كيف نُدير (أنتينا باترن) القياسات مع الدوائر الانتخابية الاختبارات الميدانية

ويتوقف قياس النمط الإشعاعي للهائي على فهم أدائه والتحقق من مواصفات التصميم وضمان الامتثال التنظيمي، وسواء كان ذلك بالنسبة لجهاز استهلاكي صغير أو لمعاكس ساتلي كبير، فإن نمط الإشعاع يكشف عن كيفية توزيع الطاقة الكهرومغناطيسية في الفضاء، وتهيمن منهجيتان أوليتان على الميدان: قياسات الغرف اللاهوية، التي توفر بيئة متحكمة ومستقلة شبيهة بالحجم، وتقنيات اختيار ميداني.

أساسيات أنماط الإشعاع في الأنتينا

وقبل التخلّص من أساليب القياس، يلزم فهم أساسيات النمط الإشعاعي بشكل صلب، إذ إن نمط الإشعاع الهوائي هو تمثيل بياني للقوة النسبية المشعّة أو المتلقاة كوظيفة من وظائف التوجيه في الفضاء، حيث تُقاس الأنماط في إحداثيات القطب أو الارتجاعية بقطعتين رئيسيتين: طائرة الزموث (الأفقية) وطائرة الارتفاع (الخط العرضي): البارامترات الرئيسية المستمدة من النمط).

Gain] — The ratio of the power radiated in a given direction to that of an isotropic radiator, often expressed in dBi.
Directivity] - A measure of the focusing ability, independent of losses.
Beamwidth ] — The angular width at half-power points (-3 dB), typically specified for both main beam and sidelobes.
Sidelobe level] – The relative power of the highest sidelobe compared to the main beam, critical in interference management.
Front-to-back ratio] - The ratio of power radiated forward against backward, important for directional antennas.
Cros-polarization discrimination] - القدرة على رفض الاستقطاب الطيني، وهو أمر حيوي في النظم ذات القطبين المزدوجين.

ويتطلب القياس الدقيق لهذه البارامترات مراقبة دقيقة لبيئة الاختبار، ويجب وضع الهوائي تحت الاختبار في منطقة بعيدة المدى من هوائي المصدر، حيث تقارب الموجة المشعّة موجة طائرة، وتُعرَّف المسافة البعيدة عن المسافات بأنها ] [وإن كانت هناك اختلالات في الحقول تبلغ حدها 2D2/، حيث تؤدي المادة (Aleth) إلى أكبر أبعاد

قياسات الدائرة الانتخابية في ديبث

غرفة كهرباء هي غرفة مجهزة بمواد لامتصاص الترددات اللاسلكية للتقليل إلى أدنى حد من التأملات من الجدران والسقف والطابق الأرضي، وتحفز الداخلية الظروف الفضائية الحرة، مما يتيح قياسات النمط القابلة للتكرار والدقيق دون تدخل خارجي.

كامل الدوائر الانتخابية

وتتماشى هذه المراكز مع حركة تحرير رواندا، وهي معيار الذهب لقياسات الهوائيات، ولا سيما بالنسبة للحيوانات المنخفضة الدخل، واختبار نقاء الاستقطاب، حيث تشمل المنطقة الهادئة التي لا تُذكر فيها انعكاسات التفكك نظام AUT، وتستخدم هذه الغرف في الترددات التي تتراوح بين نطاق التردد العالي جداً وفرق الموجات المليمترية.

الدوائر شبه العلمية

وتتمتع مراكز الاتصال بسلكية في حفز طائرة أرضية، مشتركة في اختبارات لجنة الرصد البيئي، ولكنها أقل مثالية لأنماط الهوائي في الفضاء الحر، ويمكن استخدام هذه المادة في العمل الهوائي إذا ما تم التحكم في المسار المهيأ على الأرض عن طريق معالجة التزحلق أو المعالجة المتخصصة للمستحضرات.

