เสาอากาศการวัดเป็นกระบวนการในการประเมินเชิงปริมาณและวิเคราะห์ประสิทธิภาพและลักษณะของเสาอากาศ โดยใช้อุปกรณ์ทดสอบพิเศษและวิธีการวัด เราจะวัดเกน รูปแบบการแผ่รังสี อัตราส่วนคลื่นนิ่ง การตอบสนองความถี่ และพารามิเตอร์อื่นๆ ของเสาอากาศเพื่อตรวจสอบว่าข้อกำหนดการออกแบบของเสาอากาศตรงตามข้อกำหนด ตรวจสอบประสิทธิภาพของเสาอากาศ และ ให้คำแนะนำในการปรับปรุง ผลลัพธ์และข้อมูลจากการวัดเสาอากาศสามารถใช้เพื่อประเมินประสิทธิภาพของเสาอากาศ เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ ปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ และให้คำแนะนำและข้อเสนอแนะแก่ผู้ผลิตเสาอากาศและวิศวกรแอพพลิเคชั่น
อุปกรณ์ที่จำเป็นในการวัดเสาอากาศ
สำหรับการทดสอบเสาอากาศ อุปกรณ์พื้นฐานที่สุดคือ VNA ประเภท VNA ที่ง่ายที่สุดคือ VNA 1 พอร์ต ซึ่งสามารถวัดความต้านทานของเสาอากาศได้
การวัดรูปแบบการแผ่รังสี อัตราขยาย และประสิทธิภาพของเสาอากาศทำได้ยากขึ้นและต้องใช้อุปกรณ์มากขึ้น เราจะเรียกเสาอากาศมาวัดว่า AUT ซึ่งย่อมาจาก Antenna Under Test อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการวัดเสาอากาศ ได้แก่ :
เสาอากาศอ้างอิง - เสาอากาศที่มีคุณสมบัติที่ทราบ (เกน รูปแบบ ฯลฯ)
เครื่องส่งกำลัง RF - วิธีการฉีดพลังงานเข้าสู่ AUT [เสาอากาศภายใต้การทดสอบ]
ระบบรับสัญญาณ - กำหนดว่าเสาอากาศอ้างอิงได้รับพลังงานเท่าใด
ระบบกำหนดตำแหน่ง - ระบบนี้ใช้เพื่อหมุนเสาอากาศทดสอบโดยสัมพันธ์กับเสาอากาศต้นทาง เพื่อวัดรูปแบบการแผ่รังสีเป็นฟังก์ชันของมุม
แผนภาพบล็อกของอุปกรณ์ข้างต้นแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1 แผนผังของอุปกรณ์วัดเสาอากาศที่จำเป็น
ส่วนประกอบเหล่านี้จะกล่าวถึงโดยย่อ แน่นอนว่าเสาอากาศอ้างอิงควรแผ่กระจายได้ดีตามความถี่ทดสอบที่ต้องการ เสาอากาศอ้างอิงมักเป็นเสาอากาศแบบแตรแบบโพลาไรซ์คู่ เพื่อให้สามารถวัดโพลาไรซ์แนวนอนและแนวตั้งได้ในเวลาเดียวกัน
ระบบส่งสัญญาณควรจะสามารถส่งออกระดับพลังงานที่ทราบได้อย่างเสถียร ความถี่เอาท์พุตควรปรับแต่งได้ (เลือกได้) และมีความเสถียรพอสมควร (เสถียรหมายความว่าความถี่ที่คุณได้รับจากเครื่องส่งสัญญาณอยู่ใกล้กับความถี่ที่คุณต้องการ โดยไม่เปลี่ยนแปลงมากนักตามอุณหภูมิ) เครื่องส่งควรมีพลังงานน้อยมากที่ความถี่อื่นๆ ทั้งหมด (จะมีพลังงานอยู่นอกความถี่ที่ต้องการเสมอ แต่ฮาร์โมนิคไม่ควรมีพลังงานมากนัก เป็นต้น)
ระบบการรับเพียงแค่ต้องพิจารณาว่าได้รับพลังงานจากเสาอากาศทดสอบมากน้อยเพียงใด ซึ่งสามารถทำได้ผ่านมิเตอร์วัดกำลังแบบธรรมดา ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับวัดกำลัง RF (ความถี่วิทยุ) และสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วต่อเสาอากาศผ่านสายส่ง (เช่น สายโคแอกเชียลที่มีขั้วต่อชนิด N หรือ SMA) โดยทั่วไปเครื่องรับจะเป็นระบบ 50 โอห์ม แต่อาจเป็นอิมพีแดนซ์ที่แตกต่างกันได้หากระบุ
