Антенну сравнивают по полосе, согласованию, эффективности, усилению, диаграмме и поляризации. Эти шесть характеристик отвечают на разные вопросы. VNA измеряет портовые параметры вроде S11, но сам по себе не определяет усиление, излучательную эффективность или покрытие.
1. Частота и полезная полоса
Укажите нижнюю и верхнюю частоты, на которых выполняются требования. Полоса хорошего согласования может быть шире полосы подходящей поляризации или диаграммы.
Относительная полоса равна (fhigh − flow)/fcenter, с указанным определением центра. Для 2,40–2,50 ГГц ширина равна 100 МГц, а относительно арифметического центра 2,45 ГГц — около 4,08%. Это не означает скорость данных 100 Мбит/с.
2. Входное сопротивление, S11 и VSWR
Входной импеданс обычно комплексный и зависит от частоты и установки. Согласование оценивают относительно выбранного сопротивления, например 50 или 75 Ω. VSWR — коэффициент стоячей волны по напряжению, КСВН.
Для амплитудного коэффициента отражения Γ КСВН = (1 + |Γ|)/(1 − |Γ|). Доля отражённой мощности в подходящих условиях равна |Γ|².
S11 в дБ — это 20 log10|Γ|, обычно отрицательное число. Возвратные потери RL = −20 log10|Γ| указывают положительным числом. Знаки и направление неравенства у требований различаются.
| Условие | КСВН примерно | Отражённая доля |
|---|---|---|
| S11 = −10 дБ | 1,92 | 10% |
| S11 = −20 дБ | 1,22 | 1% |
| КСВН = 2 | 2 | 11,1% |
КСВН ниже 2 не является общей гарантией хорошей антенны. Согласованный резистор может принимать мощность и превращать её в тепло, практически не выполняя требуемую излучательную функцию.
3. Излучательная и полная эффективность
Излучательная эффективность сравнивает излучённую мощность с принятой антенной. Для пассивной однопортовой антенны полная эффективность с учётом рассогласования может быть записана как ηtotal = ηrad(1 − |Γ|²).
При ηrad = 80% и S11 = −10 дБ получается 72%. Это пример модели с согласованными опорными плоскостями. Исходные 80% нельзя получить только из S11: нужны другие данные или измерение.
4. Усиление и направленность
В линейных единицах G = ηradD. D описывает пространственную концентрацию, G учитывает излучательные потери. Реализованное усиление дополнительно учитывает рассогласование.
dBi относится к изотропному источнику, dBd — к полуволновому диполю: 0 dBd примерно соответствует 2,15 dBi. dBm — абсолютная мощность относительно 1 мВт, а не усиление. Всегда уточняйте направление и частоту, для которых приведён максимум.
5. Диаграмма, ширина луча и лепестки
Ширина главного луча по половинной мощности определяется между точками на 3 дБ ниже его максимума. Смотрите оба главных сечения, боковые лепестки, отношение вперёд/назад и провалы.
Всенаправленная обычно означает почти равномерную диаграмму в азимуте, не во всей сфере. Большое максимальное усиление может оставлять нужные направления с низким уровнем. Измеряйте несколько частот и окончательную конфигурацию с корпусом и опорой.
6. Поляризация
Для линейной поляризации важна взаимная ориентация. Для круговой проверьте направление вращения по единой конвенции и осевое отношение. Круглая апертура сама по себе не обеспечивает круговую поляризацию.
Потеря из-за поляризации отличается от потерь кабеля и входного рассогласования. Хороший S11 не обнаружит неправильно ориентированную поляризацию относительно другой антенны.
Чем проверять параметры
Портовые характеристики проверяют калиброванным VNA. Усиление, диаграмму и поляризацию — подходящей измерительной системой излучения; эффективность — соответствующим методом. Ближнепольное измерение с преобразованием также требует своей калибровки и обработки.
Основы: усиление антенны и поляризация. При запросе антенны SATCOM укажите эти параметры вместе с полосой, средой и критериями испытания.
