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小環(huán)形天線:現(xiàn)場測試

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-03-04 09:44 ? 次閱讀

確定天線特性的唯一方法是測量其性能,因為僅靠理論無法預(yù)測實際結(jié)果。天線產(chǎn)生的場非常復(fù)雜,因為它們與環(huán)境中的一切相互作用。鑒于這種復(fù)雜性,如果您使用經(jīng)驗豐富且經(jīng)過認(rèn)證的天線實驗室來處理測試、標(biāo)準(zhǔn)及其細(xì)微差別,天線測量和分析將更加成功。

本文是對遙控?zé)o鑰匙進入(RKE)應(yīng)用的天線理論和設(shè)計進行兩部分分析的第二部分。本文的第一部分“小環(huán)形天線:第 1 部分 — 仿真和應(yīng)用理論”解釋了天線分析的復(fù)雜性,介紹了幾個仿真測試,討論了測試結(jié)果,并比較了短環(huán)或開環(huán)天線設(shè)計的優(yōu)勢和局限性。本文是我們討論的第二部分,重點介紹實際的天線現(xiàn)場測試,其中包含 FCC 為設(shè)備認(rèn)證所需的一些技術(shù)和測試參數(shù)。使用第一部分中介紹的Maxim天線板,進行了室外“真實世界”現(xiàn)場測試。將第1部分中介紹的理論結(jié)果與實際現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進行比較。

本文不介紹如何執(zhí)行實際的 FCC 測試;這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了討論的范圍。相反,我們的目標(biāo)是幫助讀者了解在測試設(shè)備時會出現(xiàn)哪些設(shè)計和環(huán)境問題。簡而言之,本文旨在幫助促進成功的 FCC 認(rèn)證。

1. 現(xiàn)場測試方法

1.1 測試范圍

用于測試Maxim天線的方法(圖1)不是深入的FCC認(rèn)證測試。相反,我們的方法旨在根據(jù)第一部分中的模擬結(jié)果驗證天線性能,而無需使用消聲室。雖然我們在專業(yè)天線范圍內(nèi)進行測試,但可以使用商用木材和常用的射頻實驗室設(shè)備在空曠的場地中重復(fù)測試環(huán)境和設(shè)置測量。為了確保這些測量結(jié)果非常實用,我們希望DUT能夠“看到”它在實際使用中遇到的相同地面反射。我們還模擬了 FCC 對測試站點的要求,特別是具有地面反射、不同天線高度以及 DUT 和接收天線之間水平距離為 3m 的開放區(qū)域。

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圖1.3m參考測量。

FCC 合規(guī)性測試旨在確保設(shè)備散熱器的任何發(fā)射的場強在給定距離處不超過指定的場強。輻射可能來自有意(發(fā)射器)和無意(雜散、諧波、數(shù)字噪聲)輻射器,這些輻射的限值因應(yīng)用和設(shè)備類型而異。我們的實驗方法只測量了天線特性,而不是無意的輻射器。

如上所述,F(xiàn)CC 合規(guī)性測試側(cè)重于距離設(shè)備3m處的峰值排放。在某些情況下,排放測試是從10米開始參考的;其他排放測試測量功率與場強的關(guān)系。附錄 A 描述了其中的一些關(guān)系。發(fā)射參考、距離或場強都可以在一個參考處測量,然后計算到另一個參考。為簡單起見,我們所有的測量都是在 3m 處進行的。

測量 DUT 時涉及兩個天線:一個來自 DUT,另一個來自傳感天線。我們測試中的傳感天線是一種寬帶、UHF 對數(shù)周期天線,占用面向輻射 (RKE) 設(shè)備的空間。因此,設(shè)備和接收(傳感)天線之間的3m距離不是絕對精確的。此外,檢測天線是具有參考增益和物理參考點的校準(zhǔn)參考。天線實際上有兩個明確標(biāo)記的參考點,一個靠近物理中心,另一個在天線的末端。測試的參考點因合規(guī)性測試的類型而異。圖2顯示,對于這些場強測量,參考值靠近天線中心。參考電壓源通常位于天線末端,用于抗噪測試。

