Полное руководство по измерению усиления антенны и диаграммы направленности в безэховой камере

В области беспроводной связи производительность антенны имеет решающее значение для успеха любого системного канала. Безэховая камера служит профессиональной испытательной средой и единственным местом для точного измеренияУсиление антенны иДиаграмма излучения. В этой статье мы углубимся в основные принципы измерений в безэховой камере, представим полную практическую процедуру работы и обсудим ключевые методы, необходимые для обеспечения точности и надежности измерений, помогая данным о вашей продукции достичь большего профессионализма и авторитетности.

Почему безэховая камера необходима для измерения антенн?

Точное измерение коэффициента усиления антенны и диаграмм направленности излучения в реальных условиях требует устранения всех потенциальных помех и моделирования идеальной среды в свободном пространстве.

1. Устранение внешних электромагнитных помех (ЭМИ).

Стены, потолок и пол безэховой камеры покрыты металлическим экранирующим слоем (обычно в виде клетки Фарадея). Эта структура эффективно изолирует внешние электромагнитные волны и радиочастотные помехи (RFI), обеспечивая чрезвычайно низкий уровень фонового шума в испытательной среде, поэтому результаты измерений отражают только истинные характеристики тестируемой антенны (AUT).

2. Моделирование идеального свободного пространства.

Внутренняя часть безэховой камеры покрыта большим количествомПоглощающий материал, обычно пирамидальные или клиновидные конструкции из пенополиуретана с содержанием углерода. Эти материалы максимально поглощают падающие электромагнитные волны, тем самым устраняя отражения от стен, пола и потолка. Это эффективно имитирует рабочую среду антенны в идеальном свободном пространстве и предотвращаетМноголучевое затуханиеот вмешательства в данные измерений.

Основные принципы измерения: усиление и диаграмма направленности

Глубокое понимание физического значения и методов измерения этих двух показателей имеет основополагающее значение для практических операций.

1. Принцип измерения усиления антенны

Коэффициент усиления антенны — это мера способности антенны концентрировать входную мощность в определенном направлении. Он представляет собой направленность, а не усиление энергии.

Определение:Коэффициент усиления антенны (G) определяется как отношение плотности мощности, создаваемой антенной в максимальном направлении излучения, к эталонной антенне (обычно идеальной изотропной антенне). Обычно единицей измерения является дБи.

Метод замены:Это наиболее распространенный и очень точный метод. Сначала измеряется мощность, получаемая рупором стандартного усиления (SGH). Затем SGH заменяется испытуемой антенной (AUT), и при прочих равных условиях измеряется мощность, получаемая AUT. Сравнивая два набора данных, можно получить коэффициент усиления AUT.

Теоретическая основа:Теоретической основой расчета выигрыша являетсяФормула передачи Фрииса, который описывает соотношение мощности, передаваемой между двумя антеннами.

где Pr и Pt — принимаемая и передаваемая мощность, Gt и Gr — коэффициенты усиления передающей и приемной антенн,λ— длина волны, а R — расстояние между антеннами.

2. Принцип измерения диаграммы направленности

Диаграмма направленности отображает распределение относительной силы энергии, излучаемой или принимаемой антенной в разных направлениях в пространстве. Это визуальное представление направленности антенны.

Измерительное ядро:Измерительная система вращает позиционер, на котором находится испытуемая антенна (AUT), одновременно записывая уровень сигнала, принимаемого приемной антенной в каждой угловой точке.

Ключевые параметры:Анализ диаграммы направленности дает несколько важных параметров:

Ширина луча половинной мощности (HPBW):Угловая ширина, при которой амплитуда основного лепестка падает до половины максимального значения (-3 дБ).

Уровень бокового лепестка (SLL):Отношение максимальной мощности бокового лепестка к максимальной мощности основного лепестка.

Поляризация:Измерение отклика антенны на разные направления поляризации.

Процедура практической работы: восьмиэтапный протокол измерения камеры

Стандартное точное измерение антенны требует строгого соблюдения следующих шагов для обеспечения точности и повторяемости данных.

