الهندسةهندسة الاتصالات

قياسات نمط الإشعاع للهوائي Antenna Measurements Radiation Pattern

اقرأ في هذا المقال
  • ما هو نمط الإشعاع Radiation Pattern؟
  • كيفية قياس نمط إشعاع الهوائي
  • إجراءات قياس نمط إشعاع الهوائي أي إجراء قياس النمط
  • اختبار نمط الهوائي السلبي لهوائيات 5G Beamforming

إنّ قياسات الهوائي تتوافق مع تحليل معلمات مختلفة للهوائي للحصول على فكرة عن أداء الهوائي، لهذا الغرض يُنظر إلى “AUT” بالاقتران مع هوائي المصدر الذي يساعد في تحديد أداء النظام.

 

ما هو قياس نمط الإشعاع للهوائي Antenna Measurements Radiation Pattern؟

 

قياس نمط الإشعاع للهوائي “Antenna Measurements Radiation Pattern”: هو طريقة لتحديد مخطط إشعاع الهوائي قيد الاختبار، أي “AUT”، حيث يمثل مخطط الهوائي أو مخطط الإشعاع بيانياً خصائص إشعاع الهوائي فيما يتعلق بإحداثيات الفضاء، ولقياس مخطط الهوائي بشكل أكثر تحديداً كما إنّه يشير إلى قياس الحجم النسبي وطور الإشارة الكهرومغناطيسية التي يرسلها هوائي الاختبار.

 

يُصنف قياس الهوائي على أنّه قياس المعاوقة وقياس المخطط، حيث يرتبط قياس مخطط الهوائي بشكل أساسي بقياس خصائص إشعاع الهوائي إلى جانب قياس المعلمات، مثل الكسب وعرض الحزمة والاستقطاب وما إلى ذلك، وكما أنّه في حالة الهوائي عالي الاتجاه مثل البوق، يتم قياس المخطط عن طريق مسح المنطقة الموازية للجانب، حيث يواجه البوق مسافة معينة، ومع ذلك يتوفر طريقة القياس الكلي للمخطط الكروي المطلوب لفئة عامة من الهوائي.

 

  • “AUT” هي اختصار لـ ” Antenna Under Test”.

 

كيفية قياس نمط إشعاع الهوائي:

 

إنّ نمط إشعاع الهوائي به أقسام إشعاعية، في حالة وجود هوائي مثالي لا يوجد سوى قسم إشعاع واحد، ومع ذلك لا يوجد هوائي مثالي، وبالتالي فإنّ مخطط الإشعاع له أقسام كبيرة وثانوية، حيث يمثل القسم الرئيسي لمخطط الهوائي الاتجاه الذي يوجد فيه أقصى إشعاع، بينما يتوافق القسم الصغير مع جميع الاتجاهات الأخرى للنمط، تُعرف أيضاً الأقسام الصغيرة بالأقسام الجانبية.

 

في الأساس، يوضح مخطط إشعاع الهوائي شدة المجال أو كثافة القدرة المعروضة على مسافة ثابتة من الهوائي مع مراعاة الاتجاه، وبما أنّ مخطط إشعاع الهوائي عبارة عن خصائص ثلاثية الأبعاد، فإنّ شدة المجال تقاس بالضرورة للزوايا المكانية الإجمالية، وبالتالي لتحقيق ذلك يجب تحديد الزوايا المختلفة في الفضاء، وبشكل عام يُعتبر الهوائي الفضائي موجوداً في أصل الإحداثي الكروي.

 

إجراءات قياس نمط إشعاع الهوائي أي إجراء قياس النمط:

 

إنّ إعداد قياس النمط يجب أن يحتوي بالضرورة على هوائيين، أحدهما هو الهوائي قيد الاختبار المشار إليه بالهوائي الأولي بينما الآخر هو الهوائي الثانوي، وبما أنّ النظام يتبع نظرية المعاملة بالمثل، فإنّ مخطط الإشعاع سيكون هو نفسه لكل من الهوائي، وبالتالي فإنّ أي واحد منهما يمكن أن يكون هوائي الإرسال بينما سيكون الآخر هو هوائي الاستقبال، حيث في الأساس هناك إجراءان أساسيان لقياس مخطط إشعاع الهوائيات.

 

1. الإجراء الأول:

 

في هذا الإجراء، يتم وضع الهوائي الأولي في موقع محدد ويكون ذا طبيعة ثابتة، حيث يتم وضع الهوائي الثانوي على مسافة معينة منه، ومع ذلك فإنّ الهوائي الثانوي ليس ثابتاً؛ لأنّه يتحرك حول الهوائي الأولي محافظاً على تلك المسافة المحددة، وبشكل عام يكون الهوائي الأساسي هو الإرسال بينما الثاني هو هوائي الاستقبال، لكنّ هذا الشرط ليس ضرورياً لإجراء القياس.

