RU2766055C1 - Метод и система измерений электромагнитного поля и параметров антенн в условиях воздействия температуры на объект измерений - Google Patents
Метод и система измерений электромагнитного поля и параметров антенн в условиях воздействия температуры на объект измерений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766055C1 RU2766055C1 RU2021105969A RU2021105969A RU2766055C1 RU 2766055 C1 RU2766055 C1 RU 2766055C1 RU 2021105969 A RU2021105969 A RU 2021105969A RU 2021105969 A RU2021105969 A RU 2021105969A RU 2766055 C1 RU2766055 C1 RU 2766055C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- antenna
- electromagnetic field
- antennas
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
Abstract
Изобретение относиться к компактным устройствам для измерения электромагнитного поля и направленных свойств (амплитудно-фазовых характеристик) антенн, антенных решеток, либо их модулей. Использования метода измерения амплитудно-фазовых характеристик в ближней зоне и метода измерений с изоляцией измерительного оборудования, программно-математического комплекса обработки результатов, минимизации свободного пространства в камере и специальной конструкции самой камеры, которая позволяет производить измерение характеристик в диапазоне температур. Измерения характеристик ИА возможны, как с использованием плоского позиционера (на нём закреплена зонд-антенна), так и с применением цилиндрического и сферического позиционера. Устройство может быть метрологически аттестовано как средство измерений. Методики измерений с использованием плоского позиционера соответствуют ГОСТ 8.309-78, не стандартные методики измерений ИА могут быть метрологически аттестованы в соответствии с ГОСТ Р 8.563-2009. Техническим результатом при реализации заявленного решения является измерение параметров антенных устройств при воздействии различных климатических факторов и уменьшение габаритов измерительного оборудования за счет проведения измерений в ближней зоне и применения программно-математического комплекса для вычисления направленных свойств (амплитудно-фазовых характеристик) антенн, антенных решеток, либо их модулей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относиться к компактным устройствам для измерения электромагнитного поля и направленных свойств (амплитудно-фазовых характеристик) антенн, антенных решеток, либо их модулей.
Актуальной задачей является измерение параметров антенных устройств при воздействии различных климатических факторов и уменьшение габаритов измерительного оборудования за счет проведения измерений в ближней зоне и применения программно-математического комплекса для вычисления направленных свойств (амплитудно-фазовых характеристик) антенн, антенных решеток, либо их модулей.
Известно компактное устройство для измерения ближнего поля антенны с возможностью его преобразования в дальнюю зону [патент US7876276B1 «Antenna near-field probe station scanner» Zaman et al., 25.01.2011]. Устройство, в первую очередь, предназначено для измерения характеристик миниатюрных антенн при их массовом производстве.
К недостаткам устройства можно отнести его открытое исполнение. Необходимо проводить работы по ЭМС для его внедрения и использования. Отсутствует защита от переотражений в окружающем пространстве. Данный тип устройства не позволяет производить измерения при различных климатических воздействиях.
Среди систем измерения характеристик антенных решеток, работающих в ближней зоне, известно устройство по патенту [US9331751B2 «Method and system for characterizing an array antenna using near-field measurements» Raytheon company, 03.05.2016]. Предложенный метод и измерительная система позволяют провести точную настройку и контроль работоспособности элементов антенной решетки в различных режимах.
Данный тип устройства не позволяет производить измерения при различных климатических воздействиях.
Среди компактных систем измерения характеристик антенных решеток, работающих в ближней зоне, известно устройство по патенту [US8502546B2 «Multichannel absorberless near field measurement system» Adiseshu Nyshadham, Ruska Patton, Jason Jin, 06.08.2013]. В устройстве по патенту, как и в заявленном устройстве, осуществляется измерение направленных свойств (амплитудно-фазовых характеристик) антенн и антенных решеток, либо их модулей. Антенная часть измерительной системы выполнена в виде антенной решетки из вибраторов (зондов), которые измеряют поле в ближней зоне, формируемое измеряемой антенной (далее по тексту – ИА). Поскольку для измерения поля в ближней зоне с высокой точностью необходимо большое число точек измерения, то в патенте предложено располагать зонды с шагом равным 5 длин зонда.
