Измерения антенн с помощью векторного анализатора цепей

Измерение импеданса антенны

Моделирование позволяет прогнозировать рабочие характеристики антенн, однако в реальных условиях зачастую происходят отклонения. Именно поэтому необходимо проводить физические измерения в реальных условиях для проверки рабочих характеристик антенн.

Существуют два типа измерений антенн:

• Измерения излучения, включая коэффициент усиления, коэффициент направленного действия, ширину диаграммы направленности и эффективность.
• Измерения импеданса для определения полного сопротивления антенны.

Импеданс антенны определяет, какая доля входной или передаваемой мощности поглощается или излучается антенной, а какая доля возвращается на передатчик. Для этого на антенну подается сигнал, и затем измеряются амплитуда и фаза отраженного сигнала.

Существуют различные методики и средства измерения импеданса антенн, однако мы рекомендуем использовать векторный анализатор цепей и выполнять на нем измерение коэффициента отражения (S11).

Векторные анализаторы цепей — это универсальные приборы, пригодные для скалярных и векторных измерений мощности прямого и отраженного сигнала. Они обладают высокой точностью в широком диапазоне частот и имеют широкий динамический диапазон. Эти приборы также можно применять для решения других задач с ВЧ-сигналами, таких как измерение потерь в кабелях или испытания фильтров и усилителей.

Порядок измерения импеданса антенны

Три главных шага при измерении антенны:

1. Подключить антенну.
2. Настроить векторный анализатор цепей.
3. Выполнить калибровку измерительной установки.

Сначала рассмотрим подключение антенны. Как правило, антенны подключаются к векторным анализаторам цепей посредством фидерной линии. Фидерная линия напрямую подключается к порту векторного анализатора цепей, или применяется дополнительный кабель испытуемого устройства. При использовании кабеля испытуемого устройства требуется калибровка на конце кабеля, чтобы гарантировать точность измерений.

При настройке векторного анализатора цепей следует учитывать следующие аспекты:

• Настройка следящего генератора, который обеспечивает сигнал входного воздействия с качанием частоты. Этот сигнал используется в качестве входного сигнала антенны и опорного сигнала при определении доли сигнала, отражаемого от антенны.
• Настройка диапазона качания частоты следящего генератора.
• Настройка количества точек измерения: увеличение значения по умолчанию в настройках анализатора повышает точность, однако при этом также увеличивается время выполнения однократной развертки.

Калибровочные меры для проведения точных измерений импеданса антенн

Помимо настройки векторного анализатора цепей, для обеспечения точных измерений импеданса антенн требуется однопортовая калибровка. В процессе калибровки к запланированному месту подключения антенны поочередно подключаются калибровочные меры.

Используемые калибровочные меры:

• Разомкнутая цепь
• Короткое замыкание
• Согласование / нагрузка

Вместо подключаемых вручную калибровочных мер можно использовать электронные модули калибровки. Эти модули автоматически переключают встроенные калибровочные меры и управляются с помощью подключенного векторного анализатора цепей. С модулями работа выполняется значительно быстрее, чем с ручными калибровочными мерами.

Если антенна или фидерная линия напрямую подключаются к порту векторного анализатора цепей, необходимо также напрямую подключать калибровочные меры к этому порту. При использовании кабеля испытуемого устройства следует подключать калибровочные меры к концу кабеля.

Форматы измерений импеданса антенн

Векторный анализатор цепей предусматривает различные форматы для анализа импеданса антенн:

• Коэффициент стоячей волны (КСВ): определяет соотношение мощности прямого и отраженного сигнала, в идеальном случае КСВ равен 1:1. График КСВ в зависимости от частоты применяется для определения полосы пропускания.
• Обратные потери: значение в дБ определяет соотношение мощности отраженного и прямого сигнала в логарифмическом масштабе. Чем выше значение, тем лучше рабочие характеристики антенны.
• Полное сопротивление и диаграммы Вольперта-Смита: в дополнение к скалярным измерениям векторные анализаторы цепей способны измерять полное сопротивление с действительными и мнимыми составляющими. Результаты отображаются на диаграмме Вольперта-Смита, которая обеспечивает подробный обзор изменения импеданса по частоте.