Dieser Artikel stellt ausgewählte Praxisbeispiele für Antennenmesstechnik und Antennenmesssysteme vor, die mit Test- und Messgeräten von Ceyear realisiert wurden. Die Anwendungsbeispiele zeigen, wie Ceyear Messtechnik in komplette Antennenmesssysteme integriert werden kann, um anspruchsvolle Messaufgaben über einen breiten Frequenzbereich und für unterschiedliche Anwendungen abzudecken.
Die vorgestellten Lösungen umfassen verschiedene Verfahren der Antennenmessung, darunter Nahfeldmessungen und Fernfeldmessungen, Messung und Kalibrierung von Phased-Array-Antennen, On-Wafer-Antennenmessungen, Messungen im Millimeterwellen- und Terahertzbereich sowie RCS-Messungen.
Die Praxisbeispiele zeigen die Leistungsfähigkeit der Ceyear Messtechnik unter realen Testbedingungen. Die Systeme unterstützen die Entwicklung, Charakterisierung, Kalibrierung, Verifizierung und Produktion von Antennen und bieten Lösungen für Forschung, Entwicklung, industrielle Fertigung und anspruchsvolle Hochfrequenzanwendungen.
Mittelgroßes bis großes Nahfeld-Antennenmesssystem
Abbildung 1 zeigt ein Nahfeld-Antennenmesssystem mit Dual-Y-Achse, das für ein Forschungsinstitut im Luft- und Raumfahrtbereich entwickelt wurde. Das System ist für die Messung von Antennen mit großer Apertur ausgelegt und ermöglicht eine hohe Messgenauigkeit.
Technische Spezifikationen
- Frequenzbereich: 0,8–40 GHz
- Scanbereich des Dual-Y-Achs-Scanners: 12 m × 5 m
- Scannerachsen: 7 Achsen (X, Y1, Y2, Z1, Z2, P1, P2)
- Planarität: 0,1 mm (RMS)
- Messgenauigkeit der Nebenkeulen bei -30 dB: ±1,5 dB
Abbildung 1: Dual-Y-Achs-Nahfeldmesssystem für Phased-Array-Antennen
Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssystem
Abbildung 2 zeigt ein kombiniertes Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssystem mit Funktionen für planare Nahfeldmessungen und Fernfeldmessungen.
Das System deckt einen Frequenzbereich von 18 GHz bis 170 GHz ab. Die Messkammer verfügt über Abmessungen von 13 m × 6 m × 4 m. Der Scanbereich beträgt 3 m × 2,5 m, während die maximale Fernfeld-Messentfernung bei 9 m liegt.
Das Antennenmesssystem eignet sich für wissenschaftliche Forschung, Lehre und externe Dienstleistungen im Bereich der Antennenmessung und Antennencharakterisierung.
Abbildung 2: Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssystem für 18–170 GHz
Antennenmesssystem mit rechteckigem Messbereich
Abbildung 3 zeigt ein für eine Universität entwickeltes Antennenmesssystem mit rechteckigem Messbereich.
Die leistungsfähige Messplattform ermöglicht eine schnelle Erfassung von Amplituden- und Phasendaten im Nah- und Fernfeld sowie die Darstellung mehrdimensionaler Strahlungsdiagramme. Dadurch können die Messmöglichkeiten einer Mikrowellenmesskammer erweitert und die Effizienz der Antennenprüfung verbessert werden.
Technische Spezifikationen
- Frequenzbereich: 1–75 GHz
- Verstärkungsunsicherheit: < ±0,35 dB
- Genauigkeit der Nebenkeulenmessung: <0,5 dB bei -20 dB; <1,0 dB bei -30 dB
- Maximale Größe des Messobjekts: 1 m × 1 m
- Abmessungen der Messkammer: 10 m × 5 m × 3,55 m
- Schirmdämpfung der Messkammer: <90 dB
- Reflexion im Ruhebereich: <-35 dB bei 1–8 GHz; <-40 dB bei 8–75 GHz
Abbildung 3: Antennenmessplattform mit rechteckigem Messbereich
Hochpräzises Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssystem
Abbildung 4 zeigt ein für ein Industrieunternehmen entwickeltes Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssystem.
