Các công cụ phân tích và mô phỏng điện từ ngày nay rất tinh vi và có thể mô phỏng các thiết bị phức tạp trong các tình huống thực tế. Do đó, câu hỏi thường được đặt ra, tại sao tôi cần kiểm tra ăng-ten? Mô phỏng vẫn dựa trên các giả định về môi trường mà thiết bị sẽ được sử dụng, điều này có thể không phải lúc nào cũng chính xác và cũng có những "ẩn số" bất ngờ mà chúng tôi không tính đến trong quá trình thiết kế. Do đó, các phép đo được sử dụng để xác nhận thiết kế của thiết bị của chúng tôi trong môi trường mà nó dự định được sử dụng.

Điều này là do ăng-ten thường được thiết kế để hoạt động trên khoảng cách xa. Do đó, đây là cách chúng tôi muốn kiểm tra thiết bị của mình trong cái được gọi là "trường dài" bức xạ. Tuy nhiên, Phương pháp này thường khó thực hiện do các yếu tố hạn chế khác như không gian trống và nhiễu bên ngoài nếu thử nghiệm ngoài trời. Một phương pháp khác là đo năng lượng bức xạ từ ăng-ten gần thiết bị trong "trường gần" bức xạ và sau đó sử dụng thuật toán để chuyển đổi dữ liệu đo được thành trường xa bức xạ. Diện tích cần thiết cho các phép đo trường gần ít hơn nhiều. Điều này giúp bạn có thể kiểm tra các ăng-ten lớn về điện trong phòng thử nghiệm trong nhà.

Trường bức xạ của ăng-ten

Trường gần phản ứng rất gần bề mặt của ăng-ten bức xạ. Trong khu vực này, trường thay đổi nhanh chóng do sóng evanaxic được tạo ra bởi dòng điện bề mặt và không lan truyền. Ở đây, trường điện từ hoạt động tốt, nhưng nó vẫn được thể hiện bằng sóng hình cầu, và chùm tia của ăng-ten chưa hoàn chỉnh. Vùng trường gần kéo dài đến khoảng cách 2D² / l, tại thời điểm đó chúng ta có thể nói rằng trường này giống như sóng phẳng. Vùng này được gọi là vùng trường xa (hoặc Fraunhoffer) và nó là khu vực mà chùm tia của ăng-ten đã được phát triển.

Khoảng cách là bao xa?

Trong thực tế, trường điện từ của ăng-ten bức xạ trong vùng 3D có thể được biểu diễn bằng mặt sóng hình cầu khi mốc đủ xa nguồn. Ở một khoảng cách đáng kể từ ăng-ten nguồn, độ cong mặt sóng sẽ nhỏ ở khẩu độ của ăng-ten đang được thử nghiệm (AUT) và sẽ gần với bước sóng mặt phẳng đều. Nếu khoảng cách từ nguồn bằng hoặc lớn hơn ranh giới bên trong của vùng trường xa của nguồn Rmin > 2D2max / l, thì chênh lệch pha tối đa giữa trường tới thực tế và ước tính trong vùng xa sẽ không vượt quá 22.5 độ (tức là

‍

Các yêu cầu trên dẫn đến những khó khăn đáng kể trong việc đo ăng-ten - cần có khoảng cách lớn giữa ăng-ten nguồn và AUT.

Khái niệm đo lường trường gần

Hệ thống đo trường gần cung cấp một giải pháp thay thế để mô tả đặc tính của ăng-ten ở khoảng cách giảm. Trong trường hợp này, khoảng cách giữa ăng-ten nguồn (hoặc đầu dò) và AUT chỉ là một vài bước sóng.

Khái niệm đo trường gần yêu cầu thu thập năng lượng trong trường gần bức xạ của ăng-ten. Vì thuật toán này yêu cầu dữ liệu phức tạp (ví dụ: I / Q), phép đo phải bao gồm biên độ và pha. Ngoài ra, cần thu thập một lượng lớn năng lượng bức xạ để có được kết quả chính xác. Điều này yêu cầu các phép đo 2D, trong khi quá trình xử lý dữ liệu chỉ mất vài phút. Tuy nhiên, thời gian đo ở cự ly gần có thể tốn thời gian. Tuy nhiên, kết quả cuối cùng sẽ cung cấp dữ liệu mô hình trường xa 2D theo cách tiết kiệm thời gian hơn so với các phép đo tương tự sử dụng hệ thống trường dài.

Hình học quét trường đóng

Hệ thống đo trường gần có sẵn ở nhiều dạng khác nhau và chúng được phân loại theo hình học của bề mặt trường gần mà chúng được đo. Các hình dạng hình học trường gần truyền thống bao gồm mặt phẳng, hình trụ và hình cầu. Các hình học phức tạp hơn, chẳng hạn như hình nón hoặc không phù hợp, cũng có thể, nhưng ít phổ biến hơn.

‍

Mỗi hệ thống tiệm cận sẽ có ít nhất hai trục đo, trục sơ cấp và trục phụ, thường được gọi là trục quét và trục bước. Hệ thống tiệm cận cũng có thể được phân loại là hệ thống đầu dò đơn hoặc hệ thống nhiều đầu dò. Trong hệ thống đầu dò đơn Trục chuyển động được sử dụng cho cả trục sơ cấp và trục phụ. Trong hệ thống nhiều đầu dò Trục chính được thay thế bằng mảng nhiều đầu dò, thực hiện quét điện tử, trong khi trục chuyển động cho trục thứ cấp vẫn được sử dụng. Tuy nhiên, chúng tôi sẽ giới hạn mô tả khoảng cách trong phần này đối với các hệ thống đầu dò đơn, vì nhiều nguyên tắc cơ bản cũng áp dụng cho các hệ thống nhiều đầu dò.

