De ultieme gids voor het meten van antenneversterking en stralingspatronen in een anechoïsche kamer

Op het gebied van draadloze communicatie is de antenneprestatie cruciaal voor het succes van elke systeemverbinding. De anechoïsche kamer dient als de professionele testomgeving en is de enige locatie voor de precieze meting van Antenneversterking en Stralingspatroon. Dit artikel duikt in de kernprincipes van metingen in anechoïsche kamers, biedt een complete, praktische bedieningsprocedure en bespreekt de belangrijkste technieken die nodig zijn om de meetnauwkeurigheid en betrouwbaarheid te garanderen, waardoor uw productgegevens een grotere professionaliteit en autoriteit krijgen.

Waarom is een anechoïsche kamer essentieel voor antennemeting?

Nauwkeurige meting van antenneversterking en stralingspatronen in een echte omgeving vereist de eliminatie van alle potentiële interferentie en de simulatie van een ideale vrije-ruimte-omgeving.

1. Eliminatie van externe elektromagnetische interferentie (EMI)

De muren, het plafond en de vloer van de anechoïsche kamer zijn omhuld door een metalen afschermlaag (meestal een Faraday-kooistructuur). Deze structuur isoleert effectief externe elektromagnetische golven en radiofrequentie-interferentie (RFI), waardoor de testomgeving een extreem lage achtergrondruis heeft, zodat meetresultaten alleen de ware prestaties van de te testen antenne (AUT) weerspiegelen.

2. Simulatie van ideale vrije ruimte

De binnenkant van de anechoïsche kamer is bekleed met een grote hoeveelheid Absorberend materiaal, meestal piramide- of wigvormige structuren gemaakt van met koolstof beladen polyurethaanschuim. Deze materialen maximaliseren de absorptie van invallende elektromagnetische golven, waardoor reflecties van de muren, vloer en plafond worden geëlimineerd. Dit simuleert effectief de werkomgeving van de antenne in ideale vrije ruimte en voorkomt dat Multipath fading de meetgegevens verstoort.

Kernmeetprincipes: versterking en stralingspatroon

Een grondig begrip van de fysieke betekenis en meetmethoden voor deze twee meetwaarden is essentieel voor praktische operaties.

1. Meetprincipe antenneversterking

Antenneversterking is een maat voor het vermogen van een antenne om ingangsvermogen in een specifieke richting te concentreren. Het vertegenwoordigt directiviteit, niet energieversterking.

Definitie: Antenneversterking (G) wordt gedefinieerd als de verhouding van de vermogensdichtheid die door de antenne wordt geproduceerd in zijn maximale stralingsrichting, vergeleken met een referentieantenne (meestal een ideale isotrope antenne). De eenheid is typisch dBi.

Substitutiemethode: Dit is de meest gebruikte en zeer nauwkeurige methode. Eerst wordt het vermogen gemeten dat wordt ontvangen door een Standard Gain Horn (SGH). Vervolgens wordt de SGH vervangen door de te testen antenne (AUT), en terwijl alle andere omstandigheden constant worden gehouden, wordt het vermogen gemeten dat door de AUT wordt ontvangen. Door de twee datasets te vergelijken, kan de versterking van de AUT worden afgeleid.

Theoretische basis: De theoretische basis voor de berekening van de versterking is de Friis-transmissieformule, die de vermogensrelatie beschrijft die wordt overgedragen tussen twee antennes.

waarbij Pr en Pt het ontvangen en uitgezonden vermogen zijn, Gt en Gr de versterking van de zend- en ontvangstantenne zijn, λ de golflengte is en R de afstand tussen de antennes.

2. Meetprincipe stralingspatroon

Het stralingspatroon geeft de relatieve sterkteverdeling weer van energie die door de antenne wordt uitgestraald of ontvangen in verschillende richtingen in de ruimte. Het is een visuele weergave van de directiviteit van de antenne.

Kern van de meting: Het meetsysteem roteert de positioner die de te testen antenne (AUT) draagt, terwijl tegelijkertijd de signaalsterkte wordt geregistreerd die wordt ontvangen door de ontvangstantenne op elk hoekpunt.

Belangrijkste parameters: Stralingspatroonanalyse levert verschillende belangrijke parameters op:

Half-Power Beamwidth (HPBW): De hoekbreedte waarbij de amplitude van de hoofdlus daalt tot de helft van zijn maximale waarde (-3dB).

Side-Lobe Level (SLL): De verhouding van het maximale vermogen van de zijlob tot het maximale vermogen van de hoofdlus.

Polarisatie: Meting van de respons van de antenne op verschillende polarisatierichtingen.

Praktische bedieningsprocedure: het achtstappenkamermetingprotocol

Een standaard, precieze antennemeting vereist strikte naleving van de volgende stappen om de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van de gegevens te garanderen.

Instrumentkalibratie en -opstelling: Strikte S-parameterkalibratie van apparatuur zoals de Vector Network Analyzer (VNA) wordt uitgevoerd om impedantieaanpassing bij de meetpoorten te garanderen.

