Zirkular polarisierte Antennen bewertet man über Axialverhältnis, Drehsinn, Gewinn, Anpassung und Strahlungswirkungsgrad. Gute Zirkularität ist nicht dasselbe wie hoher Wirkungsgrad. Eine S11-Messung am VNA bestimmt weder Polarisationsreinheit noch Wirkungsgrad allein.
1. Axialverhältnis
Mit großer Feldhalbachse Emax und kleiner Emin gilt AR = Emax/Emin und ARdB = 20 log10(AR). Ideale Zirkularpolarisation hat AR = 1 beziehungsweise 0 dB. Grenzen wie 1,5 oder 3 dB sind Anforderungen, keine universellen Idealwerte.
Bei einer geeigneten Messung mit um die Ausbreitungsachse gedrehter linearer Referenzsonde kann ARdB = 10 log10(Pmax/Pmin) verwendet werden. Feldamplitude nutzt den Faktor 20, Leistung den Faktor 10. Sondenkreuzpolarisation, Positionsfehler und Reflexionen sind zu bewerten.
2. Drehsinn und Gegenkomponente
AR allein unterscheidet nicht rechts- und linksdrehend. Messen Sie Amplituden und relative Phase orthogonaler Feldkomponenten oder nutzen Sie eine kalibrierte zirkulare Referenz. Die Benennung hängt von der Betrachtungskonvention ab, die in Aufbau und Spezifikation übereinstimmen muss.
Für eine ideale Polarisationsellipse am selben Punkt und in derselben Basis ist das Leistungsverhältnis von Haupt- zu gegenläufiger Komponente [(AR+1)/(AR−1)]². Reale Auswertung benötigt Sondenkorrektur, Rauschgrenze sowie passende Winkel und Frequenzen.
3. Gewinn und Diagramm
Messen Sie den Gewinn der gewünschten zirkularen Komponente in der relevanten Richtung. Vermischen Sie ihn nicht mit dem über beide Polarisationen summierten Gewinn. Ein gutes AR auf Achse kann am Band- oder Winkelrand schlechter sein.
Ein kalibrierter Vergleich benötigt die Polarisation der Referenz. Zwischen ideal linear und ideal zirkular liegt ungefähr 3 dB Polarisationsfehlanpassung. Bei komplexen Feldmessungen müssen Umrechnung und Sondenkorrektur passen.
4. Anpassung am Eingang
Kalibrieren Sie den VNA bis zur Speiseebene und messen S11 oder VSWR. Mit |Γ| gilt VSWR = (1+|Γ|)/(1−|Γ|), während 1−|Γ|² den wegen Anpassung akzeptierten Anteil beschreibt.
VSWR 2:1 ergibt |Γ| = 1/3, etwa 11,1% reflektierte Leistung und rund 0,51 dB Fehlanpassungsverlust. Das bedeutet nicht 88,9% Strahlungswirkungsgrad: ein Teil der akzeptierten Leistung kann in Leiter und Dielektrikum dissipieren.
5. Strahlungs- und Gesamtwirkungsgrad
Strahlungswirkungsgrad ist abgestrahlte relativ zur akzeptierten Leistung. Der Gesamtwirkungsgrad enthält im idealisierten Einportmodell zusätzlich den Faktor 1−|Γ|².
Geeignet sind je nach Aufbau kalibrierte Strahlungsmessungen, Verfahren in einer Reverberationskammer oder die Beziehung von Gewinn und Richtfaktor. AR, S11 oder maximaler Gewinn allein liefern keinen eindeutigen Wirkungsgrad.
Band, Temperatur und Jitter
Bestimmen Sie über alle benötigten Frequenzen und Winkel, wo die jeweiligen Kriterien gemeinsam eingehalten werden. Gute Anpassungsbandbreite ist nicht automatisch gute Axialverhältnisbandbreite.
Bei Temperaturprüfungen dokumentieren Sie Stabilisierung, Montage und Referenzen und vergleichen nach Rückkehr zur Ausgangstemperatur. Antennendrift und Drift des Messpfads sind zu trennen.
Jitter einer SATCOM-Zeitreferenz oder Phasenrauschen der Elektronik sind zusätzliche Systemgrößen. Sie lassen sich nicht direkt aus einem AR-Wert ableiten. Definieren Sie für solche Messungen Signal, Beobachtungsband und Referenz getrennt.
Messbedingungen dokumentieren
- Frequenz, Winkel und Polarisationskonvention.
- Referenzebenen, Kabelkorrektur und Speisung.
- Abstand, Feldregion, Umgebung und Sonde.
- Radom und mechanischer Aufbau.
- Unsicherheit, Wiederholbarkeit und Rauschgrenze.
Die Polarisationsgrundlagen erklären die Größen. Auch bei SATCOM-Antennen von Dolph Microwave sind Gewinn, Axialverhältnis und Wirkungsgrad mit ihren Bedingungen getrennt zu vergleichen.
