Antenna diagram
Egy antenna diagram a grafikus ábrázolása a sugárzási jellemzőit egy antennát (intenzitás, térerősség, polarizációs, fázis, időkülönbségek) olyan térbeli koordinátarendszerben. Az antenna diagramokat méréssel rögzítik, vagy szimulációs programok generálják a számítógépen annak érdekében, hogy grafikusan ábrázolják az antenna irányhatását, és így felmérjék annak teljesítményét. Megjeleníthetők felületként háromdimenziós gömbkoordinátákban, vagy kétdimenziós metszet esetén vonaldiagramként derékszögű vagy poláris koordinátákban . Egy antenna diagram, amely azt mutatja, a iránykarakterisztika a antenna is hívják irányított diagram . Ez jelenti a relatív intenzitás az energia sugárzás vagy az elektromos vagy mágneses térerősség a távoltéri irányától függően az antenna felé.
Míg az egyirányú antenna egyenletesen sugárzik a sík minden irányába, az irányított antenna az egyik irányt részesíti előnyben, és ezért nagyobb hatótávolságot ér el ebben az irányban alacsonyabb átviteli teljesítmény mellett . Az antenna diagram grafikusan mutatja a méréssel vagy számítással meghatározott preferenciát.A kölcsönösség miatt - amely biztosítja az antenna azonos átviteli és vételi tulajdonságait - a diagram mind az iránytól függő átviteli teljesítményt, mind az antenna vételi érzékenységét mutatja. Adóantenna esetén a görbe, amelyet általában egy mérési program rajzol, skálázva mutatja az adóantenna körüli azonos teljesítménysűrűségű helyeket . Vételi antennák esetében ugyanaz a görbe jelenti az állandó nagyfrekvenciás mező mért érzékenységét. Egy kis mérőadót állandó távolságban a vevőantenna körül mozgatnak, és az antenna által kapott teljesítmény értékként kerül megadásra a diagramban.
Vízszintes antenna diagram
A vízszintes antenna diagramok csak a vízszintes irányok irányjellemzőit mutatják, többnyire poláris koordinátákban, azaz az antennával középen. Ez egy vízszintes szakasz a háromdimenziós diagramon. Az antenna diagram azon részeit, amelyeket relatív minimumok korlátoznak, lebenyeknek nevezzük, a poláris koordináták megjelenése szerint :
- A fő lebeny a globális maximum, és tartalmazza a sugárzás fő irányát ;
- Az oldalsó lebenyek kifejezett lokális maximumok, amelyek tartalmazzák a főként nem kívánt sugárzást a fő iránytól eltérő irányban;
- a hátsó lebeny egy oldalsó lebeny vagy közvetlenül a fő lebennyel szembeni széles tartományban;
- A rácslebenyek időszakosan előforduló erős oldalcsigák.
Az antenna diagramokat gyakran logaritmikusan ábrázolják decibelben , mivel az oldalsó lebenyek több nagyságrenddel kisebbek lehetnek a főlebenynél, és lineáris ábrák esetén nem lennének felismerhetők.
Mivel az antennák irányíthatósága frekvenciafüggő, az antenna diagram speciális formájaként burkoló antenna diagram készíthető. Az antenna diagramok ilyen speciális formái szükségesek a térerősség miatti sugárterhelés értékeléséhez. Itt a legmagasabb és a legalacsonyabb frekvencia mért diagramjai kerülnek egymásra, és egy új diagram alakul ki a legmagasabb egyedi értékekből minden oldalszögre. A szerelési tűrésekkel kibővített antenna diagram esetén a mért diagram vagy a burkoló antenna diagramként már elkészített diagram háromszor kerül egymásra: egyszer az eredeti tájolásban, és egyszer mindegyiket a rögzítési tűréssel az óramutató járásával megegyező és az óramutató járásával ellentétes irányban elforgatva. Új diagram jön létre a legmagasabb egyedi értékekből minden oldalszögre.
Az antenna diagramjából sok paraméter olvasható ki, amelyek meghatározzák a bemutatott antenna minőségét és irányíthatóságát:
- az elöl-hátul arány (VRV), más néven hátsó csillapítás ,
- a front-to-side arány (VSV) és
- az oldalsó csillapítás .
