‫‪ .7‬מדידות של אנטנות‬ ‫סוגי מדידות והצגתן‬ ‫מטווחי אנטנות – פתוח‪ ,‬תא אל הד‪ ,‬שדה קרוב‬ ‫מדידת קיטוב‬ ‫כמה חתכי קרינה דרושים‬ ‫קורלציה וצימוד בין אנטנות‬ ‫‪1‬‬ ‫סוגי מדידות‬ ‫מדידת אנטנות מתחלקת בעקרון לשני סוגים‪:‬‬ ‫)‪ (1‬מדידת אימפדנס כניסה ‪ /‬הספק חוזר בנתח רשת‬ ‫)‪ (Network Analyzer‬בדומה לכל רכיב ‪ / RF‬מיקרוגל‬ ‫)‪ (2‬מדידת תכונות הקרינה )עקומי קרינה‪ ,‬שבח‪ ,‬קיטוב‬ ‫וכו'( המתבצעת במטווח אנטנות )מטווח פתוח‪ ,‬תא‬ ‫אל‪-‬הד או בשדה קרוב(‪.‬‬ ‫‪2‬‬ ‫מדידת מקדם ההחזרה‬ ‫אנטנה נבדקת‬ ‫שידור‬ ‫‪Network Analyzer‬‬ ‫‪S1‬‬ ‫‪S2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫כבל‬ ‫מדידת מקדם ההחזרה ‪S11‬‬ ‫‪4‬‬ ‫מדידת מקדם צימוד בין ‪ 2‬אנטנות‬ ‫קרובות ‪S12‬‬ ‫‪5‬‬ ‫מדידת אנטנה ‪ AUT‬בקליטה‬ ‫‪6‬‬ ‫מדידת עקום קרינה‬ ‫אנטנת שידור‬ ‫אנטנת קליטה‬ ‫‪R‬‬ ‫‪Positioner‬‬ ‫כבל‬ ‫‪7‬‬ ‫‪Network Analyzer‬‬ ‫‪S1‬‬ ‫‪S2‬‬ ‫כבל‬ ‫מדידת שבח‬ ‫אנטנת ייחוס‬ ‫אנטנת שידור‬ ‫אנטנה נבדקת‬ ‫‪Positioner‬‬ ‫כבל‬ ‫‪8‬‬ ‫‪Network Analyzer‬‬ ‫‪S1‬‬ ‫‪S2‬‬ ‫כבל‬ ‫מדידת שבח‬ ‫)‪Pr (G test‬‬ ‫)‪G (test) = -------------- G (ref‬‬ ‫)‪Pr (G ref‬‬ ‫מדידת שבח היא פשוטה ‪ -‬מבוצעת ביחס לאנטנת ייחוס‬ ‫מדידת כיווניות היא מסובכת מאד – דורשת מיפוי מלא‬ ‫‪9‬‬ ‫תנאי השדה הרחוק‬ ‫תנאי‬ ‫השדה הרחוק‬ ‫‪R > 2D²/λ‬‬ ‫‪λ‬‬ ‫‪10‬‬ ‫מערכת קואורדינטות‬ ‫שפה‬ ‫משותפת‬ ‫של מערכת‬ ‫קואורדינטות‬ ‫וחתכי קרינה‬ ‫נכונים‬ ‫‪11‬‬ ‫הצגה גרפית של‬ ‫עקומי קרינה‬ ‫‪12‬‬ ‫הצגה גרפית של‬ ‫עקומי קרינה‬ ‫‪13‬‬ ‫הצגה גרפית של עקומי קרינה‬ ‫‪14‬‬ ‫הצגה גרפית של עקומי קרינה‬ ‫‪15‬‬ ‫הצגה גרפית של‬ ‫עקומי קרינה‬ ‫‪16‬‬ ‫מטווחי אנטנות‬ ‫)‪ (1‬מטווח פתוח – לאנטנות גדולות‪ ,‬זול‪ ,‬מדויק‪,‬‬ ‫דורש שטח מתאים‪ ,‬מוגבל על ידי מזג האוויר‬ ‫)‪ (2‬מטווח סגור – תא אל הד‪ ,‬לאנטנות קטנות‬ ‫ובינוניות‪ ,‬דורש ציפוי של הקירות‪ 3-5 ,‬מטר‬ ‫)‪ (3‬מטווחים מיוחדים – קומפקטי לאנטנות גדולות‪,‬‬ ‫שדה קרוב‪ ,‬קשת גלאים‬ ‫‪17‬‬ ‫מטווח פתוח‬ ‫מטווח פתוח‬ ‫מאפשר מדידות‬ ‫מדויקות בתנאי‬ ‫שתוכנן מראש‬ ‫למניעת החזרות‬ ‫‪18‬‬ ‫מטווח פתוח‬ ‫שימוש בתוואי‬ ‫שטח טופוגרפיים‬ ‫מקטין