Różne typy anten, jako podstawowe elementy systemów komunikacji bezprzewodowej, mają wydajność, która bezpośrednio wpływa na zasięg sygnału, wydajność komunikacji i niezawodność sieci. Wraz z szybkim rozwojem technologii, takich jak 5G, 6G, Internet wszystkiego, inteligentne pojazdy połączone z siecią oraz sieci lotnicze i satelitarne, systemy antenowe ewoluowały od prostych, jednofunkcyjnych urządzeń-do złożonych systemów obejmujących anteny komunikacyjne-ogólnego przeznaczenia, anteny stacji bazowych, anteny do wewnętrznych systemów dystrybucji sygnału, inteligentne anteny i anteny do specjalistycznych-zastosowań.
Testowanie wydajności anteny to kluczowy krok zapewniający jakość łącza komunikacyjnego, tłumienie zakłóceń elektromagnetycznych i zgodność z wymogami regulacyjnymi dotyczącymi częstotliwości radiowej; jego dokładność testowania ma bezpośredni wpływ na skuteczność operacyjną systemów, takich jak łączność mobilna, nawigacja satelitarna, sprzęt radarowy i systemy łączności awaryjnej – i odgrywa kluczową rolę w określaniu zarówno wrażeń użytkownika sprzętu, jak i bezpieczeństwa samego sprzętu, a także personelu i mienia.
Obecne usługi testowania anten często stoją przed wyzwaniami, takimi jak wąskie pokrycie pasma częstotliwości testowej, fragmentaryczna alokacja zasobów i brak zintegrowanych możliwości testowania-szerokopasmowego; ponadto istniejące wewnętrzne platformy testowe dla przedsiębiorstw borykają się z niedostatecznym pokryciem pasma częstotliwości, a koszt modernizacji tych platform pozostaje zaporowo wysoki. Wykorzystując swój wyspecjalizowany zespół techniczny zajmujący się mikrofalami i częstotliwościami RF oraz integrując wewnętrzne i zewnętrzne zasoby oprogramowania i sprzętu, w ramach projektu GRGTEST utworzono dwie znormalizowane platformy komór bezechowych do testowania anten. Platformy te świadczą kompleksowe usługi testowania-innych firm, obejmujące pomiary-pola bliskiego i-dalekiego dla anten w całym zakresie częstotliwości od 50 MHz do 110 GHz, w pełni spełniając różnorodne wymagania testowe w zakresie prac badawczo-rozwojowych nad antenami, finalizacji i walidacji produkcji masowej.
Zasady testowania anten i elementy testowe
Antena jest zasadniczo urządzeniem do konwersji energii pomiędzy falami kierowanymi i falami elektromagnetycznymi w wolnej przestrzeni; jego charakterystyka nadawczo-odbiorcza jest zgodna z twierdzeniem o wzajemności elektromagnetycznej. Testowanie obejmuje dwukierunkową akwizycję amplitudy i fazy sygnału promieniowania zarówno po stronie nadawczej, jak i odbiorczej, a następnie obliczenie różnych parametrów działania anteny. W branży stosuje się głównie dwa typy metodologii testowania: testy w polu-bliskim i-dalekim.
(1) Testy-w bliskim polu
W obszarze-bliskiego pola (który obejmuje zarówno indukowane-pole bliskie, jak i wypromieniowane pole bliskie-; odległość jest zazwyczaj<(2D²)/λ, where D denotes the maximum antenna size and λ represents the wavelength), a high-precision probe is used to scan the surface of the antenna under test (AUT-Antenna Under Test) – whether it is planar, cylindrical, or spherical – to acquire its amplitude and phase measurements; subsequently, the far-field radiation characteristics are calculated using a near–far-field transformation algorithm (based on Fourier transform or mode expansion theory, derived from the Huygens–Kirchhoff diffraction principle). The probe position must be strictly controlled (sampling interval ≤ λ/2), and the probe response must be calibrated. The schematic diagram of the antenna near-field testing procedure is shown in Figure 1 below.
