Der ultimative Leitfaden zur Messung von Antennengewinn und Strahlungsmuster in einer Anechoikkammer

Im Bereich der drahtlosen Kommunikation ist die Antennenleistung entscheidend für den Erfolg jeder Systemverbindung.und ist der einzige Ort für die genaue Messung vonAntennengewinn undStrahlungsmusterDer vorliegende Artikel wird die Grundprinzipien der Messungen in Anecho-Kammern untersuchen, ein vollständiges, praktisches Betriebsverfahren erläutern,und diskutieren die wichtigsten Techniken, die zur Gewährleistung der Messgenauigkeit und -zuverlässigkeit erforderlich sind, um Ihre Produktdaten professioneller und autorisierter zu gestalten.

Warum ist eine Anechoikkammer für Antennenmessungen unerlässlich?

Eine genaue Messung der Antennenverstärkung und der Strahlungsmuster in einer realen Umgebung erfordert die Beseitigung aller möglichen Störungen und die Simulation einer idealen Freiraumumgebung.

1- Beseitigung externer elektromagnetischer Interferenzen (EMI)

Die Wände, die Decke und der Boden der anechoischen Kammer sind mit einer metallischen Abschirmungsschicht (typischerweise einer Faraday-Käfigstruktur) umhüllt.Diese Struktur isoliert äußere elektromagnetische Wellen und Funkfrequenzstörungen (RFI) effektiv, um sicherzustellen, dass die Prüfumgebung extrem geringe Hintergrundgeräusche aufweist, so dass die Messergebnisse nur die tatsächliche Leistung der getesteten Antenne (AUT) widerspiegeln.

2. Simulation des idealen freien Raums

Das Innere der anechoischen Kammer ist mit einer großen Menge vonAbsorbierendes MaterialDiese Materialien maximieren die Absorption von fallenden elektromagnetischen Wellen,Auf diese Weise werden die Reflexionen von den Wänden beseitigt.Dies simuliert effektiv die Betriebsumgebung der Antenne im idealen freien Raum und verhindert, dass die Antenne in einemVerschwindet die Mehrspurdie Messdaten nicht beeinträchtigen.

Kernmessprinzipien: Verstärkung und Strahlungsmuster

Ein gründliches Verständnis der physikalischen Bedeutung und der Messmethoden für diese beiden Metriken ist für praktische Operationen von grundlegender Bedeutung.

1Antennengewinnmessprinzip

Antennengewinn ist ein Maß für die Fähigkeit einer Antenne, die Eingangsleistung in eine bestimmte Richtung zu konzentrieren.

Definition:Antennengewinn (G) ist definiert als das Verhältnis der Leistungsdichte, die von der Antenne in ihrer maximalen Strahlungsrichtung im Vergleich zu einer Referenzantenne (normalerweise einer idealen isotropen Antenne) erzeugt wird.Die Einheit ist normalerweise dBi.

Substitutionsmethode:Dies ist die am häufigsten verwendete und hochgenaue Methode. Zuerst wird die Leistung, die von einem Standard Gain Horn (SGH) empfangen wird, gemessen. Dann wird der SGH durch die Antenne unter Test (AUT) ersetzt.und bei allen anderen Bedingungen konstant gehaltenDurch den Vergleich der beiden Datensätze kann der Gewinn des AUT abgeleitet werden.

Theoretische Grundlage:Die theoretische Grundlage für die Berechnung des Gewinns ist dieFriis-Übertragungsformel, die das zwischen zwei Antennen übertragene Leistungsverhältnis beschreibt.

wobei Pr und Pt die empfangene und übertragene Leistung, Gt und Gr die Übertragungsantennen- und Empfangsantennenerhöhungen sind,List die Wellenlänge, und R ist der Abstand zwischen den Antennen.

2. Prinzip der Messung von Strahlungsmustern

Das Strahlungsmuster zeigt die Verteilung der relativen Stärke der von der Antenne in verschiedene Richtungen im Raum ausgestrahlten oder empfangenen Energie.Es ist eine visuelle Darstellung der Antennen-Direktivität.

Messkern:Das Messsystem dreht den Positionierer, der die Antenne unter Prüfung (AUT) trägt, und erfasst gleichzeitig die Signalstärke, die von der empfangenden Antenne an jedem Winkelpunkt empfangen wird.

Schlüsselparameter:Die Analyse der Strahlungsmuster liefert mehrere wichtige Parameter:

Halbleistungsstrahlbreite (HPBW):Die Winkelbreite, bei der die Amplitude des Hauptlappens auf die Hälfte seines maximalen Wertes sinkt (-3 dB).

Seite-Loben-Ebene (SLL):Das Verhältnis der maximalen Leistung des Seitenlappens zur maximalen Leistung des Hauptlappens.

Polarisierung:Messung der Reaktion der Antenne auf verschiedene Polarisierungsrichtungen.