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圖2.感應(yīng)天線示意圖。

對于測試設(shè)置(圖 3a3b),DUT 物理固定在旋轉(zhuǎn)平臺上以表示其實際應(yīng)用。天線范圍是在室外完成的,不使用消聲材料。鈑金覆蓋了整個旋轉(zhuǎn)平臺和外部地面區(qū)域,以提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出測試區(qū)域的近乎完美的地面。旋轉(zhuǎn)平臺直徑約3米,每隔20度包含刷子,以確保它與外部地面連續(xù)接地,面積約為400平方米。

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圖 3a 和 3b。測試范圍設(shè)置條件。

傳感天線安裝在沿Z軸移動的支架上,并在測試室進行遠(yuǎn)程控制。這個支架上的一切都由非導(dǎo)電電介質(zhì)(玻璃纖維型材料)制成,包括螺釘,因此沒有任何東西干擾現(xiàn)場測量。檢測天線還可以旋轉(zhuǎn)垂直(如圖4所示)或水平極化。

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圖4.傳感天線(垂直極化)安裝在可變 Z 軸桅桿上。

位于大約40米外的測試室遠(yuǎn)程控制天線并測量感應(yīng)天線接收的內(nèi)容。在我們的案例中,我們僅使用安捷倫頻譜分析儀作為接收器圖 5)。軟件驅(qū)動一個自動化系統(tǒng),該系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動時記錄來自傳感天線的功率。由于我們的 DUT 只是一個天線,信號發(fā)生器提供了足夠的功率來確保接收器具有良好的信噪比。實際輸出并不重要,因為一切都是相對于偶極子的;在我們的例子中,我們將發(fā)生器設(shè)置為 16dBm。實際上,DUT可能包含發(fā)射器,因此同軸電纜干擾測量不存在問題。在我們的例子中,我們使用了同軸電纜,其效果在天線圖上可以看到,看起來很像第一部分中的模擬。

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圖5.測試范圍和測量系統(tǒng)。

1.2. 校準(zhǔn)

由于不存在各向同性輻射器,因此類似于各向同性天線的最接近和最簡單的形式是偶極子。偶極子易于構(gòu)建且易于理解,包括其與各向同性源的理論差異。天線書中通常描述的偶極子有兩種類型:理想偶極子和半波偶極子。理想的偶極子遠(yuǎn)場在數(shù)學(xué)上表示為完美的無孔甜甜圈,它沒有考慮沿偶極子元素的實際電流分布。由于偶極子是無孔甜甜圈,因此它在元件軸上沒有場或垂直于天線的最大場。

如果我們向偶極子和各向同性輻射器提供相等的能量,則更多的能量將垂直于偶極子,因為兩端不存在能量。由于場是從完美球體修改而來的,因此偶極子將具有方向性,并且據(jù)說在各向同性源上具有增益。理想偶極子的理論增益在各向同性上為 1.76dB1。理想的偶極子是另一種數(shù)學(xué)模型,與半波偶極子不同。半波偶極子是實際物理偶極子天線的更真實的表示形式(見圖6),因為它是根據(jù)元件的電流而不是理想的數(shù)學(xué)偶極子模型建模的。理論上,半波偶極子的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)在各向同性輻射器上具有2.15dB2的增益。我們將使用此測量值作為參考。

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圖6.比較半波與各向同性遠(yuǎn)場模式。

半波偶極子參考具有伸縮元件,其兩端調(diào)整為1/4λ。將偶極子安裝在與檢測天線相同的極化中時,測量偶極子參考天線,為測量DUT提供參考基礎(chǔ)。參見圖 7。

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圖7.UHF 高波段和低頻段參考偶極子。

用DUT代替參考偶極子,使被測場相對于半波偶極子具有增益或損耗。為了確定測量場相對于各向同性源的測量場,從作為偶極子參考的測量值中刪除了2.15dB:

功率 (dBd) 半波偶極子 - 2.15dB = 功率各向同性源 (dBi)

1.3. 峰場校準(zhǔn)