 

وفي حالة الهوائي الثانوي عالي الاتجاه يجب أن يركز بشكل صحيح على الهوائي الأولي، ويرجع ذلك إلى أنّه في هذه الحالة سيتأثر مخطط إشعاع الهوائي الثانوي فقط بالمخطط الأولي، وعلاوةً على ذلك عند نقطة مختلفة على المسير الدائري يتم تدوين شدة المجال واتجاه الهوائي الثانوي فيما يتعلق بالهوائي الأولي، حيث يساعد هذا في رسم مخطط إشعاع الهوائي الأولي في شكل مستطيل أو قطبي.

 

2. الإجراء الثاني:

 

في طريقة قياس مخطط الإشعاع هذه، يتم وضع الهوائيات الأولية والثانوية في مواقع ثابتة مفصولة بمسافة كافية، حيث في ظل الظروف العامة يُعتبر الهوائي الأولي هو الهوائي المرسل بينما الهوائي الثانوي هو الهوائي قيد الاختبار، كما يتم تثبيت مواضع الهوائيين، ولكنّ الهوائي الثانوي يدور حول المحور الرأسي، ويمثل الشكل أدناه إعداد قياس مخطط الإشعاع:

 

 

إنّ هوائي الإرسال ثابت أثناء وضع هوائي الاختبار على عمود دوار؛ لأنّ هذا سيساعد في تدوير الهوائي من خلال آلية الدوران، حيث أثناء دوران هوائي الاختبار حول المحور الرأسي، يكون الهوائي الأولي ثابتاً ولا يدور، لذلك عندما يوفر هوائي الإرسال الإضاءة لهوائي الاختبار بزوايا مختلفة، يتم ملاحظة شدة المجال في اتجاهات مختلفة عن طريق إيقاف الدوران في كل مرة بزاوية معينة.

 

في بعض الأحيان باستخدام مسجل النمط حتى مع الدوران المستمر لهوائي الاختبار، يمكن تسجيل القراءات، حيث في هذه الحالة يكون دوران الهوائي متزامناً مع وحدات مولد المحرك، كما يتم تشغيل الهوائيين بشكل مختلف، وتجدر الإشارة إلى أنّ الإجراء الأول مفيد بشكل عام في قياس هوائي التردد المنخفض، بينما يكون الإجراء الآخر مناسباً لقياسات الهوائي عالي التردد.

 

3. المطلبان الرئيسيان لقياس النمط:

 

أولاً: المسافة:

 

عندما الإنتباه إلى متطلبات المسافة من أجل الحصول على مخطط المجال البعيد المطلوب، يجب الحفاظ على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية بين الهوائيين، وهذا لأنّه إذا كانت المسافة صغيرة فسنحصل على مخطط المجال القريب للهوائي، ومع ذلك من أجل القياس الدقيق للمخطط، يجب أن تُضيء واجهة موجة المستوى الهوائي قيد الاختبار وفقط في حالة وجود مسافة كبيرة بما فيه الكفاية، كما يمكن تحقيق جبهة موجة مستوية، ولذلك يجب تحديد المسافة بين الهوائي الأولي والثانوي على النحو التالي:

 

r> 2d^2 / λ

 

حيث أنّ “r” هي المسافة التي تفصل بين الهوائيين، و”λ” هو الطول الموجي و”d” هي المسافة الخطية القصوى لأي هوائي، كما يتم الحصول على المعادلة أعلاه على أساس أنّ الفرق في الطور بين المركز وحافة هوائي الاختبار يجب ألّا يكون أكبر من “λ/ 16”.

 

ثانياً: الإضاءة المنتظمة:

 

إلى جانب المسافة الكبيرة المناسبة وللحصول على مخطط مجال دقيق، يجب أن تمتلك الموجة المستوية التي ينتجها هوائي الإرسال اتساعاً وطوراً منتظمين على مسافة الفصل الكاملة، حيث يجب تجنب الانعكاسات من الأرض والمباني والأشجار وما إلى ذلك بشكل كبير، وبالتالي يمكن القول أنّ قياس مخطط الهوائي يعتمد على شدة المجال لاتجاه “wrt” للهوائي، ومع ذلك يجب مراعاة متطلبات المسافة والإضاءة بشكل صحيح.

 

اختبار نمط الهوائي السلبي لهوائيات 5G Beamforming:

 

يُقدم اختبار نمط الهوائي ثلاثي الأبعاد لهوائيات “5G” لتشكيل الحزمة، حيث يتراوح تردد الاختبار لـ “FR1” من “600 ميجاهرتز” إلى “6 جيجاهرتز”، كما يتم إجراء الاختبار في غرفة كاتمة للصدى باستخدام منهجية تحويل قريبة من مجال بعيد، حيث تشمل معلمات الهوائي التي تم تقييمها ما يلي:

 

  • الكسب.

 

  • عرض الحزمة.

 

  • شعاع السمت.

 

  • نسبة الاستقطاب المتقاطع.

 

  • دقة الإمالة.

 

  • نسبة الأمام إلى الخلف.

 

  • أول قمع للقسم الجانبي العلوي.

 

  • الكفاءة.

 

المصدر
Antenna Measurements – Radiation PatternAntenna Measurement FAQAntenna Radiation Pattern MeasurementsMeasuring Radiation Pattern and an Antenna's Gain

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى