في مجال الاتصالات اللاسلكية، تعد أداء الهوائي أمرًا بالغ الأهمية لنجاح أي رابط نظام. تعمل الغرفة الخالية من الصدى كبيئة اختبار احترافية، وهي الموقع الوحيد للقياس الدقيق لـكسب الهوائي ونمط الإشعاع. ستتعمق هذه المقالة في المبادئ الأساسية لقياسات الغرفة الخالية من الصدى، وستوفر إجراء تشغيل عملي وكامل، وستناقش التقنيات الرئيسية اللازمة لضمان دقة وموثوقية القياس، مما يساعد بيانات منتجك على تحقيق احترافية وسلطة أكبر.
يتطلب القياس الدقيق لكسب الهوائي وأنماط الإشعاع في بيئة العالم الحقيقي القضاء على جميع التداخلات المحتملة ومحاكاة بيئة فراغ مثالية.
يتم تغليف الجدران والسقف والأرضية الخاصة بالغرفة الخالية من الصدى بطبقة تدريع معدنية (عادةً ما تكون هيكل قفص فاراداي). يعمل هذا الهيكل على عزل الموجات الكهرومغناطيسية الخارجية وتداخل الترددات الراديوية (RFI) بشكل فعال، مما يضمن أن بيئة الاختبار تتمتع بضوضاء خلفية منخفضة للغاية بحيث تعكس نتائج القياس الأداء الحقيقي للهوائي قيد الاختبار (AUT) فقط.
يتم تبطين الجزء الداخلي من الغرفة الخالية من الصدى بكمية كبيرة من المواد الماصة، وعادة ما تكون هياكل هرمية أو على شكل إسفين مصنوعة من رغوة البولي يوريثين المحملة بالكربون. تعمل هذه المواد على زيادة امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية الساقطة، وبالتالي القضاء على الانعكاسات من الجدران والأرضية والسقف. يحاكي هذا بشكل فعال بيئة تشغيل الهوائي في الفضاء الحر المثالي ويمنع التلاشي متعدد المسارات من التداخل مع بيانات القياس.
يعد الفهم الشامل للمعنى المادي وطرق القياس لهذين المقياسين أمرًا أساسيًا للعمليات العملية.
كسب الهوائي هو مقياس لقدرة الهوائي على تركيز الطاقة المدخلة في اتجاه معين. إنه يمثل الاتجاهية، وليس تضخيم الطاقة.
التعريف: يُعرَّف كسب الهوائي (G) على أنه نسبة كثافة الطاقة التي ينتجها الهوائي في اتجاه الإشعاع الأقصى له مقارنة بهوائي مرجعي (عادةً ما يكون هوائيًا متماثلًا مثاليًا). الوحدة هي عادة dBi.
طريقة الاستبدال: هذه هي الطريقة الأكثر استخدامًا والأكثر دقة. أولاً، يتم قياس الطاقة التي يتلقاها قرن الكسب القياسي (SGH). بعد ذلك، يتم استبدال SGH بالهوائي قيد الاختبار (AUT)، ومع الحفاظ على جميع الشروط الأخرى ثابتة، يتم قياس الطاقة التي يتلقاها AUT. من خلال مقارنة مجموعتي البيانات، يمكن اشتقاق كسب AUT.
الأساس النظري: الأساس النظري لحساب الكسب هو صيغة Friis Transmission، والتي تصف علاقة الطاقة المنقولة بين هوائيين.
حيث Pr و Pt هما الطاقة المستلمة والمرسلة، و Gt و Gr هما كسب الهوائي المرسل والمستقبل، و λ هو الطول الموجي، و R هي المسافة بين الهوائيات.
يصور نمط الإشعاع توزيع القوة النسبية للطاقة المشعة أو المستلمة بواسطة الهوائي في اتجاهات مختلفة في الفضاء. إنه تمثيل مرئي لاتجاهية الهوائي.
القياس الأساسي: يقوم نظام القياس بتدوير الموضع الذي يحمل الهوائي قيد الاختبار (AUT) مع تسجيل قوة الإشارة التي يتلقاها الهوائي المستقبل في نفس الوقت عند كل نقطة زاوية.
المعلمات الرئيسية: ينتج تحليل نمط الإشعاع العديد من المعلمات الهامة:
عرض الحزمة نصف الطاقة (HPBW): العرض الزاوي حيث تنخفض سعة الفص الرئيسي إلى نصف قيمته القصوى (-3 ديسيبل).
مستوى الفص الجانبي (SLL): نسبة الطاقة القصوى للفص الجانبي إلى الطاقة القصوى للفص الرئيسي.
الاستقطاب: قياس استجابة الهوائي لاتجاهات الاستقطاب المختلفة.
يتطلب قياس الهوائي القياسي والدقيق الالتزام الصارم بالخطوات التالية لضمان دقة البيانات وقابليتها للتكرار.