Rysunek 1. Schemat ideowy-pomiaru bliskiego pola anteny
(2) Testy-w dalekim terenie
In regions satisfying the far-field condition (typically when R>(2D²)/λ, gdzie D to maksymalny rozmiar anteny, a λ to długość fali), do transmisji przybliżonej fali płaskiej wykorzystuje się antenę referencyjną o znanym wzmocnieniu; antena testowa-(AUT) odbiera lub emituje tę falę. Mierząc współczynnik transmisji (np. S₂₁) i obracając AUT, uzyskuje się charakterystykę promieniowania, wzmocnienie i inne parametry. Wymagania są takie, aby pola elektryczne i magnetyczne były ortogonalne, impedancja fali była równa impedancji-przestrzeni wolnej (377 Ω), a faza zmieniała się równomiernie wraz z odległością. Schemat ideowy testu-dalekiego pola anteny pokazano na rysunku 2.
Rysunek 2. Schemat ideowy-pomiaru dalekiego pola anteny
(3) Główna różnica między testowaniem-pola bliskiego i-dalekiego
Testy-w dalekim polu bezpośrednio odzwierciedlają rzeczywiste warunki pracy, ale wymagają dużej przestrzeni roboczej (np. dużej mikrofalowej komory bezechowej); badania w polu-bliskiego pola można przeprowadzić w kompaktowej komorze bezechowej i są one odpowiednie dla dużych lub złożonych anten, choć opierają się na-wysokiej precyzji pomiaru fazy i wyrafinowanym przetwarzaniu danych. Obie metody opierają się na twierdzeniu o wzajemności anteny i umożliwiają pomiar charakterystyki zarówno nadawania, jak i odbioru. System do testów-bliskiego pola składa się z ramki skanującej, wektorowego analizatora sieci (VNA), pochłaniającej komory bezechowej i specjalistycznego oprogramowania; system do testowania-dalekiego pola wymaga wystarczającej odległości (lub kompaktowego reflektora polowego do symulacji fali płaskiej) wraz z gramofonem. Właściwy wybór zależy od takich czynników, jak częstotliwość, rozmiar anteny, wymagana dokładność i ograniczenia miejsca.
Rozróżnianie na podstawie praktycznego zastosowania:
Testowanie anteny bliskiego pola- nadaje się do zastosowań takich jak przesuwanie kart NFC, systemy RFID i ładowanie bezprzewodowe – czyli scenariusze, które obejmują krótkie odległości i silne sprzężenie, ale wymagają wysokiego bezpieczeństwa.
Testowanie anteny w-polu dalekim jest stosowane głównie w scenariuszach, w których wymagane są fale wypromieniowane w celu zapewnienia dużego-zasięgu i pokrycia dużego obszaru-, takiego jak telefonia komórkowa, stacje bazowe,-Wi-Fi, radary i systemy satelitarne.
(4) Przyrządy i sprzęt badawczy używany do testowania anten
Testowanie anten wymaga użycia profesjonalnego systemu sprzętu pomiarowego (w tym odpowiedniego oprogramowania i sprzętu); podstawowe instrumenty obejmują wektorowe analizatory sieci (VNA), komory bezechowe do testowania anten, analizatory widma i kompleksowy sprzęt do testowania bezprzewodowego.
GRGTEST Platforma technologiczna do testowania anten i możliwości usług
(1) Platforma do testowania anten szerokopasmowych w paśmie 650 MHz–18 GHz-
Ta platforma testowa to mikrofalowa komora bezechowa o średniej--dużej- skali; jego system sprzętu testowego i powiązane z nim oprzyrządowanie umożliwiają testowanie zarówno-pola dalekiego, jak i{4}bliskiego. Możliwości usługi są następujące:
1. Zakres pasma częstotliwości: 650 MHz – 18 GHz,
2. Wymiary AUT: 300 cm × 300 cm × 250 cm;
3. Specyfikacje wydajności:
⑴ zysk,
⑵schemat kierunkowy;
(3) Szerokość listka bocznego i wiązki mocy;
⑷impedancja wejściowa;
⑸współczynnik odbicia;
⑹ strata w powrocie;
⑺ współczynnik fali stojącej- napięcia ;
(8) Efektywna długość elektryczna i powierzchnia efektywna;
⑼ Tryb polaryzacji;
⑽przepustowość anteny;
⑾ Izolacja portu;
⑿ rezystancja izolacji;
⒀……
4. Docelowi beneficjenci:
Producenci i instytucje badawcze, które wymagają outsourcingu testów anten-zewnętrznych agencji testujących; instytucje badawcze i producenci zajmujący się badaniami i rozwojem oraz produkcją rozwiązań integracyjnych systemów i urządzeń; a także handlowcy antenami.
