Кіріспе

Антеннаны сынау техникалары

Антеннаны өлшеу техникалары – антеннаның техникалық талаптарға сәйкес келетінін немесе оны сипаттау үшін жүргізілетін сынақтарды білдіреді. Антенналардың негізгі параметрлері: күшейту, жолақтылық, сәулелену диаграммасы, сәулелену бұрышы, поляризация және кедеріс. Антенна диаграммасы – антеннаның белгілі бір бағыттан келетін жазық толқынға реакциясы немесе антеннаның белгілі бір бағытқа жіберген толқынының салыстырмалы қуат тығыздығы. Өзара байланысты антенна үшін бұл екі диаграмма бірдей болады. Антенна диаграммасын өлшеудің көптеген техникалары жасалған. Дамытылған алғашқы техника – алыс өріс диапазоны, онда сынақтан өтетін антенна (AUT) диапазондық антеннаның алыс өрісіне орналастырылады. Үлкен антенналар үшін алыс өріс диапазонын құруға қажетті өлшемдерге байланысты, антеннаға жақын бетте өрісті өлшеуге мүмкіндік беретін жақын өріс техникалары дамытылды (әдетте толқын ұзындығынан 3-10 есе артық). Бұл өлшеудің шексіздікте де сол болады деп есептеледі. Үшінші, көп қолданылатын әдіс – компактты диапазон, ол AUT-ке жақын, жазық толқынға ұқсас өріс құру үшін рефлекторды пайдаланады.

Жақсы көрініс

Жақын өрістегі жазықтық өлшеулер жазық бет үстінде кішкентай зондтық антеннаны жылжыту арқылы жүргізіледі. Бұл өлшеулер Фурье түрлендіруін қолдану арқылы немесе дәлірек айтқанда, Лаплас түрлендіруіне стационарлық фаза әдісін қолдану арқылы алыс өріске түрлендіріледі. Жақын өрістегі өлшеулерде жазықтық сканерлеудің үш негізгі түрі болады.

Тікбұрышты жазықтық сканерлеу

Зонд декартылық координаттар жүйесінде қозғалады, ал оның түзу сызықты қозғалысы ең жақын өрістегі үлгілеу аралығы Δx = Δy = λ /2 болатын реттелген тіктөртбұрышты үлгілік торды құрайды.

Полярлық жазықтық сканерлеу

Төртбұрышты сканерлеу әдісінен гөрі күрделі шешім – жазықтықтық полярлық сканерлеу әдісі.

Биполярлы жазықтық сканерлеу

Биполярлы техника жазық полярлық конфигурацияға өте ұқсас.

Цилиндрлік жақын өрістің қашықтығы

Цилиндрлік жақын өріс өлшеу диапазондары АТҚ-ға жақын цилиндрлік беттегі электр өрісін өлшейді. Цилиндрлік гармоникалар осы өлшеу нәтижелерін алыс өріске түрлендіру үшін қолданылады.

Сфералық жақын өрістің қашықтығы

Сфералық жақын өріс диапазондары AUT-қа жақын сфералық бетте электр өрісін өлшейді. Сфералық гармоникалар осы өлшеулерді алыс өріске түрлендіру үшін қолданылады.

Компактты диапазон

Антенна жүйелерін ауқымды жиіліктерде, дәстүрлі бос кеңістіктегі әдістермен алысқа қашықтық сақтау мүмкін болмайтын жағдайларда сынауға ыңғайлы жағдай жасайтын құрылғы – Compact Antenna Test Range (CATR). Оны Ричард Джонсон Джорджия Техникалық Ғылыми-зерттеу институтында ойлап тапқан. CATR сфералық толқын фронтын сәулелендіретін бастапқы антеннаны және сәулеленген сфералық толқын фронтын қалаған сынақ аймағында жазық толқын фронтына бағыттау үшін бір немесе бірнеше екінші рефлекторларды пайдаланады. Типикке жататын нұсқада мүйіз тәрізді антенна және параболалық рефлектор осы мақсатқа қолданылады. CATR микротолқынды және миллиметрлік толқынды жиіліктерде, алыс өріс қашықтығы үлкен болған кезде, мысалы, жоғары күшейткіш рефлекторлы антенналарда қолданылады. Қажетті диапазонның мөлшері, толық көлемді алыс өрістік эхо-камераға қажетті мөлшерден әлдеқайда кіші болуы мүмкін, бірақ арнайы жобаланған CATR рефлекторын жасау құны жоғары болуы мүмкін, себебі шағылыстыратын беттің дәлдігін қамтамасыз ету (әдетте беттік дәлдіктен кем) және қалаған сәулелену үлгісіне бөгет жасайтын дифракциялық толқындарды болдырмау үшін рефлектордың жиегін арнайы өңдеу қажет.