Praktische Betriebsverfahren: Achtstufiges Messprotokoll der Kammer

Eine standardisierte, präzise Antennenmessung erfordert eine strikte Einhaltung der folgenden Schritte, um die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Daten zu gewährleisten.

Kalibrierung und Einrichtung des Geräts:StrengKalibrierung des S-ParametersDie Messung wird mit Hilfe von Geräten wie dem Vektornetzanalysator (VNA) durchgeführt, um die Impedanzvergleichung an den Messstellen sicherzustellen.

Bestimmung von Fernfeldbedingungen:Sicherstellen der Prüfdistanz R erfüllt den FernfeldzustandR≥ 2D2/LDies ist eine Voraussetzung für eine genaue Erfassung der Verstärkung und der Strahlungsmuster.

Anlage der unter Prüfung befindlichen Antenne (AUT):Die AUT wird mit niedrigdilektrisch konstanten Stützmaterialien auf den Positionierer montiert, um sicherzustellen, dass das Phasenzentrum der Antenne genau mit dem Rotationszentrum des Positionierers ausgerichtet ist.

Einrichtung und Kalibrierung des Standardgewinnhorns (SGH):Der SGH dient als Referenzwert; er ist präzise installiert und seine bekannten Gewinndaten werden in die Messsoftware eingegeben.

Erfassung von Strahlungsmustern:Der Positionierer beginnt sich entlang der Azimut- und Höhenachsen zu drehen, und das System zeichnet automatisch die empfangene Signalleistung auf.Datenerhebung für mindestens zwei gegenseitig senkrechte Ebenen.

Antennengewinnberechnung:Die Software berechnet automatisch den absoluten Verstärker des AUT anhand der empfangenen Leistungsdaten aus der Substitutionsmethode in Kombination mit der Friis-Übertragungsformel und dem bekannten Verstärker des SGH.

Datenverarbeitung und -analyse:Die Rohdaten werden glättet und korrigiert (z. B. für Kabelverlust).

Erstellung eines professionellen Messberichts:Alle Messparameter, Einrichtungsdetails, Prüfbedingungen, Ausrüstungskalibrationsstatus usw. werden integriert, um einen vollständigen und nachvollziehbaren Fachbericht zu erstellen.

Herausforderungen und Lösungen: Gewährleistung der Messgenauigkeit und -zuverlässigkeit

Selbst in einer idealen Anächo-Kammer erfordert die Gewährleistung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der endgültigen Antennenmessdaten eine spezialisierte technische Handhabung und eine strenge Qualitätskontrolle.

1. Verlust von Kabeln und Steckverbänden beseitigen

Herausforderung:Die Anschlusskabel und -anschlüsse führen zu einer Signaldämpfung (Verlust), die sich auf die Genauigkeit des Verstärkungswerts auswirken kann.

Lösung:Kalibrierung des Hafens undEntbindungDurch genaue Messung des Kabelverlustes bei der Betriebsfrequenz und Abziehung dieses Verlustes vom Endergebnis,die Verstärkungsdaten die Eigeneigenschaften der Antenne widerspiegeln.

2. Fernfeldfehler und Nahfeldkorrektur

Herausforderung:Für große Antennen oder Niederfrequenzmessungen kann eine unpraktisch große Kammerfläche erforderlich sein, um die Weitfeldbedingungen streng zu erfüllen.

Lösungen:

Kompakte Antennenprüfsysteme:Verwendet einen parabolischen Reflektor, um den Strahl von einer nahen Feldquelle in eine quasi-flächige Welle zu verwandeln, die Fernfeldbedingungen in einer kleineren anechoischen Kammer simuliert.

Nähe-Feld-Fernfeld-Transformation (NF-FF):Wenn aufgrund von Kammerbeschränkungen nur Nähefeldmessungen möglich sind, müssen komplexe mathematische Algorithmen (wie planar, zylindrisch,oder sphärischem Nahfeldscan) zur Berechnung und Ableitung des entsprechenden Fernfeldstrahlungsmusters und der Verstärkung.

3. Verhinderung von Positioner und Stützstruktur Streuung

Herausforderung:Metallkomponenten, die zur Unterstützung und Drehung des AUT verwendet werden, können elektromagnetische Wellen zerstreuen und das Strahlungsmuster verzerren.

Lösungen:

Verwenden Sie eine niedrige dielektrische Konstante mit geringem Verlustaus Schaumstoff oder Polystyrolals Antennenstützstrukturen.

Nutzen Sie dieAnechoische Kammer Hintergrund SubtraktionTechnik: Zuerst wird das Hintergrundfeld (mit nur dem Ständer und dem Positionierer) gemessen und dann von der Antennenmessung abgezogen, um die Daten zu bereinigen.

Schlussfolgerung und Aufruf zum Handeln

Eine genaue Messung der Antennenleistung ist der Eckpfeiler für den Erfolg Ihrer drahtlosen Produkte auf dem Markt.Sicherstellen, dass die Daten, die Sie erhalten,Glaubwürdig, nachvollziehbar und mit internationalen Standards konform.

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