คู่มือฉบับสมบูรณ์สำหรับการวัดเกนและรูปแบบการแผ่กระจายของเสาอากาศในห้องปลอดเสียงสะท้อน

ในสาขาการสื่อสารไร้สาย ประสิทธิภาพของเสาอากาศมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความสำเร็จของการเชื่อมโยงระบบใดๆ ห้องปลอดเสียงสะท้อนทำหน้าที่เป็นสภาพแวดล้อมการทดสอบระดับมืออาชีพ และเป็นสถานที่เดียวสำหรับการวัดที่แม่นยำของ เกนของเสาอากาศ และ รูปแบบการแผ่กระจาย บทความนี้จะเจาะลึกหลักการพื้นฐานของการวัดในห้องปลอดเสียงสะท้อน ให้ขั้นตอนการปฏิบัติงานที่สมบูรณ์และเป็นประโยชน์ และหารือเกี่ยวกับเทคนิคสำคัญที่จำเป็นเพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องและความน่าเชื่อถือของการวัด ซึ่งจะช่วยให้ข้อมูลผลิตภัณฑ์ของคุณมีความเป็นมืออาชีพและมีอำนาจมากขึ้น

เหตุใดห้องปลอดเสียงสะท้อนจึงจำเป็นสำหรับการวัดเสาอากาศ

การวัดเกนและรูปแบบการแผ่กระจายของเสาอากาศอย่างแม่นยำในสภาพแวดล้อมจริงจำเป็นต้องกำจัดสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นทั้งหมด และจำลองสภาพแวดล้อมพื้นที่ว่างในอุดมคติ

1. การกำจัดสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก (EMI)

ผนัง เพดาน และพื้นของห้องปลอดเสียงสะท้อนถูกห่อหุ้มด้วยชั้นป้องกันโลหะ (โดยทั่วไปคือโครงสร้างกรงฟาราเดย์) โครงสร้างนี้จะแยกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกและสัญญาณรบกวนความถี่วิทยุ (RFI) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ว่าสภาพแวดล้อมการทดสอบมีสัญญาณรบกวนพื้นหลังต่ำมาก เพื่อให้ผลการวัดสะท้อนเฉพาะประสิทธิภาพที่แท้จริงของเสาอากาศภายใต้การทดสอบ (AUT)

2. การจำลองพื้นที่ว่างในอุดมคติ

ภายในห้องปลอดเสียงสะท้อนเรียงรายไปด้วย วัสดุดูดซับจำนวนมาก โดยทั่วไปคือโครงสร้างรูปปิรามิดหรือรูปลิ่มที่ทำจากโฟมโพลียูรีเทนที่บรรจุคาร์บอน วัสดุเหล่านี้ช่วยเพิ่มการดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบ ทำให้กำจัดการสะท้อนจากผนัง พื้น และเพดานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจำลองสภาพแวดล้อมการทำงานของเสาอากาศในพื้นที่ว่างในอุดมคติ และป้องกัน การเฟดแบบหลายเส้นทางจากการรบกวนข้อมูลการวัด

หลักการวัดหลัก: เกนและรูปแบบการแผ่กระจาย

ความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับความหมายทางกายภาพและวิธีการวัดสำหรับตัวชี้วัดทั้งสองนี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการดำเนินงานจริง

1. หลักการวัดเกนของเสาอากาศ

เกนของเสาอากาศคือการวัดความสามารถของเสาอากาศในการรวมพลังงานอินพุตในทิศทางเฉพาะ มันแสดงถึงทิศทาง ไม่ใช่การขยายพลังงาน

คำจำกัดความ: เกนของเสาอากาศ (G) ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของความหนาแน่นของพลังงานที่ผลิตโดยเสาอากาศในทิศทางการแผ่รังสีสูงสุดเมื่อเทียบกับเสาอากาศอ้างอิง (โดยปกติคือเสาอากาศไอโซโทรปิกในอุดมคติ) หน่วยมักจะเป็น dBi

วิธีการแทนที่: นี่เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปและมีความแม่นยำสูง ขั้นแรก จะวัดพลังงานที่ได้รับโดย Standard Gain Horn (SGH) จากนั้น SGH จะถูกแทนที่ด้วยเสาอากาศภายใต้การทดสอบ (AUT) และเมื่อเงื่อนไขอื่นๆ ทั้งหมดคงที่ จะวัดพลังงานที่ได้รับโดย AUT เมื่อเปรียบเทียบข้อมูลทั้งสองชุด จะสามารถหาเกนของ AUT ได้

พื้นฐานทางทฤษฎี: พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการคำนวณเกนคือ สูตรการส่งผ่านของ Friis ซึ่งอธิบายความสัมพันธ์ของพลังงานที่ถ่ายโอนระหว่างเสาอากาศสองตัว