את רמת‬ ‫ההחזרות‬ ‫‪19‬‬ ‫מטווח פתוח‬ ‫גם במטווח‬ ‫פתוח צריך‬ ‫לוודא את‬ ‫קיומו של‬ ‫תנאי השדה‬ ‫הרחוק‬ ‫‪20‬‬ ‫תא אל הד‬ ‫חדר סגור‬ ‫למדידת אנטנות‬ ‫לחדר אלכסוני‬ ‫יש יתרון ביחס‬ ‫לחדר מלבני ‪-‬‬ ‫הקטנת החזרות‬ ‫מן הקירות‬ ‫‪21‬‬ ‫תא אל הד‬ ‫ציפוי הקירות‬ ‫בחומר בולע‬ ‫)אבקת גרפיט(‬ ‫מקטין את‬ ‫ההחזרות מן‬ ‫הקירות‬ ‫‪,‬‬ ‫‪22‬‬ ‫תא אל הד‬ ‫ציפוי הקירות‬ ‫בחומר בולע‬ ‫יוצר תא אל הד‬ ‫עם רמת‬ ‫החזרות‬ ‫מבוקרת‬ ‫באזור השקט‬ ‫‪23‬‬ ‫תא אל הד קומפקטי‬ ‫משתמשים‬ ‫במחזיר גדול‬ ‫להשגת‬ ‫שדה מישורי‬ ‫בחדר קטן‬ ‫‪24‬‬ ‫מטווח שדה קרוב‬ ‫גישה חילופית‬ ‫למדידת‬ ‫שדה רחוק‪:‬‬ ‫למדוד את‬ ‫השדה החשמלי‬ ‫על פני האנטנה‬ ‫בעזרת גשש‬ ‫ולחשב את‬ ‫השדה הרחוק‬ ‫בהתמרת פורייה‬ ‫‪25‬‬ ‫מטווח‬ ‫שדה קרוב‬ ‫סריקה בשדה‬ ‫קרוב מתאימה‬ ‫למערכים גדולים‬ ‫‪26‬‬ ‫מטווח שדה קרוב באלתא‬ ‫‪27‬‬ ‫מטווח שדה קרוב באלתא‬ ‫‪28‬‬ ‫מערך קליטה‬ ‫קבוע‬ ‫אוסף גלאים‬ ‫קבועים קולטים‬ ‫בו זמנית את כלל‬ ‫השידור היוצא מן‬ ‫האנטנה הנבדקת‬ ‫‪SATIMO.COM‬‬ ‫‪29‬‬ ‫מדידת קיטוב‬ ‫מערכת‬ ‫למדידת‬ ‫קיטוב‬ ‫‪30‬‬ ‫הצגת איכות הקיטוב‬ ‫דוגמה לעקום‬ ‫קרינה מדוד‬ ‫המראה גם את‬ ‫היחס הצירי‬ ‫‪31‬‬ ‫קיטוב מעגלי הפוך‬ Co Pol 10 Model Meas Plane Peak Gain Frequency 5 HOA3-159L-ACT/1409 Elevation 2.2 dBiC 1.6605 GHz 0 Co-Polar -5 Absolute Gain ( dBiC ) X-Polar -10 -15 -20 -25 -30 Cross Pol -35 -40 -180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180 Angle (degrees) Azimuth 32 ‫הקשר בין יחס צירי לקיטוב הפוך‬ Variation of Axial Ratio with Cross Polar signal level 12 11 Axial Ratio 10 9 Axial Ratio/dB 8 7 Axial Ratio/dB 6 (Axial Ratio/dB) .‫פולי‬ 5 4 3 2 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Cross Polar Signal Level/dB Cross polarization 33 ‫כמה חתכי קרינה דרושים ?‬ ‫עקום קרינה ‪ radiation pattern‬של אנטנה הוא‬ ‫תיאור גרפי של ההספק המשודר או נקלט בה‬ ‫בתלות בזווית‪ .‬המרחב הזוויתי השלם הוא ‪4π‬‬ ‫סטרדיאן אך סיבוב האנטנה נעשה במישור‬ ‫מסוים )או בתלות בזווית מישורית אחת(‪.‬‬ ‫מדידת הקרינה נעשית אפוא בחתכים מסוימים‬ ‫‪ cuts‬ולא במרחב כולו‪ .