دائرة المراسم

وبالنسبة للحيوانات الكبيرة، يستخدم نطاق الاتفاق مجساً لتحويل موجة متقطعة من قرن بث إلى موجة طائرة في مسافة قصيرة، مما يتيح قياسات بعيدة المدى في غرفة أصغر بكثير من المسافة التقليدية البعيدة المدى، وتستخدم نطاقات الاتفاق على نطاق واسع في الهوائيات الساتلية والصفوف المرحلية.

المعدات والإنشاءات اللازمة لقياسات الدوائر

ويشمل نظام قياس الغرف النموذجي ما يلي:

Positioner] — A motorized turntable or Robic arm that rotates the AUT through azimuth and elevation angles.
RF source and receiver ] — A vector network analyzer (VNA) or spectrum analyzer with tracking electricity.
Reference antenna — A calibrated standard gain horn for absolute gain measurements.
Data acquisition computer] – Software that controls the positioner, captures S-parameters, and computes the pattern.

إجراءات المعايرة

وقبل القياس، يكون معايرة النظام أمراً حاسماً، حيث إن معايرة نموذجية واحدة في ميناء VNA تزيل الخسائر في الكابلات وقابلات المرحلة، وبالنسبة لقياس المكاسب، يُستبدل الهوائي المرجعي بمؤشرات المحاسبة، ويُستخدم كسبه المعروف لجني المكسب المطلق لطريقة استبدال نظام AUT، كما أن المعايرة تحدد المستوى المرجعي لقياس النمط النسبي.

خطوات القياس

- أن يُطلق على جهاز " AUT " في موقع الغرفة الهادئ، وأنصب على الاستقطاب المرغوب فيه.
Connect the AUT to the VNA port 1 (transmit) and position a fixed receive antenna (probe) at port 2, or vice versa for reciprocal measurement.
حدد التردد، ومسح الأماكن، وضم الترددات الترددية للمجموعة الدينامية الكافية.
(ب) معايرة الأداء (عن طريق التأمل والعزلة وقياس الهوائي المرجعي عند الحاجة).
Execute a pattern cut: rotate the AUT in azimuth (0° to 360°) while recording transmission coefficient (S21) at each angle. Repeat for multiple elevation angles for a 3D pattern.
تطبيق قياسات الاستقطاب عن طريق تناوب نظام AUT أو إجراء الاختبارات لاستخلاص عناصر القطبية المشتركة وعبر القطب.
بيانات ما بعد العمليات: تطبيعها إلى أقصى حد، وتطبيقها على الإشارة إلى كسب، والتصدير إلى أدوات تخطيط.

مزايا وقيود قياسات الدوائر

Advantages:]

بيئة متحكمة ومكررة خالية من الطقس والتدخل والتعددية.
(لعام 1960) يتيح قياساً للجانب المنخفض.
العمليات الداخلية تسمح بإجراء اختبارات على مدار السنة
القدرة على قياس الاستقطاب والمرحلة بدقة.

ترهيب: ]

التكلفة وبصمة القدم: فغرف كبيرة من الهوائيات العالية الدخل باهظة الثمن.
وينتقص الأداء في حالات التوقّف المنخفضة جدا (أقل من 100 ميغاهيرتز) بسبب حدود السميكة.
لا يمكن تكرار آثار العالم الحقيقي مثل التأملات الأرضية أو التفاعلات منصة التركيب.
وبالنسبة لهائيات كبيرة جدا (مثل صفائف الرادار المئات من الأنهار الموجية عبر الحدود)، فإن نطاقات الاتفاقات تصبح غير عملية.

For more on chamber design, see the Keysight application note on antenna measurements].

تقنيات الاختبار الميداني

وتقيس الاختبارات الميدانية نمط الإشعاع في بيئة التشغيل الفعلية، وهي لا غنى عنها بالنسبة للحيوانات الكبيرة التي لا يمكن نقلها (مثل أبراج محطات الأساس، والأطباق الساتلية، والمفكرات شبه البولية)، وللتحقق من الأداء بعد التركيب، كما أن الاختبار الميداني يلتقط التفاعلات مع الهياكل القريبة والآثار الأرضية.

