Измерение антенн широкополосными импульсами Опции

[Александр__К.]

Здравствуйте, товарищи!

Подскажите, пожалуйста, где можно найти информацию по данному вопросу(в теме). Ходят легенды, что метод измерения настолько хорош, что отпадает необходимость использования безэховой камеры.

Я что то нашёл у Agilent, но не уверен относится ли это к теме или нет:
Тем более, что здесь не сказано об устранении необходимости использования безэховой камеры.

[vIgort]

Здравствуйте, товарищи!

Подскажите, пожалуйста, где можно найти информацию по данному вопросу(в теме). Ходят легенды, что метод измерения настолько хорош, что отпадает необходимость использования безэховой камеры.

Я что то нашёл у Agilent, но не уверен относится ли это к теме или нет:
Тем более, что здесь не сказано об устранении необходимости использования безэховой камеры.

Это не легенды, поскольку измерения проходят во временной области (у буржуев это Time-domain methods или FDTM) у нас сверхширокополосными сигналами или сверхкороткие импульсами (здесь единства нет).
Есть и фирмы выпускающие данное оборудование (если мне не изменяет память) у прибалтов Geozondas и петербуржцы компания Трим.
По литературе: этой теме посвящен сайт http://uwb.msk.ru/index.php. а вообще в интернете хватает информации на эту тему.

[zer0]

Ходят легенды, что метод измерения настолько хорош, что отпадает необходимость использования безэховой камеры.

Даже знаю тех, кто их распространяет и могу охарактеризовать тех, кто в них верит!
Все зависит от типа антенн, их частотных характеристик, измерямых параметров, требований к погрешности, конфигурации антенного полигона и др. Таким образом, в одних случаях безэховая камера не нужна и при измерениях на гармонических сигналах, в других она необходима и при реализации широкополосных методов. А в литературе встречал мало - читать особо некогда, а писать тем более...

[pozharsky]

Всем добрый день!

Как раз сейчас на моей фирме задались подобным вопросом. Я прошерстил Интернет на данную тему и нарыл несколько описаний методов.

http://www.geozondas.com/main_page.php?pusl=12 - теория измерений Геозондаса,

http://www.ce-mag.com/archive/02/Spring/fogelle1.html и http://www.ce-mag.com/archive/02/Spring/fogelle2.html - общая теория измерений

http://www.trimcom.ru/index.php?level=othe...time=1177749456 - ТРИМ

http://www.deep-com.ru/public/antenna_measurements_ru.pdf - вкусности от Аджилента, кстати - так и не понял до конца, исключают ли они совсем из измерений поглотитель...

Так вот, информация-то имеется, но нигде нет чёткого взвешенного сравнения методов: классических измерений в БЭКе и СШП измерений. Конкретно: достоинства/недостатки по каждому и рекомендации по применению.

Как и все присутствующие, наверняка, у меня есть достаточный опыт прямых измерений, я ведь ещё в институте в лаборатории АиУ СВЧ лаборантом был, в качестве довеска к НИРСу.

Попробую сравнить в общих чертах. Остальных просьба критиковать и дополнять!

Классический метод - надёжно, наглядно, "в лоб" получаем требуемые характеристики. Минусы - требования к расстоянию между излучающей и приёмной частью и поглотителю, возможно требование большой мощности передатчика.

Time-domain methods - не требуют специального помещения и мощного передатчика, обычно полностью автоматизированы. Минусы - дорого, не наглядно, при измерениях антенн НА УСТРОЙСТВАХ возможны искажения результата.

Конкретно у меня стоит вопрос следующий. В моём хозяйстве - узкополосные антенны, как направленные, так и слабонаправленные, как линейной, так и круговой поляризации. Частоты не слишком высокие, до 10 ГГц. Антенны требуется мерить как отдельно от приборов, на которых они установлены, так и на приборах. Что предпочтительнее: делать БЭК длиной метров 20 или брать комплекс для СШП-измерений? В том числе учитывая и денежные затраты.

Даже знаю тех, кто их распространяет и могу охарактеризовать тех, кто в них верит!

Будь добр, раскрой эту тему также.