โปรดทราบว่าระบบส่ง/รับมักจะถูกแทนที่ด้วย VNA การวัด S21 จะส่งความถี่ออกจากพอร์ต 1 และบันทึกกำลังที่ได้รับที่พอร์ต 2 ดังนั้น VNA จึงเหมาะสมกับงานนี้ อย่างไรก็ตามมันไม่ใช่วิธีเดียวในการปฏิบัติงานนี้
ระบบกำหนดตำแหน่งจะควบคุมการวางแนวของเสาอากาศทดสอบ เนื่องจากเราต้องการวัดรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศทดสอบตามฟังก์ชันของมุม (โดยทั่วไปจะเป็นพิกัดทรงกลม) เราจึงต้องหมุนเสาอากาศทดสอบเพื่อให้เสาอากาศต้นทางส่องสว่างเสาอากาศทดสอบจากทุกมุมที่เป็นไปได้ ระบบกำหนดตำแหน่งใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ ในรูปที่ 1 เราแสดง AUT ที่กำลังหมุน โปรดทราบว่ามีหลายวิธีในการดำเนินการหมุนเวียนนี้ บางครั้งเสาอากาศอ้างอิงก็หมุน และบางครั้งทั้งเสาอากาศอ้างอิงและเสาอากาศ AUT ก็หมุน
ตอนนี้เรามีอุปกรณ์ที่จำเป็นครบถ้วนแล้ว เราก็พูดคุยกันว่าจะต้องทำการวัดที่ไหน
การวัดเสาอากาศของเรามีที่ไหนบ้าง? บางทีคุณอาจต้องการทำเช่นนี้ในโรงรถของคุณ แต่การสะท้อนจากผนัง เพดาน และพื้นอาจทำให้การวัดของคุณไม่ถูกต้อง ตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดในการวัดเสาอากาศคือที่ไหนสักแห่งในอวกาศ ซึ่งไม่มีการสะท้อนเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัจจุบันการเดินทางในอวกาศมีราคาแพงมาก เราจึงมุ่งเน้นไปที่สถานที่ตรวจวัดที่อยู่บนพื้นผิวโลก Anechoic Chamber สามารถใช้เพื่อแยกการตั้งค่าการทดสอบเสาอากาศในขณะที่ดูดซับพลังงานที่สะท้อนด้วยโฟมดูดซับ RF
ช่วงพื้นที่ว่าง (Anechoic Chambers)
ช่วงพื้นที่ว่างคือตำแหน่งการวัดเสาอากาศที่ออกแบบมาเพื่อจำลองการวัดที่จะทำในอวกาศ นั่นคือคลื่นที่สะท้อนทั้งหมดจากวัตถุใกล้เคียงและพื้นดิน (ซึ่งไม่พึงประสงค์) จะถูกระงับให้มากที่สุด ช่วงพื้นที่ว่างที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ได้แก่ ห้องไร้เสียงสะท้อน ช่วงยกระดับ และช่วงขนาดกะทัดรัด
ห้องไร้เสียงสะท้อน
ห้องไร้เสียงสะท้อนเป็นช่วงเสาอากาศภายในอาคาร ผนัง เพดาน และพื้นปูด้วยวัสดุดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดพิเศษ ช่วงในร่มเป็นที่ต้องการเนื่องจากสามารถควบคุมสภาวะการทดสอบได้แน่นหนากว่าช่วงกลางแจ้งมาก วัสดุนี้มักมีรูปทรงหยักเช่นกัน ทำให้ห้องเหล่านี้ดูน่าสนใจทีเดียว รูปทรงสามเหลี่ยมหยักได้รับการออกแบบเพื่อให้สิ่งที่สะท้อนออกมามีแนวโน้มที่จะกระจายไปในทิศทางสุ่ม และสิ่งที่รวมเข้าด้วยกันจากการสะท้อนแบบสุ่มทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นอย่างไม่ต่อเนื่องกันและถูกระงับต่อไป รูปภาพของห้อง anechoic จะแสดงในภาพต่อไปนี้ พร้อมด้วยอุปกรณ์ทดสอบบางอย่าง:
(ภาพแสดงการทดสอบเสาอากาศ RFMISO)