К недостаткам можно отнести: высокие погрешности измерений из-за редкого шага зондов; большое количество зондов вблизи ИА (менее четверти длины волны), что приводит к их взаимовлиянию и искажению измеряемых характеристик; использование вибраторов в качестве зондов приводит к сильному ограничению рабочих частот ИА; в случае измерения антенн на других частотах необходимо заменять систему измерительных зондов целиком. Данный тип устройства не позволяет производить измерения при различных климатических воздействиях.
Известен случай применения климатической камеры с радиопрозрачным «окном» при измерении активной антенной решетки [Spring (PIERS), St Petersburg, Russia, 22–25 May 2017 «Practical Aspects of Active Phased Arrays Characterization during Thermal Testing»]. При этом климатическая камера была внутри полноразмерной безэховой камеры.
К недостаткам можно отнести: большой размер общей системы измерений, включающий полноразмерную безэховую камеру.
В патенте [US9244105B2 «Portable spherical near-field antenna measurement system»], как и в заявленном устройстве, осуществляется измерение направленных свойств (амплитудно-фазовых характеристик) антенн. Антенная часть измерительной системы выполнена в виде безэховой камеры с размещёнными в ней двумя вращающимся и одним стационарным диском (столом). Вращающийся горизонтальный стол соединён с азимутальным позиционером. Вращающийся вертикальный стол соединён с угломестным позиционером. Кронштейн с зонд-антенной, который располагается в камере, крепится к вращающемуся столу и отстоит от него. В камере расположен частотный конвертер. Измерение производится в сферической системе координат. Используется для измерения характеристик антенн с ненаправленной диаграммой направленности (малые коэффициенты усиления).
К недостаткам патента [US9244105B2 «Portable spherical near-field antenna measurement system»] относятся:
- невозможность измерения характеристик антенн и антенных решеток с большим коэффициентом усиления, более 10 дБи;
- относительно большие габариты устройства (камеры), превышающие более чем в 10 раз наибольший размер ИА.
данный тип устройства не позволяет производить измерения при различных климатических воздействиях.
Патент [US4800387 «Boresight chamber assembly apparatus»] принят за прототип.
В прототипе, как и в заявленном устройстве, осуществляется измерение направленных свойств (амплитудно-фазовых характеристик) антенн. Антенная часть измерительной системы выполнена в виде безэховой камеры с размещённым в ней однокоординатным позиционером (позиция 7 в патенте). Кронштейн с зонд-антенной, который располагается в камере, крепится к позиционеру. Измерение производится в декартовой системе координат. Используется для измерения характеристик антенн в ближней зоне.
К недостаткам прототипа относятся:
- невозможность исследования объёмных характеристик антенн, измерения производятся только в одном сечении (вдоль одной оси);
- данный тип устройства не позволяет производить измерения при различных климатических воздействиях.
Изобретение не обладает данными недостатками.
Подробное описание изобретения
Целью изобретения являлось получение метода измерений и компактной измерительной системы (далее по тексту – КИС) для измерения электромагнитного поля и направленных свойств (амплитудно-фазовых характеристик) ИА в условиях воздействия температур на ИА. КИС по результату своей работы схож с измерением характеристик антенн в безэховой камере классическими методами. Принцип работы КИС – преобразование измеренных полей в ближней зоне в характеристики поля в дальней зоне. Основным отличием КИС является его компактность (размер КИС на 20 % больше наибольшего габаритного размера ИА). Основным отличием метода измерений является возможность измерения характеристик ИА в требуемом диапазоне температур. В КИС применяется зонд-антенна или набор (комплект) зонд-антенн, что позволяет проводить измерения ИА в широком диапазоне частот. КИС и метод применимы для использования в научно-исследовательских лабораториях, на производстве и при контроле работоспособности в период эксплуатации. Установка данного КИС не потребует расширения занимаемых площадей и обеспечит необходимый уровень точности измерений при контроле антенн в ходе их разработки и производства.