[pozharsky]

В плюсы СШП анализа также отнесём измерение за импульс параметров во всей полосе частот, чуть не забыл. Полчаса на редактирование здесь мало!

[pozharsky]

Ещё вводные.

- При возникновении любых помех от сторонних источников - как узко-, так и широкополосных - результаты СШП измерения накрываются целиком (допёр сам);
- Динамический диапазон классического метода шире; кроме того СШП сканирование плохо подходит для измерения узкополосных антенн (мой случай). Источник - Геозондас. Но не могу пока никак вдуплить, а почему это так.

Родил предположение:

В случае узкополосных антенн имеем наличие резонансов на других частотах. Простой пример - обычный вибратор для одной частоты - четвертьволновый, для двукратной частоты он будет полуволновый. Максимумы приёма у четверть- и полуволнового вибраторов - под разными углами, следовательно получаем пространственное искажение ДН. Можно так объяснить? Или я сдурил где-то?

Что-то уж и сам засомневался в том, что надумал. Мозг кипит что-то.

У кого есть опыт подобных измерений, поделитесь, пожалуйста? Вроде бы форум для того и сделан.

[zer0]

Все эти широкополосные дела применительно к антенным измерениям были разработаны еще 80-х годах, с развитием средств вычислительной техники, реализованы были в 90-х. На сегодня научной составляющей в них нет, поэтому пишут об этом мало, зато рекламируют много. Разумеется, информация рекламного характера и порождает всевозможные легенды о ненужности БК. Неспециалистам, не имеющим опыта измерений различных видов антенн на разных сигналов, отделить зерна от плевел чрезвычайно затруднительно, т.к. помимо богатой эрудиции в области антенны должны иметься знания в области спектрального анализа.

Теперь информация для вдупления.
ШП методы могут быть реализованы как с использованием видеоимпульсов, так и с применением метода дискретного частотного синтеза. В их особенности вдаваться не хочется. По информационным возможностям они практически не отличаются, а отличаются лишь используемой аппаратурой.
Надо понять следующее: чем уже частотный спектр, тем шире временной (пространственный) и наоборот. Поэтому, если длительность импульсного сигнала с выхода навигационной антенны составляет около 20 нс, то извольте геометрией полигона обеспечить запаздывание переотраженных сигналов на соответствующее время (пространство). А это 6 метров! Порисуйте треугольники и прикиньте каково должно быть помещение. Может дешевле докупить РПМ?! В конечном счете все упирается в погрешность измерений желанную в заданных диапазонах измерений.

Что касается всяких там искажений, то приведенные выше предположения в корне не верны. Характеристики антенн (пассивных) инвариантны к видам используемых сигналов.
Поэтому при выборе типа измерительного комплекса как правило требуется индивидуальное решение под конкретные задачи. Универсальных решений нет или они чрезвычайно дороги. Универсальное решение - это качественный радиоколлиматор в качественной БЭК с высококлассной СВЧ измериловкой.

[pozharsky]

Вечером - дома - врубился уже, что с искажениями надумал муры.
А вот с запаздываниями - в самую точку. Так что классика рулит - спасибо.

[pozharsky]

Ещё вопросик к имевшим опыт: а насколько динамический диапазон СШП измерений меньше, нежели у классики? Цифры никто не пишет, а "меньше" в документы не напишешь...

Я-то обеими руками за старые добрые измерения в БЭКе. По крайней мере, это надёжно и наглядно, а также позволяет проводить регулировку "на горячую руку".

Итак, я тут поднабросал соображения, а сейчас начну искать цифры и точные теоретические объяснения.

По сравнению с классическими измерениями, СШП-измерения имеют следующие недостатки:

1. При использовании СШП измерений, любая внешняя помеха, постоянно действующая или случайно появившаяся, серьёзно искажает результаты измерений; //тут можно не объяснять, ясное дело. Измеряем в обычном помещении, а за окном вдруг - бац - сварщики расположились. Их аппарат может загадить эфирный телевизионный сигнал, а уж про измерения...