Függőleges antenna diagram
A függőleges antenna diagram az antenna elektromágneses mezőjének oldalnézete . Az antenna diagram méretei tehát az antennától való távolság az x tengelyen és az antenna elhelyezkedése feletti magasság az y tengelyen.
A diagramon a belmagasság a függőleges tengely (y tengely) lábán (engl. Láb , ft) van ábrázolva a vízszintes tengelyen (x tengely), a távolság tengeri mérföldben (Nm), mindkét egység a Légiforgalmi radar használható. A mértékegységek szerepet játszanak a diagram tengelyeinek léptékarányában. A mért értékek azonban relatív szintek, amelyeknek semmi közük a tengelyek távolságértékeihez.
Az eredettől származó sugárirányú egyenesek a magasságjelzők, „egy fokos lépésekben” rajzolva. A túlmagasság miatt , azaz a függőleges tengelynek más a skálája, mint a vízszintes tengelyének, a magassági szögjelek közötti távolságok egyenlőtlenek.
A függőleges tengelyen ábrázolt magasságokat nem csak rácsként, hanem szaggatott vonalként is kivetítik a diagramba, ahol ezek a valódi talajmagasságot jelzik, ezért nem egyenesek, hanem a görbületnek megfelelően enyhén lejtő vonalak. a Föld.
Az ábra egy repülőtéri megfigyelőradar valódi Cosecans² diagramja . A diagram "kopott" oldala, amely messze van az eredettől, mutatja a földfelszín hatását a diagramra (lásd Fresnel -zóna ), mivel ez az antenna sajnos egy kicsit túl mélyre épült.
Térbeli irányjellemző
Ha sok metszősík 2D antenna diagramját egyesítik, hogy térbeli szerkezetet alkossanak, akkor háromdimenziós irányjellemző jön létre. Az antenna közepe és a test felületének bármely pontja közötti távolság jelzi az ebben az irányban mért egyenlő távolságú intenzitást. Az ilyen térbeli jellemzők rögzítése azonban jelentős költséget jelent a mérési technológia szempontjából. Ezért a gyakorlatban az ilyen antenna diagramok csak kivételes esetekben, majd csak szakaszokban jönnek létre. Számítógépek segítségével azonban minden antenna és térbeli jellemzői szimulálhatók egy modellben.
Az antenna diagram elemei
Fő lebeny
Az antenna diagram fő lebenye mutatja az egyik irányba továbbított maximális energiamennyiséget adóantennák esetén vagy a maximális érzékenységet fogadó antennák esetén. Az irányított antenna egy irányba köti ezt a sugárzást, és ezáltal növeli az antenna hatótávolságát. Ezt a tartománynövekedést erősítésnek nevezzük, és ezt a mért antenna és a körirányú antenna értékeinek arányaként adjuk meg . Ezt az antennaerősítést nem használják az antenna diagramban. Az antenna diagramban mért és grafikusan megjelenített összes érték a fő lebeny maximális értékéhez kapcsolódik. Ezt a diagramon 0 dB -vel kell megadni, ezért minden más mért értéknek negatívnak kell lennie ( csillapítás ). Ezek tehát csak relatív értékek. Az antenna nyereség viszont abszolút érték, mert egy kalibrált mértékhez kapcsolódik .
A dipólus antenna nagyon egyszerű antenna diagramján (az antenna diagramot lásd ott) csak két különböző maximum van, amelyek ellentétes irányba vannak irányítva. Ebben az esetben egy fő lebenyről még nem beszélnek, mivel mindkét maximum közel azonos méretű.
Sidelobes
Az antennából származó elektromágneses sugárzásnak azt a részét, amelyet nem sugároznak a kívánt irányba, oldalsó lebenynek nevezzük. Az oldalsó lebenyek általában nem kívánatosak, mert visszatartják a fő lebeny átviteli teljesítményének egy részét, ezáltal gyengítik azt, és rontják az antenna egyértelmű irányhatását. Vevőantenna esetén az oldalsó optikán keresztül érkező interferencia ronthatja a vétel minőségét; nem takarja el őket az antenna . Adóantennák esetén az átviteli teljesítmény fel nem használt módon, nem kívánt irányban kerül kibocsátásra az oldalsó lebenyeken keresztül.