Изобретательский уровень достигается за счет получения КИС направленных свойств (амплитудно-фазовых характеристик) ИА с точностями, достигаемыми в безэховых камерах классическими методами, но при значительно более компактном исполнении, а использование метода измерений с изоляцией измерительного оборудования от ИА и применение теплоизолирующей радиопрозрачной перегородки и климатического оборудования позволяет проводить измерения при воздействии различных температур на ИА, не оказывая влияния на точность измерений.
Измерения характеристик ИА возможны, как с использованием плоского позиционера (на нём закреплена зонд-антенна), так и с применением цилиндрического и сферического позиционера.
КИС может быть метрологически аттестовано как средство измерений. Методики измерений с использованием плоского позиционера соответствуют ГОСТ 8.309-78, не стандартные методики измерений ИА могут быть метрологически аттестованы в соответствии с ГОСТ Р 8-563-2009.
На Фиг.1 показана блок-схема КИС, которая позволяет проводить измерения пассивных ИА1.
На Фиг.2 показан принцип построения камеры 2 КИС с использованием плоского позиционера.
На Фиг.3 показана КИС, в аппаратно-вычислительном комплексе 7 которого использованы генератор 14 и анализатор спектра (или цифровой осциллограф) 15. Такая схема необходима при измерениях активных ИА 1.
На Фиг.4 показана КИС, подключенное к климатическому оборудованию 16 патрубком 17.
На Фиг. 1 – 3 приведена радиопрозрачная перегородка 18.
Достоинства вышеописанной конструкции
КИС позволяет получить точность измерений сопоставимую с измерениями в дальней, ближней или в промежуточной зоне в полноразмерной безэховой камере. Размер КИС позволяет устанавливать его в любом рабочем помещении, в том числе:
- в лаборатории разработчиков для отладки разрабатываемых антенн;
- на производстве для оперативного контроля (например, предъявительские или приемо-сдаточные испытания) производимых антенн или входного контроля.
Компактность КИС позволяет существенно расширить область применения.
Метод измерений обеспечивает возможность встраивания климатической камеры таким образом, чтобы не оказывать влияния на измерительное оборудование КИС, что позволяет проводить антенные измерения при воздействии различных климатических факторов.
Раскрытие и осуществление изобретения
Первым существенным признаком, достаточным для достижения, указанного выше, технического результата, является применение метода измерения антенн в ближней зоне.
Вторым существенным признаком является применение высокоточного позиционера передвигающего зонд-антенну в любой системе координат, что позволяет получить высокую точность исходных данных для последующей обработки.
Третьим существенным признаком является применение радиопоглощающих материалов внутри экранированного пространства, что позволяет уменьшить уровень переотражений и обеспечить необходимую точность измеряемых параметров при малых размерах измерительного оборудования.
Четвертым существенным признаком является применение метода измерений с изоляцией измерительного оборудования при помощи теплоизолированной радиопрозрачной внутренней камеры (не менее одной радиопрозрачной стенки), к которой подключается климатическое оборудование, что позволяет производить антенные измерения при различных климатических воздействиях на ИА, не оказывая климатических воздействий на измерительное оборудование.
Работа КИС
ИА 1 устанавливается в камеру 2. В камере 2 установлен позиционер 3 с зонд-антенной 4. Стенки камеры 2 покрыты поглощающим материалом 5. Для повышения ЭМС камеры 2 с условиями окружающей среды на ее внешней стороне может быть расположен экран 6, обеспечивающий экранирование внутреннего пространства камеры от внешнего.
После установки в камеру 2 ИА 1 подключается к программно-аппаратному комплексу 7. Закрывается дверь 8 камеры 2. На программно-аппаратном комплексе 7 задается режим измерения характеристик ИА. Время проведения измерений можно сократить путем оптимизации числа точек измерения в зависимости от задачи. После проведения измерений результаты доступны в нескольких стандартных форматах данных, в том числе формируется отчет о проведенном измерении на основании исходных данных и полученных результатов.
Для удобства установки и обслуживания позиционера 3 в камере 2 предусмотрена съемная крышка 9.
