Der End-to-End-Erfolg Ihres Wireless-Produkts diktiert, dass sich Ihre Kunden auf die gute Leistung Ihrer Antennen in ihrem System verlassen werden.Die meiste Hardware und Software wird vor dem Verkauf oder der Bereitstellung sorgfältig getestet, aber warum werden so viele Antennen ignoriert?Die Risiken für die Systemfunktionalität und das Vertrauen der Kunden stehen auf dem Spiel, wenn Sie die Überprüfung Ihrer Antenne überspringen.Es gibt jedoch keinen Grund, Ihre Antennenbewertung aufzuschieben oder zu ignorieren;Hilfe ist verfügbar.In diesem Artikel werden einige grundlegende Vortesttechniken für Antennen skizziert, die in Ihrer eigenen Designumgebung verwendet werden können, um die grundlegende Effektivität und Funktionalität Ihrer Antenne zu quantifizieren.Speziallabors können für Sie zu kostengünstigen Preisen eine weitaus detailliertere Antennenbewertung durchführen.Die Ergebnisse einer Antennenbewertung in einem schalltoten Raum geben Ihrem Unternehmen Einblick und Vertrauen: von der Konstruktion über die Teilebeschaffung bis hin zur Außendienstunterstützung und zum Kundenerfolg.Es gibt jedoch Vortests, die in Ihrem eigenen Labor durchgeführt werden können und sollten, und sie beinhalten sogar vorläufige Messungen des Antennengewinns.Keine Antenne kann richtig strahlen oder empfangen, wenn ihre Impedanz nicht an Ihren Transceiver angepasst ist.Aber die Speisung und Anpassung kleiner eingebetteter Antennen kann schwierig zu optimieren sein.Nahezu alle Referenzdesigns werden darauf hinweisen, dass ihre Antenne auf Ihre PCB (eigentlich Ihre PCB-Größe) „abgestimmt“ oder „abgestimmt“ werden muss.Dieser Artikel befasst sich mit dem Testen der abgestrahlten Verstärkung und geht nicht auf die Schritte zum Anpassen einer Antenne ein.Hierfür stehen Online-Ressourcen und Tutorials sowie häufig Anleitungen des Antennenherstellers zur Verfügung.Wenn Sie keinen Zugang zu einem Koax-Anschluss an Ihrer Antenne haben, müssen Sie eine kleine halbstarre Koax-„Sonde“ im Pfad Ihrer Antenne anlöten.Tun Sie dies, nachdem Sie die Speiseleitung des Senders getrennt oder abgeschnitten haben, und positionieren Sie Ihre Koaxialsonde so, dass sie die passenden Komponenten im Speiseweg der Antenne „sieht“.Diesen „Port“ benötigen Sie später zum Antennentest nach dem Matching.Tipp: Es ist eine gute Idee, diesem Koaxialkabel Ferritperlen hinzuzufügen, um zu verhindern, dass HF-Energie es als Teil der Antennen- oder Platinenabstrahlstruktur verwendet.Die meisten Ferritperlen sind bei 915 MHz und 2,4 GHz nutzlos.Wir empfehlen die Steward HFB-Serie von Ferritperlen, die eine gewisse Mikrowellenimpedanz bieten.Nachdem Sie Ihre Anpassungskomponenten für eine gute Anpassung über die Betriebsfrequenzen des Produkts abgestimmt haben, ist jetzt ein effizienter Antennenbetrieb möglich.Anpassende Netzwerke scheinen jedoch Ihrem VNA eine große Breitband-Rückflussdämpfung zu bieten, während sie häufig eine schlechte Strahlungseffizienz (unter 10 %) aufweisen.Einige ausgewählte Komponenten können verlustbehaftet sein, und einige Antennen strahlen möglicherweise trotz einer „guten Übereinstimmung“ nicht gut ab.Denn durch die „gute Übereinstimmung“ verschwindet zwar Energie im Antennenanschluss, aber es kann nicht davon ausgegangen werden, dass sie abstrahlt.In unserem Labor sehen wir wöchentlich Leiterplatten mit „angepassten“ Antennen, die eine schlechte Strahlungseffizienz haben (unter 10 % oder durchschnittlicher Gewinn von weniger als -10 dBi).