โดยที่ Pr และ Pt คือพลังงานที่ได้รับและส่ง Gt และ Gr คือเกนของเสาอากาศส่งและรับ λ คือความยาวคลื่น และ R คือระยะห่างระหว่างเสาอากาศ

2. หลักการวัดรูปแบบการแผ่กระจาย

รูปแบบการแผ่กระจายแสดงถึงการกระจายความแข็งแรงสัมพัทธ์ของพลังงานที่แผ่หรือได้รับโดยเสาอากาศในทิศทางต่างๆ ในอวกาศ เป็นการแสดงภาพของทิศทางของเสาอากาศ

แกนกลางของการวัด: ระบบการวัดจะหมุนตัวกำหนดตำแหน่งที่บรรทุกเสาอากาศภายใต้การทดสอบ (AUT) พร้อมๆ กับบันทึกความแรงของสัญญาณที่ได้รับโดยเสาอากาศรับสัญญาณในแต่ละจุดเชิงมุม

พารามิเตอร์หลัก: การวิเคราะห์รูปแบบการแผ่กระจายให้พารามิเตอร์ที่สำคัญหลายประการ:

Half-Power Beamwidth (HPBW): ความกว้างเชิงมุมที่แอมพลิจูดของกลีบหลักลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของค่าสูงสุด (-3dB)

Side-Lobe Level (SLL): อัตราส่วนของพลังงานสูงสุดของกลีบด้านข้างต่อพลังงานสูงสุดของกลีบหลัก

Polarization: การวัดการตอบสนองของเสาอากาศต่อทิศทางการโพลาไรซ์ที่แตกต่างกัน

ขั้นตอนการปฏิบัติงานจริง: โปรโตคอลการวัดในห้องแปดขั้นตอน

การวัดเสาอากาศที่ได้มาตรฐานและแม่นยำต้องปฏิบัติตามขั้นตอนต่อไปนี้อย่างเคร่งครัดเพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องและความสามารถในการทำซ้ำของข้อมูล

การสอบเทียบและการตั้งค่าเครื่องมือ: ดำเนินการ การสอบเทียบพารามิเตอร์ Sของอุปกรณ์ เช่น Vector Network Analyzer (VNA) อย่างเข้มงวด เพื่อให้มั่นใจว่าการจับคู่ความต้านทานที่พอร์ตการวัด

การกำหนดเงื่อนไขฟาร์ฟิลด์: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระยะการทดสอบ R ตรงตามเงื่อนไขฟาร์ฟิลด์ R≥2D2 /λ นี่คือข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการได้รับเกนและรูปแบบการแผ่กระจายที่ถูกต้อง

การติดตั้งเสาอากาศภายใต้การทดสอบ (AUT): ติดตั้ง AUT บนตัวกำหนดตำแหน่งโดยใช้วัสดุรองรับที่มีค่าไดอิเล็กทริกต่ำ เพื่อให้แน่ใจว่าศูนย์กลางเฟสของเสาอากาศอยู่ในแนวเดียวกับศูนย์กลางการหมุนของตัวกำหนดตำแหน่งอย่างแม่นยำ

การตั้งค่าและการสอบเทียบ Standard Gain Horn (SGH): SGH ทำหน้าที่เป็นเกณฑ์อ้างอิง ติดตั้งอย่างแม่นยำ และป้อนข้อมูลเกนที่ทราบลงในซอฟต์แวร์การวัด

การได้มาซึ่งข้อมูลรูปแบบการแผ่กระจาย: ตั้งค่าขนาดขั้นตอนการหมุน ตัวกำหนดตำแหน่งเริ่มหมุนไปตามแกนอะซิมัทและระดับความสูง และระบบจะบันทึกพลังงานสัญญาณที่ได้รับโดยอัตโนมัติ รวบรวมข้อมูลสำหรับระนาบตั้งฉากซึ่งกันและกันอย่างน้อยสองระนาบ

การคำนวณเกนของเสาอากาศ: ซอฟต์แวร์จะคำนวณเกนสัมบูรณ์ของ AUT โดยอัตโนมัติโดยใช้ข้อมูลพลังงานที่ได้รับจากวิธีการแทนที่ ร่วมกับสูตรการส่งผ่านของ Friis และเกนที่ทราบของ SGH

การประมวลผลและการวิเคราะห์ข้อมูลหลังการประมวลผล: ข้อมูลดิบจะถูกปรับให้เรียบและแก้ไข (เช่น สำหรับการสูญเสียสายเคเบิล) พารามิเตอร์หลัก เช่น HPBW, SLL และ FBR จะถูกดึงออกมาโดยอัตโนมัติ