Жоғары ауқым

Биік орналасқан аймақта AUT және өлшеу антеннасы жерден шағылысқан толқындардың бөгетін азайту мақсатында жер бетінен бірнеше толқын ұзындығына дейін орнатылады.

Қисық аралығы

Көлбеу диапазон ішінде қабылдау антеннасы AUT-дан биік орнатылады, немесе AUT орнатылған жерден төмен қарай еңіспен түсетін жер беті арқылы, немесе қабылдау антеннасын әлдеқайда биік тіреуге орналастыру арқылы. Жердің еңістігі (нақты немесе тиімді) симметриялық толқынның шағылысуынан туындайтын кедергіні жою немесе азайту үшін қолданылады, шағылысқан толқындарды қабылдау антеннасының астына бағыттап. Теория бойынша, осы әдісті кері қолданып, жерден шағылысқан толқындардың көп бөлігін қабылдау антеннасының үстінен өткізуге болады.

Антеннаның параметрлері

Поляризацияны есептемегенде, SWR жоғарыда аталған параметрлердің ішінде ең оңай өлшенетіні болып табылады. Импедансты арнайы құралдармен өлшеуге болады, себебі ол күрделі SWR-мен байланысты. Сәулелену диаграммасын өлшеу үшін күрделі жабдықтар қажет, оның ішінде сенсорды антеннаның алыс өрісіне орналастыруға немесе антенна өлшеуге арналған эхосыз камераға қоюға жететін кең ашық кеңістік, эксперименттік геометрияны мұқият зерттеу, сондай-ақ өлшеу барысында антеннаны айналдыратын арнайы өлшеу құралдары талап етіледі.

Сәулелену үлгісі

Сәулелену үлгісі – антеннадан таратылатын немесе қабылданатын өріс күшінің салыстырмалы графикалық бейнесі, ол жанама лепелер мен артқы лепелерді көрсетеді. Антенналар кеңістікте сәулеленетіндіктен, антеннаны сипаттау үшін көбінесе бірнеше қисықтар қажет. Егер антеннаның сәулеленуі ось бойынша симметриялы болса (дипольдік, спиральді және кейбір параболалық антенналарда), бірегей график жеткілікті. Әрбір антенна жеткізушісінің/пайдаланушының әртүрлі стандарттары мен сызу форматтары бар. Әр форматтың өз артықшылықтары мен кемшіліктері болады. Антеннаның сәулелену үлгісін бірлік бетке шашыратылған қуаты бірдей болатын барлық нүктелердің траекториясы ретінде анықтауға болады. Бірлік бетке шашыратылған қуат электромагниттік толқынның электр өрісінің квадратына пропорционал. Сәулелену үлгісі – бірдей электр өрісіне ие нүктелердің траекториясы. Бұл бейнелеуде эталон әдетте ең жақсы сәуле шығару бұрышы болып табылады. Антеннаның бағыттық қасиетін бағыттың функциясы ретінде бейнелеу де мүмкін. Көбінесе қасиет децибелмен беріледі. Графиктер картезиандық (түзубұрышты) координаттарды немесе полярлық сызбаларды қолдана отырып салынуы мүмкін. Соңғысы сәуленің енін өлшеуге ыңғайлы, ол конвенция бойынша максималды қасиеттің -3дБ нүктелері арасындағы бұрыш болып табылады. Қисықтардың пішіні картезиандық немесе полярлық координаттарда және логарифмдік шкала шектерін таңдағанда өте әртүрлі болуы мүмкін. Төмендегі төрт сурет – бір жарты толқындық антеннаның сәулелену үлгілерін көрсетеді.