2. Динамический диапазон измерений в БЭКе шире, нежели при СШП-измерениях; //как я понимаю, связано с тем, что мощность общая СШП-сигнала - суммарная - и так невелика, а по каждой гармонике, по конкретной частоте, получается весьма не сильный сигнал - отсюда и диапазон. Увеличивать мощность СШП сигнала можно, но осторожно. В классическом случае, в камере, в экранированной от БЭКа кабинке, мы особо не паримся с мощностью. Как бы это всё понаучнее преподнести? С цифрами? Каков ДД в СШП измерениях?

3. При измерениях параметров антенн, установленных на различные устройства, приборы и механизмы, возможны искажения реальных диаграмм направленности; //возможны отражения или преломления ЭМВ с запаздыванием сигналов, пришедших на антенну от различных частей корпусов, блоков и пр., что важно в измерениях. Но сможет ли алгоритм Time Domain measurement правильно подстроить временное окно - тот ещё вопрос, особенно если устройство, на котором стоит антенна, большое.

4. При СШП-измерениях возникают требования к размерам используемого помещения: помимо обязательного расстояния между излучающей и приёмной частью более длины дальней зоны, необходимо обеспечить задержку по времени отражённых от стен, пола и потолка сигналов; это требует большего помещения по ширине и высоте. // уважаемый zer0 отлично расписал теорию данного вопроса, подредактируем под стиль...

Вывод:

Для проведения измерений параметров и характеристик антенн СШП-методами необходимо иметь в распоряжении помещение гораздо большее, нежели обычно используется под БЭК; помещение это должно быть обязательно экранировано от внешних электромагнитных воздействий. При этом динамический диапазон измерений будет меньше, предсказать правильность полученных диаграмм при измерениях антенн в составе устройств и приборов будет сложнее.

Вроде так... Сейчас стоит вопрос, как проводить измерения, заказчик кивает нам на СШП, а мы хотим БЭК - ибо более универсально и аппаратура практически вся есть (только помещение и поглотитель надо). Вот, от меня требуется аргументировать решение. Мозгую помаленьку...

[zer0]

Вы не поняли. По сравнению с "гармоническими" методами (вы называете их "классическими", да это и не "методы", а виды сигналов), СШП измерения не имеют недостатков. В некоторых ситуациях преимущества СШП измерений не могут быть реализованы и, соответственно, их информационные возможности становятся сопоставимы "гармоническими" методами. Ваши предположения 1...4, во многом, не верны.
Ну и еще, поскольку мы русские люди, то предлагаю термин "Time Domain" не использовать, так как он по сути есть хорошо знакомый "дискретный частотный синтез".

[pozharsky]

С терминологией - понятно.
Раз уж такие дела, есть где-нибудь нормальные источники, позволяющие как следует разобраться? Раз сейчас пишут мало, раньше ведь писали. Гугл, правда, киксует...

И всё же. Как это - нет недостатков? А уязвимость к помехам (п.1)? Про ДД (п.2) - это сами ребята с Геозондаса пишут, я предполагаю что потому, что... (см. выше). По пункту 3 - поставили антенну на большой объект типа автомобиля. Как учитывать отражения от поверхности? Пункт 4... это вообще ВАШЕ целиком и полностью.

Блин, нет нормального доступа к IEEE статьям по теме...

[pozharsky]

Так ни к чему и не пришли. Ау! У кого есть статьи, просьба выложить! Очень надо! Вопрос-то важный...

[tduty5]

Все зависит от задачи. Узкополосные антенны мерить на сшп стенде тоже можно, но это не раскроет преимуществ импульсных измерений. Суть во временнОй развязке мешающих сигналов. Чем больше комната, тем больше временное окно наблюдения, тем на более низких частотах возможны измерения.
Мы измеряем параметры антенн в диапазоне от 200 МГц до 12 ГГц в простой комнате, на столе, можно сказать. Из оборудования нужен строб. осциллограф и набор генераторов импульсов. Это копейки по сравнению с векторником агилент (он тоже есть, как же без него). И, естественно, набор излучающих анетенн и эталонная антенна (например ТЕМ-рупор), да с полдюжины листов поролонных «морковок» на всякий случай. А вот для измерений на гармоническом сигнале в указанном выше диапазоне какого размера и стоимости БЭК потребуется? При сдаче одной из тем, мои «настольные» измерения ДН в диапазоне 2-10 ГГц с высокой точностью совпали с измерениями в серьезной БЭК.