การสร้างรายงานการวัดระดับมืออาชีพ: พารามิเตอร์การวัดทั้งหมด รายละเอียดการตั้งค่า เงื่อนไขการทดสอบ สถานะการสอบเทียบอุปกรณ์ ฯลฯ ถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรายงานระดับมืออาชีพที่สมบูรณ์และตรวจสอบย้อนกลับได้

ความท้าทายและแนวทางแก้ไข: การสร้างความมั่นใจในความถูกต้องและความน่าเชื่อถือของการวัด

แม้ในห้องปลอดเสียงสะท้อนในอุดมคติ การทำให้มั่นใจว่าข้อมูลการวัดเสาอากาศขั้นสุดท้ายมีความถูกต้องและเชื่อถือได้ต้องมีการจัดการทางเทคนิคพิเศษและการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด

1. การกำจัดการสูญเสียสายเคเบิลและขั้วต่อ

ความท้าทาย: สายป้อนและขั้วต่อทำให้เกิดการลดทอนสัญญาณ (การสูญเสีย) ซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำของค่าเกน

แนวทางแก้ไข: ต้องดำเนินการสอบเทียบพอร์ตและ การแยกส่วนประกอบโดยใช้ VNA โดยการวัดการสูญเสียสายเคเบิลที่ความถี่ในการทำงานอย่างแม่นยำและลบออกจากผลลัพธ์สุดท้าย ข้อมูลเกนจะรับประกันว่าจะสะท้อนถึงประสิทธิภาพโดยธรรมชาติของเสาอากาศ

2. ข้อผิดพลาดฟาร์ฟิลด์และการแก้ไขใกล้ฟิลด์

ความท้าทาย: สำหรับเสาอากาศขนาดใหญ่หรือการวัดความถี่ต่ำ การปฏิบัติตามเงื่อนไขฟาร์ฟิลด์อย่างเคร่งครัดอาจต้องใช้พื้นที่ในห้องขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถทำได้จริง

แนวทางแก้ไข:

ระบบทดสอบเสาอากาศแบบช่วงกะทัดรัด: ใช้ตัวสะท้อนพาราโบลาเพื่อสร้างลำแสงจากแหล่งใกล้ฟิลด์ให้เป็นคลื่นกึ่งระนาบ จำลองเงื่อนไขฟาร์ฟิลด์ภายในห้องปลอดเสียงสะท้อนขนาดเล็ก

การแปลงใกล้ฟิลด์เป็นฟาร์ฟิลด์ (NF-FF): หากการวัดใกล้ฟิลด์เท่านั้นที่เป็นไปได้เนื่องจากข้อจำกัดของห้อง จะใช้อัลกอริธึมทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน (เช่น การสแกนใกล้ฟิลด์แบบระนาบ ทรงกระบอก หรือทรงกลม) เพื่อคำนวณและหาค่ารูปแบบการแผ่กระจายและเกนฟาร์ฟิลด์ที่เทียบเท่า

3. การป้องกันการกระเจิงของตัวกำหนดตำแหน่งและโครงสร้างรองรับ

ความท้าทาย: ส่วนประกอบโลหะที่ใช้รองรับและหมุน AUT สามารถกระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้รูปแบบการแผ่กระจายผิดเพี้ยนไป

แนวทางแก้ไข:

ใช้วัสดุ โฟมหรือโพลีสไตรีนที่มีค่าไดอิเล็กทริกต่ำและการสูญเสียต่ำเป็นโครงสร้างรองรับเสาอากาศ

ใช้เทคนิค การลบพื้นหลังของห้องปลอดเสียงสะท้อน: วัดสนามพื้นหลัง (โดยมีเฉพาะขาตั้งและตัวกำหนดตำแหน่ง) ก่อน จากนั้นจึงลบออกจากมาตรการเสาอากาศเพื่อทำให้ข้อมูลบริสุทธิ์

บทสรุปและข้อเรียกร้องให้ดำเนินการ

การวัดประสิทธิภาพของเสาอากาศที่ถูกต้องเป็นรากฐานสำคัญในการทำให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ไร้สายของคุณจะประสบความสำเร็จในตลาด เรามีความเชี่ยวชาญในการเอาชนะความท้าทายในการทดสอบต่างๆ ทำให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลที่คุณได้รับนั้น น่าเชื่อถือ ตรวจสอบย้อนกลับได้ และเป็นไปตามมาตรฐานสากล

คุณต้องการข้อมูลการทดสอบเสาอากาศที่มีความแม่นยำสูงและปราศจากข้อผิดพลาดเพื่อเร่งการเปิดตัวผลิตภัณฑ์ของคุณหรือไม่

เรามีห้องปลอดเสียงสะท้อนระดับบนสุดและทีมวิศวกรมืออาชีพที่มีประสบการณ์