أنواع الاختبارات الميدانية

موقع الاختبارات في المنطقة المفتوحة

(أ) إن طائرة الأوعية المميتة هي منطقة مسطحة مفتوحة لها خصائص أرضية خاضعة للرقابة، وكثيراً ما تستخدم طائرة أرضية مسكَّلة (مثلاً الميوشات المعدنية) لتوفير انعكاس مستقر، وتُركَّز الطائرة على ماست، ويوضع مصدر اختبار على مسافة تلبي الحالة البعيدة المدى، ويمكن رفع مصدر الاختبار إلى مستويات مختلفة لقياس الارتفاعات، ويُستعان بمحطة قاعدية تابعة للشركة EMC وخلية.

مرتفع

ويوضع كل من نظام " AUT " ومصدر الاختبار على أبراج أو أسطح الأرض للتقليل إلى أدنى حد من الآثار الأرضية، ويتجاوز مسار البصر العقبات التي تعترض سبيل المسافات، وهذا الأسلوب نموذجي بالنسبة لهائيات وصل الموجات الدقيقة ونظم الرادار، وكثيرا ما يجري قياس البراءات عن طريق تناوب نظام AUT بينما يقوم المصدر البعيد بإرسال إشارة مستمرة إلى الموجات.

القياس باستخدام الطائرات العمودية

وبالنسبة للمحيطات الكبيرة مثل رادارات الأشعة المقسمة على مراحل أو أطباق ساتلية، يمكن للطائرات بدون طيار التي تحمل مسباراً لنموذج RF أو جهاز إرسال صغير أن تطير عبر منطقة المحيط الهائي البعيدة، ويتم تعقب موقع الطائرة بدون طيار بواسطة نظام GPS أو نظام بصري، وترتبط الإشارة المتلقاة بموقع رسم خريطة للنمط، وقد اكتسبت هذه التقنية شعبية في الاختبارات المختبرية الكبيرة.

خطوات قياس الاختبار الميداني

Site selection and preparation]: Choose a location with minimal obstacles, multipath, and radio interference. Measure the distance from the AUT to the test source and ensure far-field conditions. For ground reflection control, use a clear line-of-sight and optionally install a ground screen.
Equipment setup]: Place the transmit antenna at a fixed location (often on a small tower) Connect it to a signal birth and the AUT remains in place. Connect the AUT to a spectrum analyzer or receiver via a low-loss cable. For gain measurement, a reference antenna is measured first.
Calibration]: إجراء معايرة لخسائر المسار باستخدام هوائي مرجعي معروف، وهذا يُعزى إلى خسائر في الكابلات وفقدان في الفضاء الحر، مما يتيح استخلاص المكاسب المطلقة، وإذا استخدم طائرة بدون طيار، قارن نموذج الإبلاغ عن الأضرار التي تُستخدم في الطائرة بدون طيار.
Pattern data acquisition]: Rotate the AUT in azimuth (or move the drone around it) while recording received power. For elevation patterns, tilt the AUT or move the test sourceرأسي. Use a data logger that time-stamps angle and power readings.
Post- processing]: Apply corrections for ground reflections (image method), atmospheric loss, and cable movement effects. Subtract the reference to get absolute gain. Plot the pattern and extract key parameters.

التحديات والتخفيف من حدة الآثار

Multipath]: يمكن للتأملات من المباني أو الأشجار أو الأرض أن تفسد النمط.
Weather]: Rain, fog, and temperature variations affect signal propagation and equipment. Perform tests in stable weather and protect electronics.
Interference: يمكن تجنب التدخل في القنوات المشتركة من أجهزة الإرسال الأخرى باستخدام قناة واضحة التردد، ومرشحات طرق الضم، وطرائق قياس مختلفة.
Ground reflection nulls]: في OATS، يتداخل التأمل من الأرض مع المسار المباشر، مما يسبب طفرة في النمط، وباستخدام تقنية الأشعة فوق البنفسجية (تخفي ارتفاعاً) يمكن أن تُحدِّد هذه الآثار.

