טכנולוגיות האנטנה נמצאות במצב מתמשך של שינוי, וזאת בעת שדרישות הביצועים הופכות נוקשות יותר והמערכות הופכות מורכבות יותר. לתופעה זו שתי תוצאות חשובות. ראשית, נדרשות בדיקות רבות יותר – ובנתוני בדיקה רבים יותר- לצורך אימות ווידוא של ביצועי המערכת. שנית, יש להשלים את הבדיקות בזמן קצר יותר ובעלות נמוכה יותר על מנת להבטיח השלמה רווחית ובמועד של המערכות הנדרשות.
מצב דינמי ותובעני זה מעורר את הצורך בכלי בדיקה אשר מספקים יכולות חדשות בצד יתרונות טכניים וכלכליים. אחד מכלים אלה הוא סוג חדש של מקלט מיקרוגל עצמאי, אשר מבוסס על תכנון של נתח רשת מתקדם. מבחינה טכנית הוא מאפשר לחסוך בזמני בדיקה, להגדיל את כיסוי הבדיקה, לשפר את הפרודוקטיביות ולתרום לאיכות מערכות משופרת. מנקודת המבט הכלכלית, בדיקות מהירות יותר תורמות להפחתת עלויות הבדיקה ולזמני ביצוע קצרים יותר ויתרונות אלה בתורם מתורגמים לעמדה תחרותית ממשית בהווה ובעתיד.
לאור כל זאת, מאמר זה יסקור את האתגרים הטכניים המאפיינים את האנטנות המודרניות, יתאר את מקלט המיקרוגל החדש וידגים זמני מדידה מהירים יותר בתרחישי בדיקה של שדה קרוב, שדה רחוק ו-RCS (חתך מכ”ם).
סריקת האתגרים הטכניים
השינויים המתמשכים בדרישות הבדיקה מונעים על-ידי הטכנולוגיות המשתנות, העומדות לרשות מתכנני האנטנות – כמו גם על-ידי התכנונים גבוהי הביצועים המאופשרים על-ידי טכנולוגיות חדשות אלה. לדוגמה, התפתחותם של מודולי שידור/קליטה פעילים מספקת יכולות חדשות בכל הנוגע לעיצוב האמפליטודה וביזור הפאזה של אנרגיית מיקרוגל לרוחב חריר האנטנה. הדבר מאפשר לא רק תכנוני אנטנה משופרים, אלא גם את היכולת לשנות באופן דינמי את ביצועי האנטנה, על-ידי שינוי מצבי מודול הקליטה/השידור.
עם יישום הטכנולוגיות החדשות, תכנוני האנטנה המתקבלים הופכים מורכבים יותר ויותר. המורכבות המוגברת מלווה גם בצורך מוגדל בנתוני בדיקה רבים יותר לצורך אפיון מלא של ביצועי האנטנה. לדוגמה, בדיקה יסודית של מאפייני שדה קרוב מחייבת מספר לא מבוטל של נקודות בדיקה:
•מקרה פשוט: שלוש יציאות בדיקה, פולריזציה אחת, 64 מצבי קרן אלקטרונית וחמישה תדרים במטריצה של 100×100, אשר מניבים 9.6 מיליון נקודות בדיקה.
•מקרה מורכב: שלוש יציאות בדיקה, 256 מצבי קרן אלקטרונית ו-62 תדרים במטריצה של 100×100, אשר מביאים לסך של 476.16 מיליון נקודות בדיקה.
במקרה של מדידות שדה רחוק ו-RCS, המספרים מעט פחות אימתניים. בכל המקרים, אין ספק כי למהירויות מדידה גבוהות יותר נודעת השפעה עמוקה על זמני הבדיקה הכוללים. מובן, כי הפוטנציאל לשיפור במקרים הפשוטים עשוי להיות מוגבל על-ידי גורמים כגון מהירויות הגשוש (probe) והתקן המיקום (positioner). המקרים המורכבים – הנפוצים בשוק העכשווי – מתאפיינים ביתרונות משמעותיים לעומת פתרונות קיימים. לפירוט נוסף ראה הדוגמאות.
עדכון מקלט המדידה
לפני שנות ה-80, מהנדסי הבדיקה השתמשו במקלטים ייעודיים תואמי מיקרוגל עבור יישומי בדיקה של אנטנות. בשנת 1985 החלו כמה מהם להשתמש בנתחי רשת תואמי מיקרוגל בתור מקלטים: הטכנולוגיה החדשה סיפקה יציבות רבה יותר, דיוק, הדירות ואמינות לדור המכשור ההוא. הטכנולוגיה שנחשבה לחדשה וחדשנית בשנות ה-80 הפכה מאז לשיטת עבודה מקובלת במתקני בדיקה רבים של אנטנות. לאחרונה, נדמה כי הענף סגר מעגל: נתחי הרשת גבוהי הביצועים שימשו לפיתוח מקלטים ייעודיים תואמי מיקרוגל, אשר תוכננו ספציפית עבור מדידות אנטנה/RCS.