‬השאלה המעשית היא‬ ‫כמה חתכי קרינה נדרשים כדי לאפיין אנטנות‬ ‫רדיו בצורה ממצה ומייצגת‪.‬‬ ‫‪34‬‬ ‫כמה חתכי קרינה דרושים ?‬ ‫אנטנת שידור‬ ‫אנטנת קליטה‬ ‫‪R‬‬ ‫‪Positioner‬‬ ‫כבל‬ ‫‪35‬‬ ‫‪Network Analyzer‬‬ ‫‪S1‬‬ ‫‪S2‬‬ ‫כבל‬ ‫מערכת הקואורדינטות‬ ‫מערכת הקואורדינטות לתיאור הצבת האנטנה היא‬ ‫מישורית )‪ (x,y,z‬ולתיאור שדות הקרינה היא כדורית‬ ‫)‪ .(r,θ,φ‬הזווית ‪ θ‬היא הזווית בין ציר ‪ z‬לבין הוקטור ‪r‬‬ ‫ואילו הזווית ‪ φ‬היא הזווית בין ציר ‪ x‬לבין ההיטל של ‪r‬‬ ‫על מישור ‪.xy‬‬ ‫‪Z‬‬ ‫‪RADIATION‬‬ ‫‪FIELDS‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪ANTENNA‬‬ ‫‪POSITION‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪φ‬‬ ‫‪X‬‬ ‫‪36‬‬ ‫חתכי קרינה לאנטנה כיוונית‬ ‫‪Z‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪θ‬‬ ‫‪Polarization‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪φ‬‬ ‫‪X‬‬ ‫הצבת אנטנה כיוונית במישור ‪ XY‬וביצוע ‪ 2‬חתכי קרינה‬ ‫‪P(θ‬‬ ‫)‪θ, at φ=0°°‬‬ ‫‪E-Plane Cut‬‬ ‫‪P(θ‬‬ ‫)‪θ, at φ=90°°‬‬ ‫‪H-Plane Cut‬‬ ‫כאשר כל חתך נמדד בשני קיטובים לינאריים ניצבים ‪.‬‬ ‫‪37‬‬ ‫אנטנה עם כיווניות נמוכה )הליקס(‬ ‫‪38‬‬ ‫אנטנה עם כיווניות גבוהה‬ ‫)מערך מישורי עם פילוג טיילור(‬ ‫‪39‬‬ ‫חתכי קרינה לאנטנת ‪Omni‬‬ ‫‪Z‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪θ‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪φ‬‬ ‫‪X‬‬ ‫הצבת אנטנה כלל כיוונית בציר ‪ Z‬וביצוע ‪ 2‬חתכי קרינה‬ ‫‪P(φ‬‬ ‫‪φ, at θ = θo) Azimuth Cut‬‬ ‫‪P(θ‬‬ ‫‪θ, at φ = φo) Elevation Cut‬‬ ‫כאשר כל חתך נמדד בשני קיטובים לינאריים ניצבים‬ ‫‪40‬‬ ‫חתך אזימוט של אנטנת ‪Omni‬‬ ‫‪41‬‬ ‫חתך הגבהה של אנטנת ‪Omni‬‬ ‫‪42‬‬ ‫חתכי קרינה לאנטנה איזוטרופית‬ ‫באנטנה איזוטרופית נדרשים לפחות ‪ 3‬חתכים ומקובל לסמן‬ ‫אותם לפי מישורי האנטנה ולא לפי מישורי הקרינה‪ .‬בכל‬ ‫מישור נרצה לבדוק את שני הקיטובים ולכן בסך הכל ידרשו ‪6‬‬ ‫חתכי קרינה‪.‬‬ ‫חתך ‪xy‬‬ ‫חתך ‪xz‬‬ ‫חתך ‪zy‬‬ ‫‪P(φ‬‬ ‫)‪φ, θ = 0°°‬‬ ‫‪P(θ‬‬ ‫)‪θ, φ = 0°°‬‬ ‫‪P(θ‬‬ ‫)‪θ, φ = 90°°‬‬ ‫המידע המופק מחתכים אלה יהיה אחידות הכיסוי המרחבי‬ ‫והשבח המכסימלי או הממוצע בחתכים הראשיים‪.