Жазылу диапазоны

IEEE жолақты "Антеннаның белгілі бір сипаттама бойынша өнімділігі белгіленген стандартқа сәйкес келетін жиіліктер диапазоны" деп анықтайды. Басқаша айтқанда, жолақтылық антеннаның әртүрлі жиіліктердегі жалпы тиімділігіне байланысты, сондықтан антеннаның жолақтылық қабілетін толық сипаттау үшін осы параметрлердің барлығын түсіну қажет. Бұл анықтама практикалық тұрғыдан пайдалы болғанымен, іс жүзінде жолақтың ені әдетте SWR немесе қызығушылық тудыратын жиіліктер диапазонындағы сәулеленген қуат сияқты сипаттаманы өлшеу арқылы анықталады. Мысалы, SWR жолақтығының ені әдетте SWR 2:1-ден кем болатын жиіліктер диапазонын өлшеу арқылы анықталады. Резонанстық антенналар үшін жолақты анықтау үшін тағы бір жиі қолданылатын шама −3 дБ қайтару жоғалтуы, себебі SWR-ге байланысты жоғалтулар...

Директивтік

Антеннаның бағыттылығы – антеннаның ең жоғарғы бағытындағы сәулелену қарқынының (бірлік бетке шаққандағы қуат) сол антеннаның жалпы қуатына тең сәулеленетін гипотетикалық изотроптық антеннаның сәулелену қарқынына қатынасы. Мысалы, жарты шар пішіндес сәулелену үлгісі бар (1/2 сфера) гипотетикалық антеннаның бағыттылығы 2-ге тең болады. Бағыттылық – өлшемсіз шама және оны сандық түрде немесе децибелмен (dB) көрсетуге болады. Бағыттылық, бағыттық пайданың ең жоғарғы мәнімен сәйкес келеді; бұл мәндер антеннаның тиімділігіне байланысты емес, сондықтан қуаттық пайдадан (немесе жай ғана "пайда") антеннаның тиімділігімен азайтылады.

Пайдалану

Параметр ретінде пайдалану берілген антеннаның бағыттылығын өлшейді. Төмен пайдасы бар антенна барлық бағытта бірдей сәулелендіреді, ал жоғары пайдасы бар антенна белгілі бір бағытта сәулелендіруге бейім. Нақтырақ айтқанда, антеннаның пайдасы немесе қуат пайдасы – антеннаның белгілі бір бағыттағы сәулелену қарқындылығының (бірлік бетке шаққандағы қуат) гипотетикалық изотроптық антеннаның сол қашықтықтағы сәулелену қарқындылығына қатынасы ретінде анықталады: "Гипотетикалық" деп жазамыз, өйткені идеалды изотроптық антеннаны құру мүмкін емес. Пайда – өлшемсіз сан (бірліксіз). Антеннаның пайдасы – пассивті құбылыс, антенна қуат қоспайды, тек белгілі бір бағытта изотроптық антеннадан берілетінге қарағанда күштірек сәулелену қуатын қамтамасыз ету үшін қуатты қайта бөледі. Егер антеннаның кейбір бағыттарында бірден артық пайда болса, энергия сақталу принципіне сәйкес, ол басқа бағыттарда бірден кем пайдаға ие болуы керек. Антеннаны жобалаушы пайданы анықтағанда антеннаның қолданылу аймағын ескеруі тиіс. Жоғары пайдалы антенналар ұзақ қашықтыққа және жақсы сигнал сапасына ие, бірақ оларды нақты бағытта мұқият бағыттау қажет. Төмен пайдалы антенналардың қашықтығы қысқа, бірақ антеннаның бағыты маңызды емес. Мысалы, ғарыш кемесіндегі тарелка тәрізді антенна – жоғары пайдалы құрылғы (тиімді жұмыс істеуі үшін планетаға бағытталуы керек), ал ноутбуктегі стандартты WiFi антеннасы – төмен пайдалы (базалық станция қашықтықта болғанша, антенна кеңістікте кез келген бағытта орналасуы мүмкін).