Das System bietet eine hohe Messgenauigkeit und eignet sich insbesondere für die Messung von Antennen mit großer Apertur und hohem Gewinn. Gleichzeitig stellt es vergleichsweise geringe Anforderungen an den verfügbaren Installationsraum.
Eine einzelne Messung liefert holografische Informationen über die Feldverteilung der Antenne. Dadurch können Antennenentwickler Messaufwand und Entwicklungszeit reduzieren und die Effizienz bei der Entwicklung neuer Antennen erhöhen.
Technische Spezifikationen
- Frequenzbereich: 3–40 GHz
- Verstärkungsunsicherheit: < ±0,25 dB, Wiederholbarkeit ±0,05 dB (3–40 GHz)
- Verstärkungsunsicherheit: < ±0,6 dB, Wiederholbarkeit ±0,15 dB (40–90 GHz)
- Nebenkeulenmessung: je nach Frequenzbereich und Pegel < ±1 dB bis < ±3,5 dB
- Beam-Scanning-Genauigkeit: je nach Strahlbreite und Scanbereich ±0,2° bis ±0,5°
- Strahlbreitenmessung: <5 % bei BW >2°; <0,05° bei BW <2°
- Kreuzpolarisationsmessung: je nach Frequenzbereich und Pegel < ±1 dB bis < ±3,5 dB
Abbildung 4: Hochpräzises Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssystem
Messsystem für Amplituden- und Phasenkonsistenz von Array-Antennen
Abbildung 5 zeigt ein Messsystem zur Prüfung der Amplituden- und Phasenkonsistenz von Array-Antennen. Abbildung 6 zeigt die Benutzeroberfläche der zugehörigen Messsoftware.
Das System verwendet ein auf Nahfeld-Extrapolation basierendes Verfahren zur Prüfung der Kanal-Konsistenz von Array-Antennen. Durch die vollständige Nahfeldabtastung wird die Fernfeldverteilung extrapoliert und eine automatische intelligente Normalisierung über mehrere Kanäle durchgeführt.
Damit lässt sich die Amplituden- und Phasenkonsistenz einzelner Antennenkanäle schnell und präzise vergleichen. Das System eignet sich insbesondere für die Kalibrierung von Array-Antennen.
Abbildung 5: Schematische Darstellung des Messsystems für Amplituden- und Phasenkonsistenz
Abbildung 6: Softwareoberfläche für die Prüfung von Array-Antennen
Phased-Array-Kalibrierung und Nahfeld-Antennenmessung
Abbildung 7 zeigt ein Phased-Array-Antennenmesssystem mit Nahfeld-Messkammer, das für ein Forschungsinstitut entwickelt wurde.
Die kompakte Messkammer basiert auf der Technologie der planaren Nahfeldmessung und ermöglicht die automatische Kalibrierung von Phased-Array-Antennen.
Auf Basis der erfassten Amplituden- und Phasendaten kann das System automatisch entsprechende Amplituden- und Phasen-Kompensationsdaten erzeugen, die direkt für die Kalibrierung der Antennenapertur verwendet werden können.
Darüber hinaus ermöglicht das System die Bestimmung von:
- Apertur-Feldverteilung
- 3D-Strahlungsdiagrammen im Fernfeld
- 2D-Strahlungsdiagrammen in E- und H-Ebene
- weiteren relevanten Antennenparametern
Abbildung 7: Phased-Array-Kalibrierung und Nahfeld-Antennenmessung
Array-Antennenmesskammer für 75–110 GHz
Abbildung 8 zeigt eine Antennenmesskammer für Array-Antennen, die für einen Produktionsstandort der Verteidigungsindustrie entwickelt wurde.
Das System arbeitet im Frequenzbereich von 75–110 GHz und unterstützt die Prüfung von Antennen mit einer Größe von bis zu 300 mm. Die Messung der Antennencharakteristik erfolgt hauptsächlich mit dem Verfahren der planaren Nahfeldmessung.