‬‬ ‫‪43‬‬ ‫מדידת אנטנה איזוטרופית‬ ‫חתך במישור ‪) XY‬סביב ציר ‪(Z‬‬ ‫‪Z‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪X‬‬ ‫‪44‬‬ ‫מדידת אנטנה איזוטרופית‬ ‫חתך במישור ‪) XZ‬סביב ציר ‪(Y‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪Z‬‬ ‫‪X‬‬ ‫‪45‬‬ ‫מדידת אנטנה איזוטרופית‬ ‫חתך במישור ‪) ZY‬סביב ציר ‪(X‬‬ ‫‪X‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪Z‬‬ ‫‪46‬‬ ‫מדידת קורלציה‬ ‫נניח שאפיינו את הקרינה המרחבית של שתי‬ ‫אנטנות על ידי טבלת מספרים שיש בה ‪ m‬נקודות‬ ‫דגימה בציר הסיבוב ו‪ n-‬נקודות דגימה בציר‬ ‫ההגבהה ובסך הכל ‪ .M= n x m‬את עקום הקרינה‬ ‫של כל אנטנה ננרמל כך שהקרינה המכסימלית בכל‬ ‫טבלה תהיה ‪) 1‬בסקלה מוחלטת‪ ,‬לא לוגריתמית(‪.‬‬ ‫ההספק בריבוע המוקרן בכל אנטנה הוא ‪:‬‬ ‫‪θ,φ‬‬ ‫)‪φ‬‬ ‫‪P1² = Σ Pi²(θ‬‬ ‫‪θ,φ‬‬ ‫)‪φ‬‬ ‫‪P2² = Σ Pj²(θ‬‬ ‫‪47‬‬ ‫מדידת קורלציה‬ ‫הקורלציה בין האנטנות‬ ‫)במובן המעטפת‪ ,‬שאינה מתחשבת בפאזה( היא‪:‬‬ ‫‪Σ Pi Pj‬‬ ‫= )‪Correlation (1,2‬‬ ‫‪---------------------‬‬‫_____________‬ ‫‪√ P1² x P2²‬‬ ‫‪48‬‬ ‫מדידת קורלציה‬ ‫כדי למדוד קורלציה בצורה יסודית צריך לבצע‬ ‫מספר רב של חתכי קרינה ולדגום את המרחב כראוי‬ ‫למשל ‪ 36‬חתכי הגבהה )כל ‪(10°‬‬ ‫בכל חתך ‪ 90‬נקודות )כל ‪(2°‬‬ ‫כפול ‪ 2‬קיטובים‬ ‫בפאזה ובאמפליטודה‬ ‫ב‪ 4-‬תדרים‬ ‫‪---------------------‬‬‫סה"כ ‪ 51840‬דגימות‬ ‫‪49‬‬ ‫מדידת קורלציה וצימוד הדדי‬ ‫חכמי הדור סבורים כי קיים קשר הדוק בין‬ ‫הקורלציה לבין הצימוד בין אנטנות‪.‬‬ ‫ברוב המכריע של המקרים )אנטנות קטנות עם‬ ‫אלומה רחבה‪ ,‬עם גיוון מרחבי וקיטובי‪ ,‬בערוץ ללא‬ ‫קו ראייה( אם הצימוד חלש גם הקורלציה נמוכה‪.‬‬ ‫מדידת צימוד בין אנטנות ‪ S12‬בנתח רשת‬ ‫נמשכת דקות )בעיקר כדי למצוא את הכבלים(‪.‬‬ ‫‪50‬‬ ‫מדידת קורלציה וצימוד הדדי‬ ‫מומלץ לבצע את מדידות הקורלציה והצימוד בתא‬ ‫קטן המדמה את הערוץ ‪REVERBERATION‬‬ ‫בתא זה מתקינים מערבלים עם החזרות משתנות‪.‬‬ ‫רצוי לסובב את האנטנות על גבי שולחן מסתובב‬ ‫)כאשר האנטנות אינן על ציר הסיבוב(‪.‬‬ ‫המדידות בעלות אופי סטטיסטי ולא דטרמיניסטי‬ ‫‪51‬‬ REVERBERATION 52