天線旁瓣和地面反彈是進行天線校準(zhǔn)和測試時必須考慮的兩個主要因素。通過將檢測天線延伸到空間并記下峰值,從參考偶極子的峰值測量開始校準(zhǔn)(圖 8)。通過這樣校準(zhǔn),消除了系統(tǒng)中的所有損耗和檢測天線的任何增益,因為場測量都相對于半波偶極子的峰值場。

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圖8.校準(zhǔn)參考偶極子的干涉。

校準(zhǔn)必須在垂直和水平極化下進行,因為導(dǎo)電接地會以不同的方式反射場。

下一個問題是傳感天線的輻射方向圖。雖然主瓣是寬鉛筆波束,但可以有與任何定向天線相關(guān)的重要旁瓣。

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圖9.Horz LP在地面上的諧波性能。

圖9顯示了當(dāng)相對于陣列的短波長驅(qū)動時,對地上等效對數(shù)周期的檢測天線仿真。隨著波長的延長,旁瓣變得不那么尖銳和變?nèi)酢D9中的仿真僅說明了檢測和基準(zhǔn)之間的旁瓣;它不是對實際使用的日志周期的模擬。F是基波,2F和3F分別是LP設(shè)計上方的二次和三次諧波,大約高于地面一個波長。Z軸上的場再次是地球接地的影響。

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圖 10.查找峰值場強。

圖10比較了從偶極子測量峰值場時LP檢測天線的垂直位置相對于仿真和實際測量;它說明了旁瓣和地面效應(yīng)的影響。當(dāng)最大天線增益的直接路徑組合相互優(yōu)化時,將出現(xiàn)兩個天線之間的峰值。請注意,在照片中,偶極子是垂直極化的,感覺是水平的。實際上,兩個天線將處于相同的極化狀態(tài)。出于校準(zhǔn)目的,除了找到峰值外,高度并不重要。但是,重要的是要注意,感測力可能遠(yuǎn)高于參考或DUT值。確定峰后,將參比偶極子在平臺上旋轉(zhuǎn)360度以獲得參考值(表1)。傳感天線保持固定在圖10所示的高處。

圖10說明了場瓣如何影響Tx和Rx。實際上,場瓣的影響要復(fù)雜得多,因為波不會在空間中折射,如圖10所示,峰瓣接觸。當(dāng) DTX 和 DRX 的增益組合得到優(yōu)化時,最大的能量傳輸發(fā)生在 Tx 和 Rx 天線之間的直線路徑上,從而在高度 h 處產(chǎn)生 3m 徑向距離的峰值信號。此時,檢測天線的峰值信號為天線實現(xiàn),并且旋轉(zhuǎn)參考或DUT以產(chǎn)生相對于圖11中“繪圖平面”的天線圖。

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圖 11.兩個天線之間產(chǎn)生的峰值場。

由于參考天線和偶極子的場方向圖相對于頻率的行為不同,因此也必須對諧波重復(fù)該過程。偶極子將具有雜散瓣和諧波處的額外增益。因此,必須重新調(diào)整偶極子,以便在所有測量頻率下保持1/2 λ。使用的參考偶極子由伸縮元件制成,因此可以手動調(diào)整到測量的波長。如果波長超出其伸縮范圍,則使用下一個尺寸的偶極子。請參見上面的圖 7。

以下是用于天線測量的實際校準(zhǔn)因子的圖表。表1中的所有條目均為測試室的50Ω測量值。

表 1.校準(zhǔn)因子的參考值

頻率
(兆赫)
西格根
(分貝)
偶極子接收電平
(垂直偶極子)(
dBμV)
偶極子Rx電平
(水平偶極子)(
dbμV)
各向同性因子
V H
315 16 96.9 98.4 94.7 96.2
433 16 94.9 94.7 92.7 92.5
630 16 89.1 92.2 86.9 90.0
866 16 88.2 86.9 86.0 84.7