ข้อเสียเปรียบของห้องไร้เสียงก้องคือมักต้องมีขนาดค่อนข้างใหญ่ บ่อยครั้งที่เสาอากาศจะต้องมีความยาวคลื่นห่างจากกันเป็นอย่างน้อยเพื่อจำลองสภาพสนามระยะไกล ดังนั้น สำหรับความถี่ต่ำกว่าที่มีความยาวคลื่นมาก เราจำเป็นต้องมีห้องที่มีขนาดใหญ่มาก แต่ต้นทุนและข้อจำกัดในทางปฏิบัติมักจะจำกัดขนาดของห้องเหล่านั้น บริษัทรับเหมาด้านการป้องกันประเทศบางแห่งที่วัดส่วนตัดขวางเรดาร์ของเครื่องบินขนาดใหญ่หรือวัตถุอื่น ๆ เป็นที่รู้กันว่ามีห้องไร้เสียงสะท้อนขนาดเท่าสนามบาสเก็ตบอล แม้ว่าจะไม่ใช่เรื่องธรรมดาก็ตาม มหาวิทยาลัยที่มีห้องไร้เสียงสะท้อนมักมีห้องที่มีความยาว กว้าง และสูงประมาณ 3-5 เมตร เนื่องจากข้อจำกัดด้านขนาด และเนื่องจากโดยทั่วไปแล้ววัสดุดูดซับ RF จะทำงานได้ดีที่สุดที่ UHF และสูงกว่า ห้องไร้เสียงสะท้อนจึงมักถูกใช้สำหรับความถี่ที่สูงกว่า 300 MHz
ช่วงที่สูงขึ้น
ช่วงยกระดับเป็นช่วงกลางแจ้ง ในการตั้งค่านี้ แหล่งกำเนิดสัญญาณและเสาอากาศที่ทดสอบจะติดตั้งไว้เหนือพื้นดิน เสาอากาศเหล่านี้สามารถอยู่บนภูเขา หอคอย อาคาร หรือทุกที่ที่มีความเหมาะสม ซึ่งมักทำกับเสาอากาศขนาดใหญ่มากหรือที่ความถี่ต่ำ (VHF และต่ำกว่า <100 MHz) ซึ่งการวัดค่าภายในอาคารจะทำได้ยาก แผนภาพพื้นฐานของช่วงยกระดับจะแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 2 ภาพประกอบของระยะยกระดับ
เสาอากาศต้นทาง (หรือเสาอากาศอ้างอิง) ไม่จำเป็นต้องอยู่ที่ระดับความสูงที่สูงกว่าเสาอากาศทดสอบ ฉันเพิ่งแสดงให้เห็นในลักษณะนี้ แนวการมองเห็น (LOS) ระหว่างเสาอากาศทั้งสอง (แสดงโดยรังสีสีดำในรูปที่ 2) จะต้องไม่มีสิ่งกีดขวาง การสะท้อนอื่นๆ ทั้งหมด (เช่น รังสีสีแดงที่สะท้อนจากพื้นดิน) เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ สำหรับช่วงที่เพิ่มขึ้น เมื่อกำหนดแหล่งกำเนิดและตำแหน่งเสาอากาศทดสอบแล้ว ผู้ดำเนินการทดสอบจะพิจารณาว่าที่ใดที่การสะท้อนอย่างมีนัยสำคัญจะเกิดขึ้น และพยายามลดการสะท้อนจากพื้นผิวเหล่านี้ให้เหลือน้อยที่สุด บ่อยครั้งมีการใช้วัสดุดูดซับ rf เพื่อจุดประสงค์นี้ หรือวัสดุอื่นที่สะท้อนรังสีออกจากเสาอากาศทดสอบ
ช่วงขนาดกะทัดรัด
ต้องวางเสาอากาศต้นทางไว้ในสนามระยะไกลของเสาอากาศทดสอบ เหตุผลก็คือคลื่นที่ได้รับจากเสาอากาศทดสอบควรเป็นคลื่นระนาบเพื่อความแม่นยำสูงสุด เนื่องจากเสาอากาศแผ่คลื่นทรงกลม เสาอากาศจึงต้องอยู่ห่างจากเสาอากาศต้นทางมากพอจนคลื่นที่แผ่ออกจากเสาอากาศต้นทางมีค่าประมาณคลื่นระนาบ - ดูรูปที่ 3
รูปที่ 3 เสาอากาศต้นทางจะแผ่คลื่นที่มีหน้าคลื่นเป็นทรงกลม
อย่างไรก็ตาม สำหรับห้องในร่ม มักไม่มีการแบ่งแยกเพียงพอที่จะบรรลุเป้าหมายนี้ วิธีหนึ่งในการแก้ไขปัญหานี้คือการใช้ช่วงที่มีขนาดกะทัดรัด ในวิธีนี้ เสาอากาศต้นทางจะหันไปทางตัวสะท้อนแสง ซึ่งรูปร่างได้รับการออกแบบให้สะท้อนคลื่นทรงกลมในลักษณะระนาบโดยประมาณ สิ่งนี้คล้ายกับหลักการที่ใช้เสาอากาศจานมาก การทำงานพื้นฐานแสดงในรูปที่ 4
รูปที่ 4. Compact Range - คลื่นทรงกลมจากเสาอากาศต้นทางจะสะท้อนเป็นระนาบ (collimated)
โดยทั่วไปความยาวของตัวสะท้อนพาราโบลานั้นต้องการให้มีขนาดใหญ่กว่าเสาอากาศทดสอบหลายเท่า เสาอากาศต้นทางในรูปที่ 4 ชดเชยจากตัวสะท้อนแสงเพื่อไม่ให้ขวางทางรังสีที่สะท้อน ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อป้องกันการแผ่รังสีโดยตรง (การมีเพศสัมพันธ์ร่วมกัน) จากเสาอากาศต้นทางไปยังเสาอากาศทดสอบ
เวลาโพสต์: Jan-03-2024