Программно-аппаратный комплекс 7 состоит из контроллера управления 10 позиционера 3, векторного анализатора цепей 11, контроллера положения 12 ИА 1 и из ПЭВМ управления 13, которое содержит программно-математический комплекс обработки результатов измерений.
Векторный анализатор цепей 11 может быть заменён на генератор 14 и анализатор спектра (или цифровой осциллограф) 15. В случае если ИА 1 является приёмной антенной, то генератор 14 подключается к зонд-антенне 4, а анализатор спектра (или цифровой осциллограф) 15 к ИА 1. В случае если ИА 1 является передающей антенной, то генератор 14 подключается к ИА 1, а анализатор спектра (или цифровой осциллограф) 15 к зонд-антенне 4.
Для проведения измерений характеристик ИА в различных климатических условиях камера устройства может быть подключена к системе терморегуляции, состоящей из климатического оборудования 16, патрубка 17 и радиопрозрачной перегородки 18. Климатическое оборудование 16 устанавливается рядом с камерой 2 или может быть непосредственно частью камеры 2. Подключение производится патрубком 17, который обеспечивает теплообмен с климатическим оборудованием 16.
Измерения могут проводиться в камере 2 без климатического оборудования 16 и патрубка 17 в условиях нормальной температуры испытаний.
Claims (10)
1. Система измерения электромагнитного поля антенн, способная формировать данные измерения диаграммы направленности антенн, содержащая безэховую камеру, стенки которой покрыты радиопоглощающим материалом, позиционер с зонд-антенной, программно-математический комплекс, анализатор цепей, генератор сигналов, анализатор спектра, отличающаяся тем, что безэховая камера оснащена теплоизолирующей радиопрозрачной перегородкой, отделяющей исследуемую антенну, а на внешней стороне безэховой камеры расположен экран и оснащена съемной крышкой, к которой посредством патрубка подсоединяется климатическое оборудование, обеспечивающее измерение электромагнитного поля в ближней зоне исследуемой антенны в диапазоне температур, которые воздействуют только на измеряемую антенну.
2. Система измерения электромагнитного поля антенн по п.1, отличающаяся тем, что измерительный зонд на позиционере перемещается как в плоскости, так и в цилиндрической и сферической системах координат.
3. Система измерения электромагнитного поля антенн по п.1, отличающаяся тем, что измеряемая антенна является антенной решеткой или элементом антенной решетки.
4. Система измерения электромагнитного поля по п.1, отличающаяся тем, что измерительный зонд изготовлен из металла или диэлектрика.
5. Система измерения электромагнитного поля антенн с входящим в её состав измерительным оборудованием по п.1, отличающаяся тем, что измерительное оборудование включает в свой состав генератор сигналов или анализатор спектра.
6. Измерительное оборудование по п.5, отличающееся тем, что включает в свой состав анализатора спектра, если измеряемая антенна является активной.
7. Система измерения электромагнитного поля антенн по п.1, отличающаяся тем, что работоспособна как в экранированном, так и в не экранированном корпусе.
8. Система измерения электромагнитного поля антенн по п.1, отличающаяся тем, что ее размер не более чем в 3 раза превышает размер максимальной измеряемой антенны.
9. Система измерения электромагнитного поля антенн с входящим в её состав климатическим оборудованием по п.1, отличающаяся тем, что позиционер расположен вне зоны воздействия климатического оборудования за счёт использования радиопрозрачной перегородки.