Abbildung 8: Antennenmesskammer für Array-Antennen
Messplattform für elektromagnetische Eigenschaften von Antennen
Abbildung 9 zeigt eine für eine Universität entwickelte Messplattform zur Charakterisierung elektromagnetischer Antenneneigenschaften.
Die Messkammer hat Abmessungen von 10 m × 7 m × 7 m und ermöglicht Fernfeld-Antennenmessungen von 0,5 GHz bis 110 GHz.
Messbare Antennenparameter
Das System kann unter anderem folgende Parameter analysieren:
- Strahlbreite
- Position und Pegel der Hauptkeule
- Position und Pegel der Nebenkeulen
- Strahlrichtung
- Achsenverhältnis der zirkularen Polarisation
- weitere Antennenparameter
Technische Spezifikationen
- Frequenzbereich: 0,5–110 GHz
- Maximale Ausgangsleistung am Port: +5 dBm
- Messfehler der Verstärkung: ±0,35 dB
Abbildung 9: Messplattform für elektromagnetische Antenneneigenschaften
Diagnosesystem für Strahlungsfeldeigenschaften
Abbildung 10 zeigt ein Diagnosesystem für Strahlungsfeldeigenschaften, das für eine Universität entwickelt wurde.
Das System kombiniert hohe Messgenauigkeit mit der Möglichkeit, Antennen mit großer Apertur und hohem Gewinn zu charakterisieren. Durch die flexible Installation eignet es sich für Forschung und Lehre, insbesondere für die Untersuchung der Antennenleistung und die Entwicklung neuer Antennen.
Technische Spezifikationen
- Frequenzbereich: 1–110 GHz
- Effektiver Scanweg: 3 m × 4 m × 0,25 m
- Messfehler der Verstärkung: < ±0,35 dB
- Abmessungen der Mikrowellenmesskammer: 7,0 m × 5,0 m × 7,0 m
- Schirmdämpfung: >100 dB bei 1–18 GHz; >80 dB bei 40 GHz
Abbildung 10: Diagnosesystem für elektromagnetische Antenneneigenschaften
Nahfeld-/Fernfeld- und On-Wafer-Antennenmesssystem
Abbildung 11 zeigt zwei leistungsfähige, kundenspezifisch entwickelte Antennenmesssysteme für eine Universität: ein Nahfeld-/Fernfeld-System und ein On-Wafer-Antennenmesssystem.
Das Nahfeld-/Fernfeld-System deckt einen Frequenzbereich von 18–220 GHz ab. Das On-Wafer-System ermöglicht Messungen von 2–220 GHz.
Beide Systeme wurden erfolgreich installiert und in Betrieb genommen und stehen für Messdienstleistungen zur Verfügung. Sie bieten damit eine leistungsfähige technische Grundlage für Forschung und akademische Entwicklung.
Technische Spezifikationen des Nahfeld-/Fernfeld-Systems
- Fernfeld: 2–220 GHz
- Nahfeld: 8,2–220 GHz
- Genauigkeit der Verstärkungsspitze im Fernfeld: < ±0,35 dB
- Genauigkeit der Verstärkungsspitze im Nahfeld: < ±0,5 dB
- Nebenkeulenmessung: je nach Messbereich < ±0,5 dB bis < ±1,5 dB
- Strahlbreitenmessung: < ±5 % bei BW >10°; < ±8 % bei 2° < BW <10°
Technische Spezifikationen des On-Wafer-Antennenmesssystems
- Frequenzbereich: 18–220 GHz
- Genauigkeit der Verstärkungsspitze: < ±0,35 dB bei 18–110 GHz; < ±0,5 dB bei 110–220 GHz
- Nebenkeulenmessung bei -10 dB: < ±0,5 dB bei 18–110 GHz; < ±0,8 dB bei 110–220 GHz
- Nebenkeulenmessung bei -20 dB: < ±1,3 dB bei 18–110 GHz; < ±1,6 dB bei 110–220 GHz
Abbildung 11: Nahfeld-/Fernfeld- und On-Wafer-Antennenmesssystem
Hochfrequenz-On-Wafer-Antennenmesssystem bis 325 GHz
Abbildung 12 zeigt ein leistungsfähiges On-Wafer-Antennenmesssystem für einen Frequenzbereich von 50–325 GHz.