Bepalen van verre-veld-omstandigheden: Zorg ervoor dat de testafstand R voldoet aan de verre-veld-omstandigheid R≥2D2 /λ. Dit is een vereiste om nauwkeurige versterkings- en stralingspatronen te verkrijgen.

Installatie van de te testen antenne (AUT): Monteer de AUT op de positioner met behulp van ondersteunende materialen met een lage diëlektrische constante, zodat het fasecentrum van de antenne precies is uitgelijnd met het rotatiecentrum van de positioner.

Opstelling en kalibratie van de Standard Gain Horn (SGH): De SGH dient als de referentiebenchmark; deze wordt precies geïnstalleerd en de bekende versterkingsgegevens worden ingevoerd in de meetsoftware.

Verzameling van stralingspatroongegevens: Stel de rotatiestapgrootte in. De positioner begint te roteren langs de azimut- en elevatieassen en het systeem registreert automatisch het ontvangen signaalvermogen, waarbij gegevens worden verzameld voor ten minste twee onderling loodrechte vlakken.

Berekening van de antenneversterking: De software berekent automatisch de absolute versterking van de AUT met behulp van de ontvangen vermogensgegevens van de substitutiemethode, in combinatie met de Friis-transmissieformule en de bekende versterking van de SGH.

Nabewerking en analyse van gegevens: De onbewerkte gegevens worden gladgestreken en gecorrigeerd (bijv. voor kabelverlies). Belangrijke parameters zoals HPBW, SLL en FBR worden automatisch geëxtraheerd.

Generatie van een professioneel meetrapport: Alle meetparameters, opstelgegevens, testomstandigheden, de kalibratiestatus van de apparatuur, enz., worden geïntegreerd om een compleet en traceerbaar professioneel rapport te vormen.

Uitdagingen en oplossingen: het garanderen van meetnauwkeurigheid en betrouwbaarheid

Zelfs in een ideale anechoïsche kamer vereist het garanderen dat de uiteindelijke antennemetingsgegevens nauwkeurig en betrouwbaar zijn, gespecialiseerde technische afhandeling en strikte kwaliteitscontrole.

1. Eliminatie van kabel- en connectorverlies

Uitdaging: Voedingskabels en connectoren introduceren signaalverzwakking (verlies), wat de precisie van de versterkingswaarde kan beïnvloeden.

Oplossing: Poortkalibratie en de-embedding bewerkingen moeten worden uitgevoerd met behulp van de VNA. Door het kabelverlies bij de werkfrequentie nauwkeurig te meten en af te trekken van het eindresultaat, wordt gegarandeerd dat de versterkingsgegevens de intrinsieke prestaties van de antenne weerspiegelen.

2. Verre-veldfout en correctie van nabije velden

Uitdaging: Voor grote antennes of metingen met lage frequenties kan het strikt voldoen aan de verre-veld-omstandigheid een onpraktisch grote kamerruimte vereisen.

Oplossingen:

Compact Range Antenna Test System: Gebruikt een parabolische reflector om de bundel van een nabije-veldbron te vormen tot een quasi-vlakke golf, waardoor verre-veld-omstandigheden worden gesimuleerd binnen een kleinere anechoïsche kamer.

Nabije-veld naar verre-veld (NF-FF) transformatie: Als alleen nabije-veldmeting haalbaar is vanwege kamerbeperkingen, worden complexe wiskundige algoritmen (zoals planaire, cilindrische of sferische nabije-veldscanning) gebruikt om het equivalente verre-veldstralingspatroon en de versterking te berekenen en af te leiden.

3. Voorkomen van positioner- en ondersteuningsstructuurverstrooiing

Uitdaging: Metalen componenten die worden gebruikt om de AUT te ondersteunen en te roteren, kunnen elektromagnetische golven verstrooien, waardoor het stralingspatroon wordt vervormd.

Oplossingen:

Gebruik materialen met een lage diëlektrische constante en een laag verlies, schuim- of polystyreenmaterialen als antenne-ondersteuningsstructuren.

Gebruik de Anechoïsche kamerachtergrondsubtractie techniek: Het achtergrondveld (alleen met de standaard en positioner) wordt eerst gemeten en vervolgens afgetrokken van de antennemeting om de gegevens te zuiveren.

Conclusie en oproep tot actie

Nauwkeurige antenneprestatiemeting is de hoeksteen voor het garanderen dat uw draadloze producten succesvol zijn op de markt. We zijn goed thuis in het overwinnen van verschillende testuitdagingen, zodat de gegevens die u ontvangt geloofwaardig, traceerbaar en in overeenstemming met internationale normen zijn.

Heeft u hoogwaardige, foutloze antennetestgegevens nodig om de lancering van uw product te versnellen?

Wij beschikken over eersteklas anechoïsche kamers en een team van ervaren professionele ingenieurs.