Az oldalsó lebenyek intenzitása csökkenthető, ha ügyesen megtervezi az antennát. Ha azonban a vevő dinamikája nagyobb, mint az antenna által meghatározott oldalsó csillapítás, akkor a jelek a mellékoldalon keresztül is érkeznek. A nem kívánt vétel hatásainak csökkentése érdekében a radar helymeghatározási technológiájában további intézkedéseket hoznak az oldalsó lökhárítás érdekében .
Rácsos klubok
A rácslebenyek (angolul: rácslebenyek ) az oldalsó lebenyek, amelyek megközelítik a fő lebeny méretét, és rácsszerű diagramon vannak elosztva. Néha fázisos tömbantennákkal fordulnak elő (és a szonográfiában használt ultrahangos szondákkal is ), és annak az eredménye, hogy az egyes radiátor elemek túl nagyok és egyenletesen vannak elhelyezve a hullámhosszhoz képest. A fázisos tömb jó kialakítása és a radiátor elemek lehető optimális távolsága esetén ezek nem fordulhatnak elő, de ezt a követelményt nehéz teljesíteni nagyon nagy sávszélességgel ( UWB ).
Hátsó lebeny
Az antenna mintájának hátsó lebenyeként az oldalsó lebenyt a fő lebeny ellenkező irányába mutató irányban nevezik. Általában sokkal kisebb, mint a fő lebeny. Ha az antenna diagram ellentétes iránya sugárzási minimumot mutat, akkor az oldalsó lebenyeket, amelyek ettől az iránytól ± 15 ° -os szögben helyezkednek el, gyakran hátsó lebenyeknek nevezik.
nullapont
Az antenna diagram azon pontjait, amelyeknél a sugárzó energia gyakorlatilag nulla, nullának nevezzük. A koordináta -rendszerben elfoglalt helyzetük nulla értékű szögnek nevezhető , amelyet a fő lebeny maximuma és az első nullapont között mérnek. A fő lebenytől balra és jobbra az első nulla pozíciók között nulla szélességet mérnek.
Az antenna diagramból leolvasható paraméterek
Fél szélesség
Az általános megegyezés szerint a bot kritikus szögeit a vett teljesítmény vagy a kibocsátott intenzitás a maximális érték felére (0,5–3 dB tényező ) való meghatározása határozza meg. A sugárnyaláb-szélesség ( fele szélességének , nyitási szög ) a span között ezek a szögek és általában jelöljük görög betűvel Θ ( théta ). A parabolikus antenna fő lebenyének a szomszédos diagramokon jellemzett nyalábszélessége 1,67 °, ami nagyon jó érték a radarantennánál.
Oldalsó csillapítás
Az oldalsó lebeny csillapítása az antenna egyik alapvető paramétere, és a fő lebeny 0 ° -os erősítésének és a legnagyobb oldalsó lebeny szintjének arányát jelenti (itt a diagramon 20 ° körül). relatív szintnek kell lennie, és a lehető legnagyobbnak kell lennie.
Elöl-hátul arány
A front-back arány ( VRV , engl. Front-to-back ratio ), más néven visszatérő csillapítás, az antenna fontos paramétere, és a fő lebeny 0 ° -os szintjének és a Ez az arány relatív szintként van megadva, és a lehető legnagyobbnak kell lennie. Az oldalsó lebeny csillapításán kívül az elöl-hátul arány az irányított antenna kötegelésének mértéke: minél nagyobb az elöl-hátul arány, annál jobb az antenna.
Egyes publikációkban a VRV nem csak ehhez az egy hátsó lebenyhez kapcsolódik , hanem az összes 90 ° és 270 ° közötti oldalsó lebenyt az elülső-hátsó arány kifejezésnek tekintik , és ebből a szögtartományból csak a legerősebb oldalsó lebenyt használják. határozza meg a VRV -t. Ez akkor hasznos, ha például egy antenna minimális 180 ° -os szögben van, és a hátsó lebenyek például 175 ° és 185 ° körül vannak.