Das System wurde speziell für die Prüfung von Mikroantennen mit nicht standardisierten Speisungen entwickelt. Durch eine elektronenmikroskopgestützte Sonden-Speisetechnik können die elektromagnetischen Eigenschaften von Antennen im Mikrometerbereich präzise charakterisiert werden.
Damit bietet das System eine zuverlässige Messplattform für On-Wafer-Antennencharakterisierung, Antennenentwicklung und industrielle Anwendungen.
Technische Spezifikationen
- Frequenzbereich: 50–325 GHz
- Messfehler der Verstärkung: < ±0,8 dB bei 50–110 GHz; < ±1,0 dB bei 110–325 GHz
- Nebenkeulenmessung bei -10 dB: < ±1,0 dB bei 50–110 GHz; < ±1,3 dB bei 110–325 GHz
- Nebenkeulenmessung bei -20 dB: < ±1,5 dB bei 50–110 GHz; < ±1,8 dB bei 110–325 GHz
Abbildung 12: On-Wafer-Antennenmesssystem bis 325 GHz
Präzises Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssystem für Millimeterwellen
Abbildung 13 zeigt ein hochpräzises, kundenspezifisch entwickeltes Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssystem für eine Universität.
Das System bietet einen großen Frequenzbereich von 1,72 GHz bis 110 GHz und wurde für anspruchsvolle Millimeterwellen-Antennenmessungen entwickelt.
Die Lösung unterstützt Forschungsarbeiten in Bereichen wie drahtlose Kommunikation, Radar und Hochfrequenztechnik.
Technische Spezifikationen
- Fernfeld: 2–110 GHz
- Nahfeld: 8,2–110 GHz
- Fernfeld-Verstärkungsmessgenauigkeit: < ±0,35 dB
- Fernfeld-Nebenkeulenmessung: < ±0,5 dB bei -10 dB; < ±1,2 dB bei -30 dB
- Fernfeld-Strahlbreitenmessung: < ±5 % bei BW >10°; < ±8 % bei 2° < BW <10°
- Nahfeld-Verstärkungsmessgenauigkeit: < ±0,5 dB
- Nahfeld-Nebenkeulenmessung: < ±0,5 dB bei -20 dB; < ±1,5 dB bei -20 dB bei einem Gewinn >15 dBi
- Nahfeld-Strahlbreitenmessung: < ±5 % bei BW >10°; < ±8 % bei 2° < BW <10°
Abbildung 13: Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssystem für Millimeterwellen
Quasi-optisches Messsystem für 23–425 GHz
Abbildung 14 zeigt ein speziell entwickeltes quasi-optisches Messsystem für ein Forschungsinstitut.
Das System verwendet ein innovatives Verfahren zur Nahfeld-Antennenmessung, um die Auswirkungen der Ausrichtung und Justierung quasi-optischer Komponenten zu analysieren und die Optimierung des Montageprozesses zu unterstützen.
Mit einem Ultra-Breitband-Frequenzbereich von 23–425 GHz und einer hochpräzisen Erfassung von Ausrichtungsabweichungen bietet das System eine zuverlässige Messmethode für die präzise Montage von Millimeterwellen- und Terahertz-Komponenten.
Abbildung 14: Quasi-optisches Antennenmesssystem
Integriertes Mikrowellen-Antennenmesssystem
Abbildung 15 zeigt ein leistungsfähiges, kundenspezifisch entwickeltes Mikrowellen-Antennenmesssystem für eine Universität.