偶極子Rx電平是在頻譜分析儀上從Tx參考偶極子測量的RF電壓,單位為50Ω。從實際測量值中減去2.2dB,得到接收電平,就好像它是各向同性的Tx源一樣。

各向同性因子 = Rx 電平偶極子 - 2.2dB 產(chǎn)生相對于各向同性天線的 Rx 電平。

為了得出場強值,還必須考慮天線系數(shù)、AF 和同軸電纜損耗,所有這些都將在后面解釋。

1.4. 極化注意事項

水平 (H)、垂直 (V) 和圓形 (C) 偏振波都是橢圓偏振波的特殊情況,V 或 H 分量等于零,或者 V 和 H 分量彼此相等。然而,V、H 或 C 通常不被稱為“橢圓形”;而是 V、H 或 C 以外的任何情況都被歸類為橢圓形。

關(guān)于極化,在使用時不太完美的天線中有兩個主要考慮因素。第一個考慮因素是,空間中任何占據(jù)三個維度且不完全對稱的東西都會在其不對稱處產(chǎn)生電壓差。

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圖 12.激發(fā)略橢圓偏振場。

第二個考慮因素是,在沿一個軸查看對象時,也可以沿另一個軸從另一個視圖看到該對象。一個例子是從圖12的角度向下投影到線性極化參考偶極子的檢測天線。偶極子元素具有水平和垂直分量。傳感天線在 H 或 V 位置接收的能量不僅取決于天線的不對稱性,還取決于傳感天線相對于參考或 DUT 的“視角”。參見圖 13

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圖 13.將偏振感測為視角的函數(shù)。

幸運的是,我們只關(guān)注以偶極子標(biāo)準(zhǔn)為參考的峰場;DUT和偶極子常見的任何系統(tǒng)損耗或錯誤都將被取消。這使得測量變得更加簡單,因為一切都以垂直或水平半波偶極子為參考。關(guān)鍵的一點是,盡管進行了H和V天線測量,但可能存在意想不到的交叉或相反極化場。

1.5. 估計 3m 處的場強

雖然估計場強對于參考偶極子并不重要,但當(dāng)我們以每米μV為單位時,它確實有助于估計理論場。如果不完全了解DUT整個表面周圍的場強,就不可能估計DUT的場強。對于偶極子示例來說,這很好理解,因為我們可以從假設(shè)各向同性源開始,然后在各向同性上增加 2.15dB 的方向性增益。

考慮到附錄A中的關(guān)系,3米的場強為:

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表2描述了由設(shè)置為16dBm的信號發(fā)生器驅(qū)動的偶極子的上述計算場強。

表 2.在自由空間中,F(xiàn)和100F處2%高效半波偶極子的最大場強

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1.6. H 和 V 極化之間的場變化

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圖 14.偶極子對H和V極化的接地方向性的影響。

垂直天線產(chǎn)生的E場將小于水平天線(H偶極子)產(chǎn)生的E場,因為能量輻射超過360度。由于能量完全圍繞其垂直軸分散,因此地面反彈(V偶極子)的影響也減少了。使用水平天線時,峰場垂直于偶極子;部分峰值場指向地面并被地面反射。結(jié)果是方向性增益更高,地面反彈干擾更大。因此,可以同時進行V和H場測量(圖14)。

1.7. 考慮近場(3m)的地面反彈

估計近(3m)場中的地面反彈有兩個重要的考慮因素。首先,上表2中的場強來自各向同性源,因此偶極子也參考自由空間。地面通過反射能量影響場并使其更強,如圖 10 所示。EZNEC軟件可以估計近場和遠(yuǎn)場的場強,如下下圖所示,模擬自由空間中完美偶極子和離地面1m的半波偶極子的近場強度為300MHz(圖1516)。另請注意,波瓣向天空的發(fā)射角度對天線離地面的高度非常敏感。

其次,0.4V/m 等于 400,000μV/m,這大大高于 FCC 在第 15.231 部分允許的,即使對于自由空間情況也是如此(見附錄 B)。地面的反射只會讓事情變得更糟。然而,常見的發(fā)射器部件在7dBm至13dBm之間,這些部件并不違反FCC規(guī)則,因為RKE設(shè)備上的天線效率約為5%,由于尺寸小,因此極差。效率低會導(dǎo)致 -13db 的功率損耗,從而使器件符合 FCC 標(biāo)準(zhǔn)。由于偶極效率非常好,甚至接近100%,它會產(chǎn)生高場強值。