Elöl-oldal arány
Az elöl-hátul arány helyett néha egy front-to-side arányt adnak meg. Ez olyan antennáknál hasznos, amelyekben a hátsó lebeny mérete a főlebeny nagyságrendjében van, vagy mert például egy dipólus antenna függőleges antenna -diagramjával két átmérőjű sugárzási maximum keletkezik. Bizonyos irányantennákkal két ellentétes irányú sugárzás is kívánatos. Például a Kabina 66 radarral és az SRE-LL légiforgalmi irányító radarral , amelybe két parabolikus tükröt szerelnek össze , hogy úgynevezett Janus fejantennát alkossanak .
Mérési módszerek
Az antennák kölcsönössége miatt lehetséges, hogy a vevőantennát adóantennaként mérjük (és fordítva), és a mért vételi adatokból adásantennaként következtethetünk a tulajdonságokra (és fordítva). A második változat abban áll, hogy egy mobil mérőeszközt (amely adóként vagy vevőként is konfigurálható) mozgathat a merev felépítésű antenna körül, amelyet a távoli mezőben kell mérni , vagy ezt a mérőeszközt egy rögzített helyen kinyitni és az antennát elforgatni. mért.
Terepi mérések
Az antenna mérésekor kiválasztott eset a környezeti hatásoktól függ, és attól, hogy ezek mennyiben hamisíthatják az antenna diagramját. Az antenna geometriai méretei azonban gyakran megakadályozzák, hogy egy síkban forogjon. Elvileg a sugárforrást el kell mozgatni, ha a mérendő antenna erős irányító hatással bír. Ha a mérendő antenna elforgatható, akkor olyan irányba forgatható, ahonnan a lehető legkisebb külső interferencia -teljesítmény fogadható. Annak érdekében, hogy ez az interferencia teljesítményszint ne hamisítsa meg az antenna diagramját, a mérőadót az antenna körül kell mozgatni. Ennek az antenna távoli területén kell működnie, de még mindig optikai körülmények között, hogy az áramszög megfelelő optikai mérőeszközökkel ( iránykör vagy teodolit ) meghatározható legyen.
A mérés a végső helyen rögzített mérőadóval és forgó vevőantennával nagyon bonyolult, mivel a mérési eredményt a környezeti hatások meghamisíthatják. A visszaverődést és a zavaró erőt a lehető legalacsonyabb szinten kell tartani megfelelő intézkedésekkel. Nagy távolságból az állandó teljesítményű irányított radiátor pontosan az antenna irányába ragyog. A mérendő antenna elforgatásával és elforgatásával a kapott teljesítményt különböző szögekből mérik, majd grafikusan megjelenítik. Párhuzamos interferenciamező -mérés kalibrált mérőantennával, nagyon széles rekesznyílással vagy akár mindenirányú jellemzőkkel korrigálható a mérési eredmény.
Ha a mérendő antenna antenna diagramja is a talajon visszaverődő teljesítmény összetevőiből áll, akkor a mérendő antenna elfordulása nem mindig lehetséges. Az antenna geometriai méretei gyakran megakadályozzák a forgást. Ebben az esetben a sugárforrást kellő távolságra kell mozgatni (azaz nem a közeli mezőben , hanem az antenna távoli mezőjében) a mérendő antennától. Azoknál az antennáknál, amelyek már el vannak látva forgó eszközzel, például radarantennákkal , ez a mérés meglehetősen könnyen meghatározható egy speciális mérőműszerrel. A radar mező analizátor (RFA) a képen látható része egy ilyen mérőeszköz.
A vízszintes antenna diagramot a radar antenna kellően távoli helyről rögzíti ezzel a mérőműszerrel. Itt a radar antenna adóantennaként működik, és a mérőműszer mérőimpulzusokat kap. Egy kis log-periodikus dipól antenna ( LPDA ) fogadja a radar által kibocsátott impulzusokat. Az RFA itt radarvevőként van konfigurálva, és demodulálja a vett nagyfrekvenciás impulzusokat. A videojelek adatai USB kábelen (korábban SCSI interfészen) keresztül kerülnek át a laptopra .
A mérési programnak ismernie kell az antenna hozzávetőleges forgási sebességét és a radar impulzusismétlési frekvenciáját . (Ezeket az értékeket azonban magával a programmal lehet meghatározni.) A teljes antennaforgalom összes vett átviteli impulzusának amplitúdója időbélyeggel kerül mentésre. A legerősebb impulzust referenciaként veszik, és a fő lebeny középpontjaként értelmezik, és így 0 ° -ban ábrázolják. Az értékelés során az összes többi mért érték a fő lebeny szögéhez viszonyított oldalsó szöghöz van rendelve.