Überspringen Sie keine Strahlungs- oder „Gewinntests“.Beliebt sind auch eigenständige Antennen, die an U.FL- oder SMA-Anschlüsse angeschlossen werden.Sie werden jedoch typischerweise aus sehr kostengünstigen Offshore-Quellen bezogen.Sie neigen dazu, irreführende Datenblätter zu haben (die manchmal nur auf Simulationen basieren), die Gewinn und Effizienz zugunsten des Verkaufs überschätzen.Ihre Bewertung einer Musterantenne ist ein umsichtiger (und kostengünstiger) Schritt.Es gibt unzählige Online-Ressourcen und Tutorials zum Antennengewinn, aber das Konzept des „durchschnittlichen Gewinns“ wird nicht gut behandelt.Der Antennengewinn ist bei allen Antennen eine Funktion der Richtung, obwohl erwartet wird, dass er für Rundstrahlantennen in allen Richtungen ähnlich ist.Gewinn ist die Umleitung von Energie in einige Richtungen auf Kosten anderer Richtungen.Der sphärische 3D-Durchschnittsgewinn einer Antenne kann Eins (oder 0 dBi in Antennenbegriffen) nicht überschreiten, da die Antenne keine Energie erzeugt.Echte Antennen haben eher durchschnittliche Gewinne von weniger als 0 dBi, und dies ist das Maß für ihre Effizienz.Wenn eine Antenne einen durchschnittlichen Gewinn von –6 dBi hat, ist ihre Strahlungsleistung 6 dB niedriger als ihre Eingangsleistung oder eine Strahlungseffizienz von 25 %.Dieselbe Antenne kann in irgendeiner Richtung einen Spitzengewinn von 4 dBi haben und kann als Antenne mit 4 dBi Gewinn „spezifiziert“ oder „bewertet“ sein, aber sie hat immer noch einen durchschnittlichen Gewinn von –6 dBi.Die Verstärkungszahl von 4 dBi stammt aus einer Spitzentestrichtung.Bei Rundstrahlantennen zählt der durchschnittliche Gewinn (Effizienz)!Ein schlechter Wirkungsgrad wirkt sich auf die Qualität der HF-Verbindung aus, indem er die Antenne in allen „durchschnittlichen“ Richtungen benachteiligt.Der Energieverlust der Ineffizienz kann auf die Antenne und/oder ihre passenden Netzwerkkomponenten zurückzuführen sein.Weitere Antennen-Tutorials finden Sie hier.Um die Verstärkung Ihrer Antenne zu testen, benötigen Sie einen ausreichend offenen Laborraum mit Abstand zu allen HF-reflektierenden Objekten wie Metallmöbeln.Sie benötigen außerdem eine Quelle und einen Empfänger, bei denen es sich um einen separaten Signalgenerator und Spektrumanalysator oder einen Vektornetzwerkanalysator handeln kann.Quellen wie eBay können verwendet werden, um ältere gebrauchte Geräte für unter 3000 $ zu finden.Ein VNA ist eine gute Wahl, da er auch für die Antennenabstimmung verwendet werden kann.Sie benötigen außerdem zwei Antennen und zwei Koaxialkabel, um alles miteinander zu verbinden.Anbieter wie RFSpace.com haben sehr breitbandige Vivaldi-Antennen (auch bekannt als „Wideband Tapered Slot Antenna“) für nur Hunderte von Dollar erhältlich.Solche Antennen haben einen gewissen Gewinn (Richtwirkung), wodurch Reflexionen und unerwünschte Effekte während Ihrer Tests ignoriert werden.Eine der verwendeten Antennen sollte kalibriert sein.Eine NIST-rückführbare Kalibrierung ist für Breitbandantennen teuer und für Labortests übertrieben.Ein einfaches internes Kalibrierungsverfahren namens „2-Antennen-Methode“ ist unkompliziert.Kaufen Sie zwei identische Antennen und gehen Sie davon aus, dass sie den gleichen Gewinn haben.Richten Sie dann Ihren „Testbereich“ ein.Der Abstand zwischen den Antennen kann für die meisten ISM-Bandfrequenzen etwa einen Meter betragen.Beide Antennen sollten die gleiche Ausrichtung haben, vertikal ist am einfachsten.Versuchen Sie, reflektierende Metallgegenstände von Ihrem Testraum fernzuhalten, und verwenden Sie Abflussrohre aus Kunststoff (von jeder Wasserquelle), leere Kartons oder andere dielektrische Materialien als Stützen.Denken Sie daran, dass der Boden und/oder die Decke in Ihrem Bürogebäude wahrscheinlich aus Metall besteht und dass all diese Reflexionen letztendlich die Genauigkeit einschränken werden.Qualifizierte Antennentestlabors würden eine schalltote Kammer verwenden.Messen Sie als Nächstes die Pfaddämpfung zwischen Ihren beiden Antennen mit Ihrem VNA oder Ihrer Sig-Gen/Spektrumanalysator-Kombination.Dieser spezielle Pfadverlust beinhaltet nicht die Verluste Ihrer Koaxialkabel, also „normalisieren“ oder ignorieren Sie deren Verlust, indem Sie sie zuerst Rücken an Rücken mit einem Koaxialadapter verbinden und ihren Verlust messen.Die Friis-Übertragungsgleichung (unten in dB-Einheiten