For a detailed comparison of field test methods, refer to the ]IEE Antennas and Propagation Magazine article on outdoor RCS and antenna measurements].

مقارنة بين الدوائر والتدابير الميدانية

والاختيار بين غرفة واختبار ميداني يتوقف على المفاضلات التي يجب تقييمها لكل مشروع.

Factor	Anechoic Chamber	Field Test
Accuracy and repeatability	Excellent (typical ±0.2 dB)	Moderate (±1 dB or more due to environment)
Cost	High (chamber construction and RAM)	Lower (requires range and travel)
Antenna size	Limited by chamber dimensions	No practical limit
Real-world effects	Not captured	Captured (interactions, ground, obstacles)
Speed	Fast (automated indoors)	Slower (manual setup, weather delays)
Low-frequency capability	Poor (absorber size)	Good (long wavelengths over open ground)
Security	Controlled, no emissions outside	Emissions may be intercepted

وفي الممارسة العملية، كثيرا ما يجمع أفضل النهج بين كلا: استخدام قياسات الغرف للتحقق من التصميم وتحديد خصائص دقيقة، ثم إجراء اختبارات ميدانية من أجل القبول النهائي والتحقق من التركيب، وتتطلب معايير كثيرة (مثلاً، معهد التعليم المتكامل، معهد الدراسات الاقتصادية) أي من الأسلوبين تبعاً للطلب.

الاعتبارات المسبقة

من الميدان إلى التحول في الميدان البعيد

وعندما لا يمكن تلبية الظروف البعيدة في غرفة (مثلاً بالنسبة للصفوف المرحلية الكبيرة)، يقدم المسح القريب حلاً، ويتخذ إجراءً بشأن توسيع والمرحلة من الميدان على طائرة أو أسطوانة أو مجال قريب من نظام AUT.() ويُحسب التحولات الرياضية (عن طريق أربعة مستويات مُتَبَهِّدة) نمط الحقول البعيدة() ويُستخدم هذا الأسلوب على نطاق واسع في تطبيقات الساتل " StenFohs " .

التوقيت في الاختبارات الميدانية

وباستخدام نظام تقييم الاحتياجات البشرية ذي القدرة على تحديد الوقت يسمح بفصل الإشارة المباشرة من التأملات، وبإغراق الاستجابة الزمنية، يمكن تنظيف النمط المقاس من القطع الأثرية المتعددة التعاطفات، وهذه التقنية تحسن بشكل كبير دقة مواقع الاختبار في المناطق المفتوحة.

مقياس الحريري المرحل ومقياس الحرارة

وتحتاج الهوائيات الحديثة ذات التضخيم إلى قياسات متعددة النمط لمختلف ولايات الشعاع، ومن الضروري إجراء اختبارات على الهواء في غرفة أو ميدان، ويمكن للغرفة المتقدمة ذات صفائف متعددة أن تلتقط في الوقت نفسه أنماطاً من الصفوف المرحلية تبلغ 3D، على النحو المبين في [(FLT:0]]]Microwave Journal articles on OTA testing.

خاتمة

إن قياس نمط الأنتينا ممارسة حرجة في هندسة الترددات المولدة، تتطلب دراسة دقيقة لبيئة الاختبار، وتوفر الغرف المدرسية أفضلية للنتائج الخاضعة للرقابة ودقيقة ومكررة لتحديد خصائص التصميم، بينما تكشف الاختبارات الميدانية عن سلوك العالم الحقيقي للهوائيات المركبة، وكل طريقة لها مكانها: الغرف المخصصة للتنمية والاعتماد، والاختبارات الميدانية للتكليف والتشويش، وينبغي أن يفهم المهندسون أساليب قياس المبادلات في التكلفة المثلى،