אחת הדוגמאות היא נתח המיקרוגל של Agilent ה- N5246A, אשר נגזר ממשפחת נתחי הרשת הווקטוריים (VNAs) החדשה Agilent PNA-X. המקלט החדש אינו מצויד במקורות, במצמדים וביציאות הבדיקה של ה-VNA; עם זאת, הוא כולל חמישה ערוצי קליטה סימולטאניים, מהירויות לכידת נתונים של עד 400,000 נקודות בשנייה בכל אחד מחמשת הערוצים ומאגר נתונים של 500 מגה-פוינט (Mpt). בנוסף לזמני לכידה מהירים של נתונים, המפרטים העיקריים עבור סוג זה של מקלט כוללים רגישות מדידה וגמישות תדרים. יכולות אלה מספקות מספר יתרונות, שאחד המשמעותיים שבהם – במיוחד בעת ההתמודדות עם הכמויות העצומות של נקודות המדידה המתוארות לעיל – הוא יתרון המהירות.
בעת הערכה של מקלטים ייעודיים תואמי מיקרוגל, יש מגוון יכולות נוספות אשר עשויות לסייע במסגרת יישומי אנטנה/RCS. כדוגמה ניתן לציין את המקלטים הסימולטאניים מרובי הערוצים, אשר מונעים את הצורך במתגי PIN ולכן מקצרים גם את זמני הבדיקה בעת הערכת התקנים מרובי ערוצים כגון אנטנות מונופולס. דוגמה נוספת היא בקרת הסריקה הוורסטילית, אשר מספקת שינויי תדרים בסדר עולה, יורד, שרירותי ואקראי. יכולת ה-reverse-sweep מאפשרת סריקות דו-כיווניות, אשר מסייעות למזעור זמני הסריקה ולכידת הנתונים של השדה הקרוב. רוחב הפס שניתן לבחירה על-ידי המשתמש מאפשר להגיע לפשרה בין רגישות המדידה לבין זמני לכידת הנתונים (לדוגמה, רגישות פחותה מאפשרת מדידות מהירות יותר) – יכולת שהנה שימושית במיוחד בבדיקות שדה קרוב. מצבי מדידה מבוססי פולסים יעילים במיוחד עבור אנטנות active-array ויישומים נוספים מבוססי פולסים.
בחינת שיפורי המהירויות
נתונים הלקוחים ממגוון תרחישי בדיקה אופייניים מדגישים את יתרונות המהירות של מקלט הדור החדש. ההשוואות מתייחסות למדידות שבוצעו באמצעות ה-N5246A וה-8530A של Agilent/HP, שנגזר מנתח הרשת הנפוץ 8510A. מוצגות שלוש דוגמאות: שדה קרוב, שדה רחוק ו-RCS.
מדידות אנטנה שדה קרוב
תרחיש הדוגמה הוא כדלקמן: בדיקה של אנטנת מונופולס active-array עם שלוש יציאות בדיקה (סכום, אזימוט דלתא ומשרעת דלתא); מדידת היענות קו-פולארית בתדרים מרובים בתחום ה-X, על גבי גריד דגימה של 100×100; ושימוש במספרים אופייניים של מצבי קרינה ותדרים. זמן המדידה הכולל מתייחס לזמן לכידת הנתונים בתוספת מיתוג התדרים, השחזור וזמני תקורת המכשיר.
טבלה 1 משווה בין התוצאות של פתרונות מדורות קודמים ומדורות חדישים יותר. על מנת לאפשר הערכות עבור תצורות בדיקה אחרות, כל עמודה כוללת זמני לכידת נתונים ממוצעים לנקודה (הזמן הכולל המחולק במספר הנקודות הכולל).
עיון בטבלה מעלה מספר אבחנות משמעותיות. כצפוי, זמן המדידה הכולל מתארך במקביל למורכבות של כל תצורה. עם זאת, מקלט הדור החדש מספק שיפור שנע בין x46 לבין x142 בזמן המדידה הכולל, לעומת המקלט הישן יותר. הסבר אחד לכך הוא רוחב הפס המוגדל של הדגם החדש. הרגישות שלו, שעומדת על -89 dBm ברוחב פס של 100 kHz IF ועל -81 dBm ברוחב פס של 600 kHz IF מספיקה לבדיקות שדה קרוב בגין הסמיכות המוגברת של ה probe ושבח העיבוד המשויך לכך, אשר מושג באמצעות התמרת השדה הקרוב.
הערה אחת: לאור מהירות המקלט החדש, מהירות הגשוש תהווה גורם מגביל ברוב התרחישים המצוינים כאן. זה אינו המקרה כאשר מדובר במקלט הוותיק והאיטי יותר.