(2) Platforma do testowania anten-pasmowych o szerokości 50 MHz–110 GHz
Ta platforma testowa to wielkoskalowa-mikrofalowa komora bezechowa; system sprzętu testowego oraz powiązane z nim przyrządy i mierniki umożliwiają testowanie zarówno-pola dalekiego, jak i-bliskiego. Możliwości usługi są następujące:
1. Zakres częstotliwości: 50 MHz – 110 GHz,
2. Wymiary AUT: 300 cm × 300 cm × 250 cm;
3. Specyfikacje wydajności:
⑴ zysk,
⑵schemat kierunkowy;
(3) Szerokość listka bocznego i wiązki mocy;
⑷impedancja wejściowa;
⑸współczynnik odbicia;
⑹ strata w powrocie;
⑺ współczynnik fali stojącej- napięcia ;
(8) Efektywna długość elektryczna i powierzchnia efektywna;
⑼ Tryb polaryzacji;
⑽przepustowość anteny;
⑾ Izolacja portu;
⑿ rezystancja izolacji;
⒀……
4. Docelowi beneficjenci:
Producenci i instytucje badawcze, które wymagają outsourcingu testów anten-zewnętrznych agencji testujących; instytucje badawcze i producenci zajmujący się badaniami i rozwojem oraz produkcją rozwiązań integracyjnych systemów i urządzeń; a także handlowcy antenami.
Odpowiednie standardy i specyfikacje techniczne
Cały proces testowania GRGTEST jest ściśle zgodny ze standardami międzynarodowymi, krajowymi, branżowymi i wojskowymi; Pierwszeństwo mają-specyfikacje testów określone przez klienta lub niestandardowe plany testów. Główne obowiązujące standardy są następujące:
- Normy międzynarodowe: ITU-R SM.329, ITU-R F.1336, ETSI EN 302502, ISO 9227;
- Standardy branży telekomunikacyjnej: 3GPP TS 37.145 (testowanie MIMO OTA), YD/T 1059, YD/T 2925;
- Norma krajowa: GB/T 9410 „Metody pomiaru sprzętu nadajnika radiowego”;
- Norma JG: GJB 7869 (Specyfikacja poziomów istotności warunków testów środowiskowych dla anten).
- Odpowiednie standardy lub schematy testów określone przez klienta służą również jako preferowane standardy odniesienia, na których opiera się nasza firma.
Kryteria i specyfikacje oceny wyników testu
GRGTEST wykorzystuje wielopoziomową strukturę oceny (doskonały, dobry, spełnia wymagania, nie spełnia wymagań) w celu oceny wydajności anteny; poniżej krótko wyjaśniono przykład wykorzystania poszczególnych wskaźników wydajności:
- W przypadku produktów-klasy premium VSWR powinien być mniejszy lub równy 1,5, odchylenie wzmocnienia powinno być mniejsze niż ±0,5 dB, a niekolistość kierunkowości powinna być mniejsza niż lub równa 2 dB.
- W przypadku kwalifikowanych produktów VSWR powinien być mniejszy lub równy 2,0, z odchyleniem wzmocnienia w granicach ±1,0 dB.
- Inteligentna antena musi zapewniać opóźnienie przełączania wiązki<5 ms and the beam pointing error is ≤3°.
- Dokładność mechanicznej regulacji kąta nachylenia anten stacji bazowej powinna wynosić ±0,5 stopnia, a odporność na obciążenie wiatrem nie powinna być mniejsza niż 150 km/h.
- Po testach środowiskowych wszystkie zmiany parametrów elektrycznych powinny być utrzymywane w granicach ±10% wartości początkowej, a rezystancja izolacji powinna pozostać większa lub równa 100 MΩ.
- Sprawozdanie z testu jasno określa kluczowe parametry, takie jak krzywa współczynnika fali stojącej i poziom listka bocznego charakterystyki promieniowania punktu częstotliwości krytycznej; w przypadku wszelkich-niezgodności zawiera zalecenia dotyczące działań naprawczych, takie jak „ograniczone pasmo częstotliwości” lub „wzmocnienie konstrukcyjne”.
specjalne wyjaśnienie:
Kryteria oceny wyników testów GRGTEST opierają się przede wszystkim na kryteriach określonych w odpowiednich normach lub zarysach testów dostarczonych przez klienta.