為了考慮315MHz和433MHz(包括二次諧波)地面反彈對場強的理論影響,NEC估計近場為3m。分析考慮了表2中的實際RF電平,該電平被傳遞到離地面1m的參考偶極子。

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圖 15.EZNEC模擬了3m處的Horz偶極子場強與高度(Z)(315MHz和630MHz)的函數(shù)關(guān)系。

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圖 16.EZNEC模擬了3m處的Horz偶極子場強與高度(Z)(433MHz和866MHz)的函數(shù)關(guān)系。

從圖15和圖16中,我們看到自由空間中的理想偶極子與地面反彈產(chǎn)生的峰值場之間的差異為:

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地面反彈的增益在整個頻率上不會相同,因為它取決于兩個正弦波前的總和。此外,隨著天線離地面高度的增加,直射波和反射波減少1/r2,但它們在目標(biāo)處的組合減少1/r。4.近場和遠(yuǎn)場之間的NEC仿真結(jié)果通常顯示遠(yuǎn)場的增益比近場高約1dB。表3H和3V中的以下結(jié)果在近場(3m)中。

表 3H. 3m 偶極子 RMS 峰值場強 離地面 1m,由近場模擬的地面反彈產(chǎn)生(H— 極化)

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表 3V. 3m 偶極子 RMS 峰值場強,中心距地面 1m,由近場模擬的地面反彈產(chǎn)生(V - 極化)

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注:表3和本文檔其他地方提供的場強數(shù)據(jù)僅供說明之用;數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確或全面,無法確定潛在的危險電磁暴露。

1.8. 天線系統(tǒng)的偽一致性測試

如果我們要在315MHz和433MHz的天線測量中使用順應(yīng)性模板,則必須在附錄B中插入最大場強。通過將頻率代入公式,可以實現(xiàn)表4表5中的以下等式。

表 4.第15.231部分 315MHz在3m處的插值場強

排放類型 基波μV/m和dBμV的場強 雜散μV/m和dBμV的場強
超過周期 EuV/m= 2417
E分貝(uV/m)= 67.7
EuV/m= 241
E分貝(uV/m)= 47.7
周期的 EuV/m= 6042.7
E分貝(uV/m)= 75.6
EuV/m= 604.2
E分貝(uV/m)= 55.6

表 5.第15.231部分 433MHz在3m處的插值場強

排放類型 基波μV/m和dBμV的場強 雜散μV/m和dBμV的場強
超過周期 EuV/m= 4384.8
E分貝9uV/m= 72.8
EuV/m= 438.5
E分貝(uV/m) = 52.8
周期的 EuV/m= 10960
E分貝(uV/m)= 80.8
EuV/m= 1096
E分貝(uV/m)= 60.8

使用表3中的峰場并將其視為FCC合規(guī)性的示例,我們將表3和表4中的第5列轉(zhuǎn)換為表6A6B中的μV/m和dBμV。

表 6A.超過周期性偽順應(yīng)性的示例(H 和 V 極化)

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表 6B.周期性偽順應(yīng)性示例(H 和 V 極化)

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在考慮接地反彈的影響并確保符合FCC 15.231標(biāo)準(zhǔn)時,表6B顯示,對于基波,高效半波偶極子的發(fā)射必須降低約33dB至49dB,對于諧波,必須降低約54dB至69dB。相同的調(diào)整適用于垂直極化的情況;由于垂直天線的360°全向模式的增益低于雙向偶極子的增益,因此發(fā)射水平較低。

1.9. 檢測天線因數(shù)和估計參考測量誤差

頻譜分析儀測量接收功率,并可以輕松計算測量電壓,假設(shè)為50Ω,如表1所示。但是,表2中的發(fā)射功率或場有多少被接收天線捕獲并不簡單。為了將表1與表2相等,關(guān)系將是天線范圍和天線系數(shù)AF的鏈路損耗E(每 V 1V/m 或 1/m)的 LP 檢測天線。天線因數(shù)廣泛用于EMC現(xiàn)場測量,作為通過將網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于場理論來測量物理設(shè)備的實用方法。