A függőleges antenna diagram statisztikai mérésekkel határozható meg, például a napsugárzás elektromágneses spektrumával ( napfény felvétel ). Itt a mérőműszert a radarállomáson belül állítják be, és a vevőkészülékek videó kimeneteihez csatlakoztatják. Ebben a mérési folyamatban a radar antenna vevőantennaként működik. Napkelte vagy napnyugta idején a napsugárzás minden videó amplitúdója rögzítésre kerül, és egy későbbi kiértékelési rutinban hozzárendelődik egy magassági szöghez.
Mivel a mérésekben mindig kiszámíthatatlan tényezők szerepelnek, ezért csak egyetlen méréssorozatból származó értékeket lehet összehasonlítani egymással relatív szintekként, amelyben minden egyedi mért értéket a lehető legkülönbözőbb körülmények között kell mérni. Ez azt jelenti, hogy amikor összehasonlítjuk eltérő dátummal méréssorozat, csak a diagram formában lehet jelentéssel.
Mérések laboratóriumi körülmények között
Annak érdekében, hogy az antennarendszereket laboratóriumi körülmények között mérni lehessen azzal a céllal, hogy antennadiagramot készítsenek, az antennát mozgatható forgó és forgatható asztalra kell felszerelni. A teljes mérőberendezés és a vizsgálati személy egy hatalmas Faraday -ketrecben , pl. B. forrasztott rézlemezekből. A mérőhelyiség mennyezetét, falait és padlóját, valamint a mérőberendezést csillapító anyaggal kell burkolni a visszaverődések elkerülése érdekében. A többnyire piramis alakú szerkezeti elemek kemény habból állnak, nagy grafittartalommal, hogy elnyeljék az elektromágneses sugárzási energiát és hővé alakítsák azt az egyes falelemek közötti veszteséges többszörös visszaverődés során. Nagyon nagy mérőlaboratóriumok is EMC - anechoic kamra ún.
Itt az antennát többnyire vevőantennaként használják. Egy tesztadó nagyon keskeny iránydiagrammal küldi a mérendő antenna irányát. Ezt egy síkban forgatják vagy forgatják motorokkal.
Ez a módszer használható mérési eredményeket hoz, de inkább elméleti értéket képvisel, mivel különösen a függőleges antenna diagramja változhat az antenna végső helyén lévő földfelszín hatása miatt. Főleg antennaépítésben és javításban használják. Nagyon alacsony frekvenciák és így geometriailag nagy antennák esetén az antenna méretét kellő pontossággal csökkenteni lehet, és az alkalmazott mérési frekvenciát skálára lehet növelni.
Példák
Különféle antennák léteznek, amelyeket gyakran az antenna diagram geometriai alakjáról neveznek el:
- Mindenirányú antennák, amelyek sugárzása a síkon belül minden irányban a lehető legegyenletesebb,
- Irányított antennák kifejezett fő lebennyel,
- Ceruzanyaláb -antennák rendkívül vékony fő lebennyel és nagyon magas antennaerősítéssel ,
- Ventilátor antennák és
- Cosecans² antennák , mindkettőt kifejezetten radar alkalmazásokhoz tervezték .
irodalom
- Edgar Voges : nagyfrekvenciás technológia . Dr. Alfred Hüthig Verlag, Heidelberg 1987, ISBN 3-778-51270-6 .
- Karl Rothammel : Antennenbuch . 10. kiadás. A Német Demokratikus Köztársaság katonai kiadója, Berlin 1984.
web Linkek
- Antennák ( Memento 2010. augusztus 27 -től az Internet Archívumban ), előadás forgatókönyve (PDF fájl; 1300 kB)
- Az antennaelmélet alapjai (PDF fájl; 411 kB)
- Antennentechnik - Radar antennák (PDF fájl; 662 kB)
- A " kétirányú antenna diagram " kifejezés magyarázata
Egyéni bizonyíték
- ↑ Rádió- és rádióhívó rendszerek ( Memento 2008. június 19 -től az Internet Archívumban ) (PDF, 985 kB) - Ajánlás a NISV -hez (tervezet 2005. július 6 -tól)