Das integrierte System besteht aus einem Nahfeld-/Fernfeld-Antennenmesssubsystem und einem On-Wafer-Antennenmesssubsystem. Der gesamte Frequenzbereich reicht von 600 MHz bis 500 GHz:
- Fernfeldmessung: 600 MHz–110 GHz
- Nahfeldmessung: 2,6–110 GHz
- On-Wafer-Fernfeldmessung: 18–500 GHz
Das System unterstützt die Messung von aktiven und passiven Antennen, Endgeräten sowie AiP-Systemen (Antenna in Package).
Damit bietet es eine umfassende Millimeterwellen- und Terahertz-Messlösung für Lehre, wissenschaftliche Forschung und experimentelle Entwicklung.
Die Installation des Systems erweitert die Mess- und Testmöglichkeiten des Labors erheblich. Das Labor strebt derzeit eine CNAS-Akkreditierung an, um die Standardisierung des Teststandorts und die Glaubwürdigkeit der Messergebnisse weiter zu erhöhen.
Abbildung 15: Integriertes Mikrowellen-Antennenmesssystem
Terahertz-Frequenzerweiterungs-Messsystem
Abbildung 16 zeigt ein kundenspezifisch entwickeltes Terahertz-Frequenzerweiterungs-Messsystem für einen Frequenzbereich von 40–220 GHz.
Das System unterstützt unter anderem:
- Forschung zur Terahertz-Kommunikation
- Analyse elektromagnetischer Eigenschaften neuer Materialien
- Entwicklung von Millimeterwellen-Radarsystemen
- anspruchsvolle Hochfrequenzmessungen
Das System wurde erfolgreich in mehreren nationalen Forschungsprojekten eingesetzt. Seine technischen Leistungsdaten und die stabile Messperformance wurden von der Universität positiv bewertet.
Abbildung 16: Terahertz-Frequenzerweiterungs-Messsystem
Präzisionsmesssystem für On-Chip-Millimeterwellenantennen
Abbildung 17 zeigt ein speziell für eine Universität entwickeltes Präzisionsmesssystem für die Nahfeldmessung von On-Chip-Millimeterwellenantennen.
Das System wurde für besonders kleine Antennen mit nicht standardisierten Speisungen entwickelt. Eine elektronenmikroskopgestützte Sonden-Speisetechnik ermöglicht die präzise dreidimensionale Messung von Strahlungsdiagrammen bei Frequenzen bis zu 325 GHz.
Wesentliche Merkmale
- Ultra-Breitband-Frequenzbereich: 26,5–325 GHz
- hochpräzise Sonden-Speisung mit Echtzeitpositionierung durch Elektronenmikroskop
- Messung von Strahlungsdiagramm, Gewinn und VSWR
- hochpräziser zweiachsiger motorisierter Drehtisch für Azimut und Elevation
Die Lösung überwindet Einschränkungen herkömmlicher Antennenmesstechnik und bietet eine moderne Messmethode für die Charakterisierung von Antennen in Millimeterwellen-ICs und System-on-Chip-Anwendungen (SoC).
Abbildung 17: Präzisionsmesssystem für On-Chip-Millimeterwellenantennen
Planare Nahfeld-Kalibrierung für Phased-Array-Antennen
Abbildung 18 zeigt ein großformatiges Phased-Array-Antennenmesssystem, das für ein Forschungsinstitut der Verteidigungsindustrie entwickelt wurde.
Das System deckt einen Frequenzbereich von 0,7–40 GHz ab und unterstützt:
- planare Nahfeldmessung
- zylindrische Nahfeldmessung
- Fernfeldmessung
- Kalibrierung aktiver Phased-Array-Antennenelemente
- Mehrstrahl- und Mehrpositionsmessungen
- RCS-Messungen
Durch ein Verfahren mit gepulster gegenseitiger Triggerung ermöglicht das System die gleichzeitige Kalibrierung mehrerer Frequenzen und Strahlrichtungen.
Die Lösung unterstützt die schnelle Verifizierung von Strahlrichtung, Gewinn, Nebenkeulen und weiteren Antennenparametern. Dadurch kann die Effizienz bei der Prüfung von Phased-Array-Antennen deutlich gesteigert werden.