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Gant = 感測 LP 天線的線性增益:

Aaperture = 天線的實際孔徑考慮了失配和天線效率。

對于以 dB 為單位的項:

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由于天線捕獲E場并將其轉(zhuǎn)換為在50Ω系統(tǒng)中測量的電壓,因此使用以下通用表達式3。對于磁耦合或非50Ω環(huán)境,AF表達式不適用,并且與上述表達式有很大不同。最后,我們可以根據(jù)接收器上測量的電壓確定E場電平。

事件 = VRX + AFE + CoazLoss

入射 (dbuV/m) = 來自測量值的天線處的 E 場。

VRX (dbuV) = 測量電壓(來自 50Ω 中的 Rx 功率)表 1 中的“偶極子 RX 電平”。

AFE (dB1/m) = 天線系數(shù),檢測天線的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(認(rèn)證公差 = 1.5dB)。

同軸損耗 (dB) = 從傳感天線到接收器的傳輸線損耗。

為了比較我們的NEC模擬值,并考慮地面反彈與測量值的影響,我們得出計算誤差:

計算誤差 (dB) = ETX - 事件

ETX (dBuV/m) = V 或 H 參考偶極子的模擬 E 場,包括地面反彈因子,表 6 中的“NEC 估計場附近峰值,H = 1m”

表 7H.求解測得的場強并與 H 偏振參考偶極子的模擬地面反彈 Tx 值進行比較

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表 7V.求解測量的場強并與V極化參考偶極子的模擬地面反彈Tx值進行比較

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2. 測量被測設(shè)備 (DUT)

2.1 失配問題

為了最大限度地減少租用范圍內(nèi)的測試時間,并避免通過重新定位天線和增加機械變化來引入錯誤,天線(DUT)不匹配。由于反射系數(shù)很大,因此與DUT相關(guān)的失配損耗很大。雖然失配損耗不會顯著影響天線相對于偶極子的方向圖,但它會顯著影響場強。給定天線的測量反射系數(shù),S11,我們可以通過不匹配天線來找到相關(guān)的失配損耗。該因子將包含在數(shù)據(jù)圖中(表8)。

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表 8.失配損耗校正

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2.2. 輸送到 DUT 的功率(P 天線)

當(dāng)信號發(fā)生器設(shè)置為16dBm時,功率實際上是在失配損耗和同軸損耗后輸送到DUT天線的?;ê投沃C波均在表9中提供:

輸送到天線的功率 = P信號發(fā)生器, q電纜損耗, q失配損耗.

表 9.天線功率

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2.3. DUT 測試夾具和測試矩陣

測量表1中的校準(zhǔn)因子后,用DUT代替參考偶極子,并以與基準(zhǔn)完全相同的方式測量。對V和H極化中的基波和二次諧波進行兩組測量,以得出開路和短路情況下環(huán)形天線的場方向圖。數(shù)據(jù)的組織方式如圖 17 所示,并定義了以下每個圖:

天線類型 |職位 |檢測 LP 極化 |樂隊

具體來說,SFV3 = 短路天線 |平倉 |垂直 LP |315兆赫

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圖 17.數(shù)據(jù)測試矩陣和平坦的天線位置。

示例圓和偶極子參考如圖18所示。

原始數(shù)據(jù)(灰線)是通過天線范圍測量的數(shù)據(jù)。

S11校正(黑線)是添加到原始數(shù)據(jù)的失配損失。

增益圓(外部)是3dBd增益基準(zhǔn)與偶極子的關(guān)系。

偶極子參考(0dBd)圓被校準(zhǔn)為偶極子基準(zhǔn)的單位增益。任何低于0dBd(E場(dB)強度)的東西都低于偶極子,這可能是由于能量指向其他地方或效率低下;任何高于此值的值都是由DUT的天線方向性引起的偶極子增益。

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圖 18.測試情節(jié)和圖例。

3. 峰場測量

3.1. 測量數(shù)據(jù)

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4. 總結(jié)

4.1. 概述

在所有情況下,基波相對于偶極子都有相關(guān)的場強損失。這是由于效率差異和小孔徑而意料之中的?;ǖ膱龇较驁D通常為360°,通常比偶極子小10dB至20dB,這對應(yīng)于小環(huán)形天線的5%或-13dB預(yù)期效率。

