงสะท้อนคือมักต้องมีขนาดค่อนข้างใหญ่ บ่อยครั้งที่เสาอากาศต้องอยู่ห่างกันอย่างน้อยหลายช่วงคลื่นเพื่อจำลองสภาพสนามระยะไกล ดังนั้น สำหรับความถี่ต่ำที่มีความยาวคลื่นมาก เราจึงจำเป็นต้องใช้ห้องขนาดใหญ่มาก แต่ด้วยต้นทุนและข้อจำกัดในทางปฏิบัติ มักจำกัดขนาดของห้อง บริษัทรับเหมาด้านกลาโหมบางแห่งที่วัดพื้นที่หน้าตัดเรดาร์ของเครื่องบินขนาดใหญ่หรือวัตถุอื่นๆ มักมีห้องไร้เสียงสะท้อนขนาดเท่าสนามบาสเกตบอล แม้ว่าจะไม่ใช่เรื่องปกติ มหาวิทยาลัยที่มีห้องไร้เสียงสะท้อนมักจะมีห้องที่มีความยาว ความกว้าง และความสูง 3-5 เมตร เนื่องจากข้อจำกัดด้านขนาด และเนื่องจากวัสดุดูดซับ RF มักจะทำงานได้ดีที่สุดที่ย่านความถี่ UHF และสูงกว่า ห้องไร้เสียงสะท้อนจึงมักใช้กับความถี่สูงกว่า 300 MHz
เทือกเขาสูง
ช่วงความถี่สูง (Elevated Ranges) คือช่วงความถี่กลางแจ้ง ในการติดตั้งแบบนี้ แหล่งกำเนิดสัญญาณและเสาอากาศที่ทดสอบจะติดตั้งอยู่เหนือพื้นดิน เสาอากาศเหล่านี้อาจติดตั้งบนภูเขา หอคอย อาคาร หรือที่ใดก็ตามที่เหมาะสม วิธีนี้มักใช้กับเสาอากาศขนาดใหญ่มาก หรือที่ความถี่ต่ำ (VHF และต่ำกว่า <100 MHz) ซึ่งการวัดภายในอาคารทำได้ยาก แผนภาพพื้นฐานของช่วงความถี่สูงแสดงไว้ในรูปที่ 2
รูปที่ 2 ภาพประกอบระยะที่สูงขึ้น
เสาอากาศต้นทาง (หรือเสาอากาศอ้างอิง) ไม่จำเป็นต้องอยู่ที่ระดับความสูงที่สูงกว่าเสาอากาศทดสอบ ผมแค่แสดงให้เห็นตรงนี้ เส้นสายตา (LOS) ระหว่างเสาอากาศทั้งสอง (แสดงด้วยรังสีสีดำในรูปที่ 2) ต้องไม่มีสิ่งกีดขวาง การสะท้อนอื่นๆ ทั้งหมด (เช่น รังสีสีแดงที่สะท้อนจากพื้นดิน) เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ สำหรับช่วงสัญญาณที่สูงขึ้น เมื่อกำหนดตำแหน่งของเสาอากาศต้นทางและเสาอากาศทดสอบแล้ว ผู้ทดสอบจะกำหนดตำแหน่งที่จะเกิดการสะท้อนอย่างมีนัยสำคัญ และพยายามลดการสะท้อนจากพื้นผิวเหล่านี้ให้น้อยที่สุด บ่อยครั้งที่มีการใช้วัสดุดูดซับ RF หรือวัสดุอื่นๆ ที่เบี่ยงเบนรังสีออกจากเสาอากาศทดสอบ
เตาขนาดกะทัดรัด
เสาอากาศต้นทางต้องวางอยู่ในสนามไกลของเสาอากาศทดสอบ เหตุผลก็คือคลื่นที่เสาอากาศทดสอบได้รับควรเป็นคลื่นระนาบเพื่อความแม่นยำสูงสุด เนื่องจากเสาอากาศแผ่คลื่นทรงกลม เสาอากาศจึงต้องอยู่ไกลพอที่จะให้คลื่นที่แผ่ออกมาจากเสาอากาศต้นทางมีระยะประมาณคลื่นระนาบ - ดูรูปที่ 3
รูปที่ 3 เสาอากาศแหล่งกำเนิดแผ่คลื่นที่มีหน้าคลื่นทรงกลม
อย่างไรก็ตาม สำหรับห้องภายในอาคาร มักมีการแยกสัญญาณไม่เพียงพอที่จะบรรลุเป้าหมายนี้ วิธีหนึ่งในการแก้ไขปัญหานี้คือการใช้ช่วงสัญญาณที่กะทัดรัด ในวิธีนี้ เสาอากาศต้นทางจะถูกวางตัวให้หันไปทางตัวสะท้อน ซึ่งรูปร่างของเสาอากาศถูกออกแบบมาเพื่อสะท้อนคลื่นทรงกลมในลักษณะระนาบโดยประมาณ ซึ่งคล้ายคลึงกับหลักการทำงานของเสาอากาศจาน การทำงานพื้นฐานแสดงในรูปที่ 4
รูปที่ 4 ช่วงที่กะทัดรัด - คลื่นทรงกลมจากเสาอากาศต้นทางจะสะท้อนออกมาเป็นระนาบ (ขนาน)
โดยทั่วไปแล้ว ความยาวของแผ่นสะท้อนแสงพาราโบลาควรมีความยาวมากกว่าเสาอากาศทดสอบหลายเท่า เสาอากาศต้นทางในรูปที่ 4 จะถูกชดเชยจากแผ่นสะท้อนแสงเพื่อไม่ให้กีดขวางรังสีสะท้อน ต้องระมัดระวังในการป้องกันการแผ่รังสีโดยตรง (การควบคู่กันของคลื่น) จากเสาอากาศต้นทางไปยังเสาอากาศทดสอบ
เวลาโพสต์: 03 ม.ค. 2567