Калибровка и настройка прибора:СтрогийКалибровка S-параметраоборудования, такого как векторный анализатор цепей (VNA), для обеспечения согласования импедансов на измерительных портах.

Определение условий в дальней зоне:Обеспечьте испытательное расстояние R удовлетворяет условию дальнего поляР≥2D2/λ. Это необходимое условие для получения точного усиления и диаграммы направленности.

Установка тестируемой антенны (AUT):Установите AUT на позиционер, используя опорные материалы с низкой диэлектрической постоянной, гарантируя, что фазовый центр антенны точно совмещен с центром вращения позиционера.

Настройка и калибровка рупора стандартного усиления (SGH):SGH служит эталоном; он точно установлен, и его известные данные усиления вводятся в измерительное программное обеспечение.

Сбор данных о диаграмме направленности:Установите размер шага вращения. Позиционер начинает вращаться по осям азимута и угла места, и система автоматически фиксирует мощность принимаемого сигнала, собирая данные как минимум для двух взаимно перпендикулярных плоскостей.

Расчет усиления антенны:Программное обеспечение автоматически рассчитывает абсолютное усиление AUT, используя полученные данные о мощности методом замещения в сочетании с формулой передачи Фрииса и известным усилением SGH.

Постобработка и анализ данных:Необработанные данные сглаживаются и корректируются (например, на потери в кабеле). Ключевые параметры, такие как HPBW, SLL и FBR, извлекаются автоматически.

Создание профессионального отчета об измерениях:Все параметры измерений, сведения о настройке, условия испытаний, состояние калибровки оборудования и т. д. интегрируются для формирования полного и отслеживаемого профессионального отчета.

Проблемы и решения: обеспечение точности и надежности измерений

Даже в идеальной безэховой камере обеспечение точности и надежности окончательных данных измерений антенны требует специальной технической обработки и строгого контроля качества.

1. Устранение потерь кабеля и разъема

Испытание:Питающие кабели и разъемы вызывают затухание сигнала (потери), что может повлиять на точность значения усиления.

Решение:Калибровка портов иизвлечениеоперации необходимо выполнять с использованием VNA. Точно измеряя потери в кабеле на рабочей частоте и вычитая их из конечного результата, данные усиления отражают собственные характеристики антенны.

2. Ошибка в дальней зоне и коррекция в ближней зоне

Испытание:Для больших антенн или низкочастотных измерений строгое соблюдение условий дальнего поля может потребовать непрактично большого пространства в камере.

Решения:

Компактная система тестирования антенн дальнего действия:Использует параболический отражатель для формирования луча из источника ближнего поля в квазиплоскую волну, имитируя условия дальнего поля в безэховой камере меньшего размера.

Преобразование из ближнего поля в дальнее поле (NF-FF):Если из-за ограничений камеры возможны только измерения в ближнем поле, для расчета и получения эквивалентной диаграммы направленности и усиления в дальнем поле используются сложные математические алгоритмы (такие как плоское, цилиндрическое или сферическое сканирование в ближнем поле).

3. Предотвращение рассыпания позиционера и опорной конструкции.

Испытание:Металлические компоненты, используемые для поддержки и вращения AUT, могут рассеивать электромагнитные волны, искажая диаграмму направленности.

Решения:

Используйте низкую диэлектрическую проницаемость, низкие потерипенопласт или полистироловые материалыв качестве опорных конструкций для антенн.

ИспользуйтеВычитание фона в безэховой камереМетодика: сначала измеряется фоновое поле (с использованием только стойки и позиционера), а затем вычитается из результатов измерения антенны для уточнения данных.

Заключение и призыв к действию

Точное измерение характеристик антенны является краеугольным камнем успеха ваших беспроводных продуктов на рынке. Мы хорошо разбираемся в решении различных задач тестирования, гарантируя, что полученные вами данные будут верными.надежными, отслеживаемыми и соответствующими международным стандартам.

Вам нужны высокоточные и безошибочные данные испытаний антенны, чтобы ускорить выпуск вашего продукта?

Мы располагаем безэховыми камерами высшего уровня и командой опытных профессиональных инженеров.