היום, המורכבות ממשיכה לגדול בכל הנוגע למדידות שדה קרוב של אנטנות פעילות, כאשר המצב המקובל מתאפיין ב-1024 מצבי קרינה אלקטרוניים ובתדרי בדיקה שנעים בין 60 ל-100. ככל שמגמה זו תימשך, מהירויות הלכידה הגבוהות יותר יהוו יתרון כלכלי משמעותי יותר עבור מי שמפעילים טווחי בדיקה בשדה קרוב.
מדידות אנטנה שדה רחוק
בטווח הבדיקה של השדה הרחוק, מהירויות המדידה המרביות שאותן ניתן להשיג מוגבלות על-ידי שני גורמים: גמישות התדרים של מחוללי האותות המרוחקים והקצב הסיבובי המרבי של התקן המיקום. עבור תרחישים פשוטים של בדיקת שדה רחב, למעשה כל שילוב של מקור ומקלט צפוי להיות מהיר יותר מאשר המהירות המרבית של התקן המיקום (בדרך כלל 3 סל”ד). כתוצאה מכך, השדרוג למקלט מהיר יותר יספק רק שיפור צנוע בזמן הבדיקה הכולל.
טבלה 2 מציגה מגוון של תרחישי בדיקה בטווח השדה הרחוק. עבור מדידות בעלות מורכבות נמוכה, ההבדל בזמני המדידה הכוללים של מערכות הבדיקה הישנות והחדשות הוא אפסי או קטן. ככל שהמורכבות גדלה, כך ניתן להבחין בשיפור בזמן הבדיקה הכולל של התצורה החדשה. עם זאת, הדבר נובע בעיקר מגמישות תדר של 60 אלפיות שנייה המאפיינת את המקור המרוחק המעודכן (אף על פי שלצורך חישוב הערכים שבטבלה נעשה שימוש ב-worst case של 1 אלפית שנייה). בעת שימוש במקלט המיקרוגל החדש ובמחולל האותות הגמיש במיוחד, הושג שיפור של x2 עד x3 בזמני הבדיקה הכוללים. עבור מדידות שדה רחוק מורכבות, הדורשות יותר מ-10 תדרי בדיקה, השדרוג למקור אותות מרוחק מהיר יותר יספק את השיפור המשמעותי ביותר בזמן הבדיקה הכולל וכן יספק את היתרון הגדול ביותר מבחינת הפרודוקטיביות.
מדידות RCS
התרחיש לדוגמה מתייחס ליישום הדמיית RCS, שבמסגרתו נדרשים נתוני מטריצת פולריזציה מלאה. לכידת ה-cross-range היא +/-30 מעלות; המרווח הזוויתי הוא 0.1 או 0.25 זוויות; ואילו רזולוציית ה-down range נעה בין 801 ל-16,001 נקודות.
תצורת המדידה החדשה מושווית לשתי גישות קודמות, אשר סיפקו רגישות של
-89 dBm או -113 dBm, בהתאמה. חשוב לציין כי המקלטים הישנים יותר חייבו לרוב את מהנדסי הבדיקה לבצע פשרה מודעת בין רגישות המדידה לבין גמישות התדרים (דהיינו, מהירות הסריקה). המקלט החדש משתמש בטכנולוגיית המרת תדר מבוססת מיקסר, לצורך השגת רגישות מדידה מעולה תוך שמירה על מעבר מהיר בין תדרים.
טבלה 3 מציגה את ההבדל היחסי בין המקלטים הישנים לחדשים. המקלט החדש, אשר מתאפיין ברגישות מדידה של
-89 dBm, מהיר פי 35 מן הפתרון הישן יותר. ברמת רגישות של -113 dBm, הפתרון החדש מהיר פי 40 מן המקלט הישן. בטווח ה-RCS, הדבר מוביל לזמנים קצרים בהרבה של לכידת נתונים ותורם לפרודוקטיביות משופרת.
סיום
המספרים אינם מותירים מקום לספק: מקלט המדידה מן הדור החדש מספק מהירות מדידה גבוהה יותר וזמן בדיקה כולל קצר יותר וכך מסייע למהנדסים להתמודד עם האתגר המתסכל של ליקוט נתוני בדיקה רבים יותר תוך צמצום זמני הבדיקה הכוללים. הדבר יכול להוביל לזמני פיתוח קצרים יותר, קיצור התהליך עד להשקת המוצר, איכות גבוהה של הבדיקה בצד עלויות נמוכות יותר – וכל זאת בעת שתכנוני האנטנה והטכנולוגיות ממשיכים להתפתח. בסופו של דבר, שילוב היתרונות הטכניים והכלכליים יתרום לתחרותיות גדולה יותר בשוק דינמי ותובעני.