Technische Spezifikationen
- Messfrequenz: 0,7–40 GHz
- Gewinnmessgenauigkeit: < ±0,6 dB bei 0,7–1 GHz; < ±0,4 dB bei 1–18 GHz; < ±0,3 dB bei 18–40 GHz
- Nebenkeulenmessgenauigkeit: < ±0,4 dB bei -10 dB; < ±0,7 dB bei -15 dB; < ±0,9 dB bei -20 dB
- RCS-Messgenauigkeit: < ±0,9 dB bei -20 dBsm
- Genauigkeit der Bildentfernung: < ±9 cm
Abbildung 18: Planare Nahfeld-Kalibrierung für Phased-Array-Antennen
Planare Nahfeldmessung von Phased-Array-Antennen
Abbildung 19 zeigt ein kompaktes planare Nahfeld-Antennenmesssystem für Phased-Array-Antennen, das für ein Kommunikationsunternehmen entwickelt wurde.
Das System deckt einen Frequenzbereich von 8–40 GHz ab und verwendet ein dual-polarisiertes Elementumschaltverfahren zur Kalibrierung.
Es ermöglicht eine effiziente Messung mehrerer Frequenzen, Strahlrichtungen und Strahlungsmuster und wurde erfolgreich für die serielle Prüfung von Phased-Array-Antennen für die Satellitenkommunikation eingesetzt.
Abbildung 19: Planare Nahfeldmessung von Phased-Array-Antennen
Bistatisches RCS-Messsystem
Abbildung 20 zeigt ein kundenspezifisch entwickeltes bistatisches RCS-Messsystem.
Die Messplattform ermöglicht eine präzise und umfassende RCS-Charakterisierung verschiedener Messobjekte. Unterstützt werden unter anderem:
- monostatischer RCS
- bistatischer RCS
- Streudiagramme
- Frequenzgang
- weitere Parameter der elektromagnetischen Streucharakteristik
Das System verfügt über eine professionelle Mikrowellenmesskammer mit leistungsfähigen Sende- und Empfangsantennen, einem präzisen Drehtisch für das Messobjekt und einer Signalverarbeitungseinheit.
Damit erfüllt das System die Anforderungen an hochpräzise RCS-Messungen und Streucharakterisierung in komplexen elektromagnetischen Umgebungen.
Abbildung 20: Bistatisches RCS-Messsystem
Compact-Range-RCS- und Antennenmesssystem
Abbildung 21 zeigt ein kundenspezifisch entwickeltes Compact-Range-RCS- und Antennenmesssystem für einen Frequenzbereich von 8–110 GHz.
Das System nutzt moderne Compact-Range-Technologie und ermöglicht die präzise Messung von Fernfeldcharakteristiken linear und zirkular polarisierter Antennen sowie die RCS-Messung von Messobjekten.
Messbare Parameter
- Antennengewinn
- Amplituden- und Phasenverteilung
- Achsenverhältnis
- Strahlbreite
- Strahlrichtung
- RCS
Das System besteht unter anderem aus einer professionellen Compact-Range-Messkammer, leistungsfähiger Speiseantenne und Reflektor, einem Präzisionsdrehtisch und einer bogenförmigen Schiene.
Damit erfüllt die Plattform die hohen Anforderungen an moderne Compact-Range-Antennenmessungen und RCS-Messungen.
Abbildung 21: Compact-Range-RCS- und Antennenmesssystem
Antennenmesssysteme von Ceyear in Europa
Antennenmesssysteme und Antennenmesstechnik von Ceyear sind bei SEA Components GmbH, dem offiziellen Ceyear-Partner in der Europäischen Union, erhältlich.
Wenn Sie eine Antennenmessung, Nahfeldmessung, Fernfeldmessung, Phased-Array-Kalibrierung, On-Wafer-Antennenmessung, Millimeterwellen- oder Terahertz-Messung planen, unterstützen wir Sie bei der Auswahl einer geeigneten technischen Lösung.
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