По сравнению с классическими измерениями, СШП-измерения имеют следующие недостатки:
1. При использовании СШП измерений, любая внешняя помеха, постоянно действующая или случайно появившаяся, серьёзно искажает результаты измерений; //тут можно не объяснять, ясное дело. Измеряем в обычном помещении, а за окном вдруг - бац - сварщики расположились. Их аппарат может загадить эфирный телевизионный сигнал, а уж про измерения...

Не найдете вы помеху, т.к.: а) если меряем стробом - для построения одной осциллограммы надо 1-4 тыс. импульсов, при желании - усреднение по 4-256 измерениям; б) если меряем осциллографом реального времени - длительность импульса много меньше всяких помех, также можно использовать накопление.

2. Динамический диапазон измерений в БЭКе шире, нежели при СШП-измерениях; //как я понимаю, связано с тем, что мощность общая СШП-сигнала - суммарная - и так невелика, а по каждой гармонике, по конкретной частоте, получается весьма не сильный сигнал - отсюда и диапазон. Увеличивать мощность СШП сигнала можно, но осторожно. В классическом случае, в камере, в экранированной от БЭКа кабинке, мы особо не паримся с мощностью. Как бы это всё понаучнее преподнести? С цифрами? Каков ДД в СШП измерениях?

Лучше говорить об амплитуде (здесь: отклонение от нулевой линии) и длительности, т.к. мощность импульса при одной и той же энергии зависит от длительности. Реальные сигналы низковольтных генераторов: длительность 1 нс - амплитуда 150 В, 0.5 нс - 30 В, 200 пс - 15 В. Т.к ДД определяется шумами, на сшп с ними легко бороться с помощью накопления импульсов. При «настольных» измерениях провалы в ДН до -30…-35 дБ хорошо прорисовываются. Циферки есть, например, здесь.

3. При измерениях параметров антенн, установленных на различные устройства, приборы и механизмы, возможны искажения реальных диаграмм направленности; //возможны отражения или преломления ЭМВ с запаздыванием сигналов, пришедших на антенну от различных частей корпусов, блоков и пр., что важно в измерениях. Но сможет ли алгоритм Time Domain measurement правильно подстроить временное окно - тот ещё вопрос, особенно если устройство, на котором стоит антенна, большое.

Так что нужно - ДН антенны или всего в сборе? Как раз с только помощью сшп импульсов за счет временной развязки можно измерить параметры именно антенны, даже если она установлена на устройстве. Естественно, зависит от расположения железяк.

4. При СШП-измерениях возникают требования к размерам используемого помещения: помимо обязательного расстояния между излучающей и приёмной частью более длины дальней зоны, необходимо обеспечить задержку по времени отражённых от стен, пола и потолка сигналов; это требует большего помещения по ширине и высоте.

Ну да, зависит, но и вы не КВ диапазоне ведь меряете. Берем осциллоскоп за ручку, генераторчик в карман и идем мерить в спортзал или на лужайку. Провернули антеннку через 5 градусов, засняли 72 импульса - вот вам ДН на ВСЕХ частотах в пределах рабочего диапазона. И бегом к компу графики строить.

а мы хотим БЭК - ибо более универсально и аппаратура практически вся есть (только помещение и поглотитель надо)

Вот-вот, только помещение и поглотитель…

[EUrry]

Есть еще несколько иной метод фильтрации окнами так называемого "виртуального спектра", в том числе при антенных измерениях на фоне мешающих отражений. Ниже дано название статьи. Номера Д&С за 2004 г. есть на ftp.

Беднов, А.В. Цифровая обработка результатов СВЧ измерений методом «спектрального окна» / А.В. Беднов [и др.] // Датчики и системы. - 2004. - № 6. - С.30-35.

P. S. Файл 4,5 метра не прилипает. Если не найдете, могу куда-нибудь положить.