Trong hệ thống Đo lường tiệm cận mặt phẳng (PNF), một đầu dò duy nhất Thiết bị được thử nghiệm (AUT) đứng yên và một máy quét robot được sử dụng để di chuyển ăng-ten đầu dò trong mặt phẳng XY phía trước AUT. Do đó, loại hệ thống này có trường nhìn hạn chế (FOV) và phù hợp nhất để đo các đặc tính của ăng-ten định hướng cao (ví dụ: độ lợi > 15 dBi) ở các góc trường xa nhỏ hơn +/- 80 độ.

Hệ thống trường gần hình trụ (CNF) có thể cung cấp phạm vi bao phủ góc trường xa 360 độ trong một mặt phẳng tọa độ, nhưng vẫn có phạm vi phủ sóng hạn chế ở mặt phẳng tọa độ khác. Loại hệ thống này phù hợp nhất để đo các đặc tính của ăng-ten chùm tia quạt hoặc khi cần phạm vi phủ sóng góc hơn +/- 80 độ trong một mặt phẳng tọa độ duy nhất. Phép đo này đạt được bằng cách thêm một trục chính cho thiết bị được thử nghiệm (AUT) và sử dụng một trục tuyến tính duy nhất để di chuyển đầu dò theo hướng thẳng đứng.

Hệ thống trường gần cầu (SNF) được sử dụng để đo các đặc tính của ăng-ten trong phạm vi góc rộng và cần thiết khi đo ăng-ten có độ lợi thấp. Trong khi hệ thống đo trường gần hình cầu có thể thu thập tất cả năng lượng bức xạ từ AUT trên một quả cầu 360 độ, chuyển đổi SNF-FF yêu cầu đo hướng phân cực của đầu dò theo cả hai hướng, điều mà các phương pháp hình học khác không cần.

Những điều cần lưu ý khi đo gần cao độ

Có một số cân nhắc bổ sung phải được tính đến khi đo trường trường gần.

Thứ nhất, Chuyển đổi toán học yêu cầu đo năng lượng bức xạ. Thu thập năng lượng không đủ có thể dẫn đến lỗi cắt bớt, một quá trình chuyển đổi bất thường trong đó năng lượng bị biến dạng được trả lại mẫu ăng-ten trường xa ở lõi, có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của phép đo độ lợi. Một nguyên tắc chung để xác định xem đã thu thập đủ năng lượng đáng kể hay chưa là kiểm tra dữ liệu biên độ trường gần đo được và xác minh dữ liệu ranh giới bề mặt cách đỉnh của trường gần ít nhất -30 dB và không quá -50 dB để giảm thiểu sai số cắt bớt.

Một điểm khác cần xem xét là khoảng thời gian lấy mẫu dữ liệu trên bề mặt đo trường gần. Lý thuyết lấy mẫu của Nyquist quy định rằng tín hiệu phải được lấy mẫu ở tần số gấp đôi tần số của tín hiệu để tạo ra tín hiệu không có hình ảnh. Điều này tương đương với khoảng thời gian lấy mẫu từ 1/2 trở xuống để đảm bảo rằng vùng trường xa không có hình ảnh có góc +/- 90 độ. Tuy nhiên, khoảng thời gian lấy mẫu có thể được tăng lên để tăng tốc thời gian đo nếu dữ liệu được thu thập để giảm góc trường xa. Điều này thường xảy ra khi đo các đặc tính của ăng-ten vệ tinh.

Một yêu cầu khác đối với các phép đo trường gần là độ chính xác định vị của đầu dò, phải lớn hơn 1/50 và ít nhất 1/100 để đo sidelob chính xác. Đối với các phép đo tần số cao Để giải quyết vấn đề này, nhiều nhà cung cấp hệ thống trường gần (bao gồm cả NPM) cung cấp các giải pháp để cải thiện độ chính xác định vị. Giải pháp của NPM cung cấp khả năng hiệu chỉnh vị trí theo thời gian thực để tạo điều kiện cho các phép đo ở tần số milimet trở lên.

Điều này là do các phép đo trường gần liên quan đến hai ăng-ten (AUT và đầu dò trường gần). Để có được một phản hồi AUT duy nhất, một phần của đầu dò phải được trừ vào dữ liệu thu được. Điều này có thể được thực hiện nếu đã biết mẫu của đầu dò và đó là một trong những lý do tại sao ống dẫn sóng đầu mở thường được sử dụng làm đầu dò trường gần. Ngoài việc có phản hồi co-pol rộng và tốt, mẫu có thể dễ dàng được tính toán dựa trên kích thước của ống dẫn sóng của đầu dò.

Khi đo trường gần Các phép đo bằng đầu dò theo cả hai hướng Phân cực không phải lúc nào cũng cần thiết để thu được kết quả trường xa. Tuy nhiên, có một số ngoại lệ. Các phép đo bằng đầu dò phân cực hai chiều là cần thiết để (1) thu được mẫu phân cực chéo trường dài, (2) dữ liệu sidelob chính xác trong vùng liên sơ cấp, (3) đo ăng-ten phân cực tròn bằng đầu dò phân cực tuyến tính và (4) khi thực hiện các phép đo trường gần hình cầu.

Đo trường gần là một giải pháp thay thế cho phép đo trường xa trong việc xác định đặc tính ăng-ten và có một số ưu điểm. Tuy nhiên, đây không phải là "giải pháp một kích thước phù hợp với tất cả" và có một số ứng dụng mà phép đo trường xa có thể mang lại kết quả tốt hơn. NPM có thể làm việc với bạn để giúp xác định giải pháp chính xác cho ứng dụng và yêu cầu đo lường của bạn.