ausgedrückt) sagt uns, wie Pfaddämpfung und Antennengewinn zusammenhängen.Wobei: PL die Pfaddämpfung in dB ist (Dämpfung als negative dB-Zahl ausdrücken, eigentlich „Pfadverstärkung“)G1 und G2 sind die Antennengewinne in dBi, und es wird angenommen, dass G1 = G2λ ist die Wellenlänge in Metern, berechnet als 300/f (Frequenz in MHz)R ist der Antennenabstand in MeternTipp: Wenn Sie eine Excel-Tabelle verwenden, um Ihre Zahlen zu berechnen, werden natürliche Basislogarithmen für die Funktion „log(x)“ verwendet. Verwenden Sie daher explizit die Funktion „log10(x)“.Da G1 und G2 die einzigen Unbekannten sind, können wir Gleichung 1 umschreiben alsZum Beispiel bei einem Abstand von 1 Meter und einem Test bei 2450 MHz: Lambda ist 0,122 Meter;der „20log(Lambda/4 x pi x R)“-Term ist –40,2 dB;und nehmen wir an, Ihr gemessener Pfadverlust beträgt -27,8 dB.G1 + G2 = -27,8 dB – (-40,2 dB) = 12,4 dBiDas sind 6,2 dBi Gewinn für jede Antenne.Sie haben jetzt „kalibrierte Referenzantennen“ mit bekannten Gewinnen von 6,2 dBi (bei 2450 MHz).Diese Gewinne werden nur in eine Richtung erzielt, normalerweise die bevorzugte Abstrahlrichtung für Richtantennen.Diese Kalibrierung muss nur einmal durchgeführt werden.Während nur eine Antenne kalibriert werden muss, benötigen Sie immer zwei Antennen, um die Testreichweite vor einer zukünftigen Testsitzung zu normalisieren.Die Substitutionsmethode der Antennenprüfung ist genauso einfach wie Ihre Kalibrierung.Richten Sie zunächst Ihre Testreichweite ein, indem Sie Ihre beiden kalibrierten Antennen aufeinander ausrichten.Verwenden Sie einen geeigneten Abstand (es muss nicht mehr 1 Meter sein) und halten Sie beide vertikal.Normalisieren Sie dann den gesamten Bereich, indem Sie „nullen“ oder den gesamten Pfadverlust (sowohl Koaxialkabel als auch beabstandete Referenzantennen) als 0 dB notieren.Sie kümmern sich nur um Änderungen im Pfadverlust.Ersetzen Sie nun Ihre zu testende Antenne (AUT) durch eine Ihrer Referenzantennen.Wenn die Gesamtpfaddämpfung um 2,5 dB zunimmt, hat Ihre AUT 2,5 dB weniger Gewinn als Ihre Referenzantenne.In diesem Beispiel hat die AUT eine absolute Verstärkung von +3,7 dBi (bei einer Frequenz und in der getesteten Richtung).Dies ist die vertikale Komponente der Verstärkung des AUT.Als nächstes drehen Sie Ihre Testantenne in die Horizontale (während Sie den Testabstand konstant halten), um die horizontale Komponente ihrer Verstärkung zu messen.Die beiden Verstärkungen können „power summiert“ werden, um die Gesamtverstärkung des AUT in der aktuellen Testrichtung zu erhalten.Verwenden Sie die folgende Formel:Wobei: Gt = Gesamtverstärkung (in dBi), Gv = Vertikale Verstärkung (in dBi), Gh = Horizontale Verstärkung (in dBi)Wenn beispielsweise die gemessene vertikale Verstärkung +3,7 dBi und die gemessene horizontale Verstärkung –1,2 dBi betrug, beträgt die Gesamtverstärkung +4,9 dBi.Versuchen Sie, die Verstärkung Ihres AUT in mehreren Richtungen zu messen (indem Sie es drehen oder neu positionieren und die Pfadlänge konstant halten), insbesondere wenn es sich um eine Rundstrahlantenne handelt.Diese Gewinne können gemittelt werden, um die Strahlungseffizienz abzuschätzen.Wenn Sie Ihre Antenne an einen Antennenprüfdienst senden, wird dieser im Wesentlichen die gleiche Ersatzmethode verwenden, jedoch mit besserer Ausrüstung.Das Labor verfügt über genau kalibrierte Referenzantennen, schnelle mehrachsige Positionierer, frequenzgewobbelte Messungen und eine reflexionsfreie Umgebung (schalltoter Raum).Diese 3D-Fernfeldantennenbewertung zeigt die Antennenmuster, Gewinne, Strahlungseffizienz, Rundheit, Achsenverhältnis und viele andere quantifizierte Leistungsparameter Ihres gesamten Produkts über die Frequenz hinweg.Vollständige Auswertungen sind für 450 US-Dollar im Antenna Test Lab erhältlich.Glenn Robb ist Gründer und leitender Ingenieur bei Antenna Test Lab Co.Sie müssen sich anmelden oder registrieren, um einen Kommentar zu posten.