معايرة الأجهزة والإعداد: يتم إجراء معايرة معلمة S صارمة للمعدات مثل محلل شبكة المتجهات (VNA) لضمان مطابقة المعاوقة في منافذ القياس.
تحديد شروط المجال البعيد: تأكد من أن مسافة الاختبار R تفي بشرط المجال البعيد R≥2D2 /λ. هذا شرط أساسي للحصول على كسب وأنماط إشعاع دقيقة.
تركيب الهوائي قيد الاختبار (AUT): قم بتركيب AUT على الموضع باستخدام مواد دعم ذات ثابت عازل منخفض، مع التأكد من أن المركز الطوري للهوائي يتوافق بدقة مع مركز دوران الموضع.
إعداد ومعايرة قرن الكسب القياسي (SGH): يعمل SGH كمعيار مرجعي؛ يتم تثبيته بدقة، ويتم إدخال بيانات الكسب المعروفة الخاصة به في برنامج القياس.
اقتناء بيانات نمط الإشعاع: اضبط حجم خطوة الدوران. يبدأ الموضع في الدوران على طول محوري السمت والارتفاع، ويقوم النظام تلقائيًا بتسجيل طاقة الإشارة المستلمة، وجمع البيانات لما لا يقل عن مستويين متعامدين مع بعضهما البعض.
حساب كسب الهوائي: يقوم البرنامج تلقائيًا بحساب الكسب المطلق لـ AUT باستخدام بيانات الطاقة المستلمة من طريقة الاستبدال، جنبًا إلى جنب مع صيغة Friis Transmission وكسب SGH المعروف.
معالجة البيانات اللاحقة وتحليلها: يتم تنعيم البيانات الأولية وتصحيحها (على سبيل المثال، لفقد الكابل). يتم استخراج المعلمات الرئيسية مثل HPBW و SLL و FBR تلقائيًا.
إنشاء تقرير قياس احترافي: يتم دمج جميع معلمات القياس وتفاصيل الإعداد وظروف الاختبار وحالة معايرة المعدات وما إلى ذلك لتشكيل تقرير احترافي كامل وقابل للتتبع.
حتى في غرفة خالية من الصدى المثالية، يتطلب ضمان دقة وموثوقية بيانات قياس الهوائي النهائية معالجة فنية متخصصة ورقابة صارمة على الجودة.
التحدي: تقدم كابلات وموصلات التغذية إضعافًا للإشارة (فقدانًا)، مما قد يؤثر على دقة قيمة الكسب.
الحل: يجب إجراء عمليات معايرة المنفذ و إزالة التضمين باستخدام VNA. من خلال قياس فقد الكابل بدقة عند تردد التشغيل وطرحه من النتيجة النهائية، يتم ضمان أن تعكس بيانات الكسب الأداء الجوهري للهوائي.
التحدي: بالنسبة للهوائيات الكبيرة أو القياسات منخفضة التردد، قد يتطلب الوفاء الصارم بشرط المجال البعيد مساحة غرفة كبيرة بشكل غير عملي.
الحلول:
نظام اختبار هوائي النطاق المضغوط: يستخدم عاكسًا مكافئًا لتشكيل الحزمة من مصدر المجال القريب إلى موجة شبه مستوية، مما يحاكي ظروف المجال البعيد داخل غرفة خالية من الصدى أصغر.
تحويل المجال القريب إلى المجال البعيد (NF-FF): إذا كان القياس في المجال القريب ممكنًا فقط بسبب قيود الغرفة، يتم استخدام خوارزميات رياضية معقدة (مثل المسح الميداني القريب المستوي أو الأسطواني أو الكروي) لحساب واشتقاق نمط الإشعاع والكسب المكافئ في المجال البعيد.
التحدي: يمكن للمكونات المعدنية المستخدمة لدعم وتدوير AUT أن تشتت الموجات الكهرومغناطيسية، مما يؤدي إلى تشويه نمط الإشعاع.
الحلول:
استخدم رغوة أو مواد البوليسترين ذات ثابت عازل منخفض وفقد منخفض كمواد دعم للهوائي.
استخدم تقنية طرح خلفية الغرفة الخالية من الصدى: يتم قياس المجال الخلفي (مع الحامل والموضع فقط) أولاً، ثم يتم طرحه من قياس الهوائي لتنقية البيانات.
يعد قياس أداء الهوائي الدقيق حجر الزاوية لضمان نجاح منتجاتك اللاسلكية في السوق. نحن على دراية جيدة بالتغلب على تحديات الاختبار المختلفة، مما يضمن أن البيانات التي تتلقاها موثوقة وقابلة للتتبع ومتوافقة مع المعايير الدولية.
هل تحتاج إلى بيانات اختبار هوائي عالية الدقة وخالية من الأخطاء لتسريع إطلاق منتجك؟
لدينا غرف خالية من الصدى من الدرجة الأولى وفريق من المهندسين المحترفين ذوي الخبرة.