一個案例,SFV3,一個平躺的短路環(huán)路在V極化中給出了非常好的結(jié)果-3dBd和非常完整的369°全向模式。這是幸運的,因為這通常是天線在遙控鑰匙中的定位方式。然而,該字段是三維的;雖然測量了峰場,但這可能不是靶向Rx的所需波瓣。

在大多數(shù)情況下,諧波比基波具有可觀的增益,并且固有的失配損耗較小。在一種情況下,二次諧波實際上相對于圖OUV6中的參考偶極子具有增益。這應(yīng)該不會太令人驚訝,因為隨著諧波的環(huán)路變長,天線將開始具有方向性和更高的效率。與基波相比,諧波的場方向圖也不那么均勻,更難預(yù)測,這表明隨著波長變短,電路板上的所有東西都開始對天線產(chǎn)生影響。

在比較開環(huán)和短路環(huán)的仿真結(jié)果時,實測數(shù)據(jù)也證實了我們對開路天線的仿真;基波和諧波的場型比短路環(huán)路的場型稍微均勻一些。雖然這在實踐中可能很有吸引力,但請記住,同軸屏蔽對天線的良好效率和平坦度起著重要作用,而不是天線本身更好。天線效率也隨著波長的縮短而提高。433MHz場通常高于-10dBd,315MHz場約為-15dBd至-20dBd,但平均高于433MHz場強的諧波除外。

短路的情況更為復(fù)雜,正如我們在本文第一部分中通過模擬確定的那樣。在大多數(shù)情況下,場模式在前視場后面有一個空值。第 1 部分中的仿真表明,同軸電纜、環(huán)路電流和接地都相互作用以產(chǎn)生最終結(jié)果。場強平均比開環(huán)情況低10dB。雖然較低,但在實踐中可能更現(xiàn)實,因為大部分能量將在環(huán)路內(nèi),而不是同軸電纜的測量誤差。峰值場強也與許多理論效率估計值(約5%)相匹配。

觀察峰值場時,檢測天線向下看環(huán)路。環(huán)路也由水平位置的同軸電纜饋送,然后垂直下降到信號發(fā)生器。這些因素的組合導(dǎo)致交叉極化場。實際上,發(fā)射器將包含在天線內(nèi),因此不存在同軸系數(shù)。

4.2. 結(jié)論

地面和測試夾具在天線測量中起著主要作用??紤]到所有因素,仍然很難使預(yù)測結(jié)果與實際測量結(jié)果相匹配。構(gòu)建天線測試范圍并不復(fù)雜,如果只需要設(shè)計或預(yù)一致性測試,就可以完成。一些天線現(xiàn)場測試使用懶惰的Suzan,繩索,滑輪和常見的實驗室設(shè)備來實現(xiàn)這一點。但有一個警告。在不使用模擬器探索理論和預(yù)測結(jié)果的情況下解釋這些現(xiàn)場測試結(jié)果可能會產(chǎn)生誤導(dǎo)。最后,許多微妙的因素會影響測量,可靠的合規(guī)性測試必須留給合格且經(jīng)驗豐富的實驗室。

天線模擬器是了解正在發(fā)生的事情的一般情況的寶貴工具。然而,在校準(zhǔn)期間獲取峰值讀數(shù)只是在Z軸上獲取切片。天線仿真不夠準(zhǔn)確,無法為小環(huán)路提供所有必要的信息。為了準(zhǔn)確測量天線,您需要步入Z軸,切片X-Y場方向圖,并考慮接地的影響。與峰值測試相比,這些任務(wù)手動完成將非常費力,但模擬起來非常簡單。由于FCC只關(guān)注峰場,因此只需搜索最大場強以確保合規(guī)性,并將場優(yōu)化為預(yù)期目標(biāo)。仿真和測量協(xié)同工作以優(yōu)化設(shè)計,并幫助工程師了解天線參數(shù)或找到適用于FCC法規(guī)的峰值場。

審核編輯:郭婷

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