10. Система измерения электромагнитного поля антенн с входящим в её состав климатическим оборудованием по п.1, отличающаяся тем, что радиопрозрачная перегородка выполнена как из оптически прозрачных, так и оптически непрозрачных материалов с малыми потерями в материале во всём диапазоне рабочих частот и температур.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105969A RU2766055C1 (ru) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | Метод и система измерений электромагнитного поля и параметров антенн в условиях воздействия температуры на объект измерений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105969A RU2766055C1 (ru) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | Метод и система измерений электромагнитного поля и параметров антенн в условиях воздействия температуры на объект измерений |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2766055C1 true RU2766055C1 (ru) | 2022-02-07 |
Family
ID=80214868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021105969A RU2766055C1 (ru) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | Метод и система измерений электромагнитного поля и параметров антенн в условиях воздействия температуры на объект измерений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2766055C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4800387A (en) * | 1984-02-07 | 1989-01-24 | Logimetrics, Inc. | Boresight chamber assembly apparatus |
| US7876276B1 (en) * | 2006-08-02 | 2011-01-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Antenna near-field probe station scanner |
| CN104764938B (zh) * | 2015-03-10 | 2017-10-10 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 自带相参通道的天线近场测量方法 |
| US20210055337A1 (en) * | 2019-08-23 | 2021-02-25 | Anritsu Corporation | Temperature test apparatus and temperature test method |
-
2021
- 2021-03-09 RU RU2021105969A patent/RU2766055C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4800387A (en) * | 1984-02-07 | 1989-01-24 | Logimetrics, Inc. | Boresight chamber assembly apparatus |
| US7876276B1 (en) * | 2006-08-02 | 2011-01-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Antenna near-field probe station scanner |
| CN104764938B (zh) * | 2015-03-10 | 2017-10-10 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 自带相参通道的天线近场测量方法 |
| US20210055337A1 (en) * | 2019-08-23 | 2021-02-25 | Anritsu Corporation | Temperature test apparatus and temperature test method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qi et al. | 5G over-the-air measurement challenges: Overview | |
| KR102481050B1 (ko) | 어레이 안테나의 총 복사 전력을 측정하기 위한 방법, 장치 및 시스템 | |
| KR100802181B1 (ko) | 프레넬 영역에서의 안테나 방사 패턴 측정 시스템 및 그방법 | |
| Kildal et al. | Characterization of reverberation chambers for OTA measurements of wireless devices: Physical formulations of channel matrix and new uncertainty formula | |
| KR101832906B1 (ko) | 안테나, 이동 전화, 및 다른 무선 단말기의 성능을 측정하기 위한 개선된 방법 및 장치 | |
| WO2020248917A1 (zh) | 阵列天线总辐射功率测量方法、装置、系统、终端以及计算机存储介质 | |
| García-Fernández et al. | Antenna radiation pattern measurements in reverberation chamber using plane wave decomposition | |
| US11372037B2 (en) | Freespace antenna measurement system | |
| Expósito et al. | Uncertainty assessment of a small rectangular anechoic chamber: From design to operation | |
| Neitz et al. | 3-D monostatic RCS determination from multistatic near-field measurements by plane-wave field synthesis | |
| CN112558001B (zh) | 一种脉冲高功率现场校准装置和方法 | |
| Derat et al. | On the minimum range length for performing accurate direct far-field over-the-air measurements | |
| RU2766055C1 (ru) | Метод и система измерений электромагнитного поля и параметров антенн в условиях воздействия температуры на объект измерений | |
| Fordham | An introduction to antenna test ranges, measurements and instrumentation | |
| Kildal et al. | Evaluation of a random line-of-sight over-the-air measurement setup at 28 ghz | |
| Barani et al. | Integrated-Antenna Over-the-Air Testing for Millimeter-Wave Applications: An Overview of Systems and Uncertainty [Measurements Corner] | |
| CN111487474A (zh) | 数值孪生电磁测量系统 | |
| Cutshall et al. | A review of the CW-Ambient technique for measuring G/T in a planar near-field antenna range | |
| Sahin et al. | Noncontact characterization of antenna parameters in mmW and THz bands | |
| Kawamura et al. | Near-field measurement system for 5G massive MIMO base stations | |
| Krasov et al. | Characterization and Calibration of the Hybrid OTA Chamber Using a Field Scanner | |
| RU2780144C1 (ru) | Метод и мобильный комплекс измерения электромагнитного поля и параметров антенн | |
| Scannavini et al. | Efficient testing of antennas for 5G mm-wave applications | |
| Toivanen et al. | Calibration of multi-probe antenna measurement system using test zone field compensation | |
| Krasov et al. | Reconfiguration Capabilities of the Anechoic-Reverberation Hybrid Chamber for TRP Measurements of Active Antenna Systems |