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Laserbasierte Messtechnik
in der Antennenmesstechnik
API ANWENDERBERICHT
TM
Anwenderbericht: Antennenmesstechnik
AntennenMesstechnik
Foto: ORBIT/FR
Antennen stehen für den Übergang von geführten elektromagnetischen Wellen in den freien Raum, und Antennenmesstechnik findet genau an dieser Schnittstelle statt. Orbit/FR bietet hier Turn-Key-Lösungen für Aerospace, Automotive und Telekommunikation sowie im Verteidigungsbereich. Welche der von Orbit/FR angebotenen Lösungen auch immer für einen
Anwendungsfall in Frage kommt: Jede Messgeometrie stellt hohe Anforderungen an die 3D-Messtechnik die insbesondere
dafür benötigt wird, um die Einzelkomponenten untereinander an ihrer im CAD errechneten optimalen Position aufzustellen.
Durch den Einsatz von Lasertrackern und spezieller Sensorik konnten hier die bisher erforderlichen Messzeiten drastisch
verkürzt werden.
Compact Range Antennenmesstechnik
Speziell dieses Verfahren hat sich besonders vielseitig herausgestellt. Es findet in einem elektro-magnetisch reflektionsfreien
Raum statt, innerhalb dessen die wesentlichen drei Elemente dieses Testsystems möglichst genau untereinander ausgerichtet sein
müssen: Die Feedantenne (das erste Element), die ein spärisches
Automated Precision
Europe GmbH
Im Breitspiel 17
69126 Heidelberg
Tel: +49 (0) 6221 729 805 0
Fax: +49 (0) 6221 729 805 23
Wellenpaket
in
Richtung
eines
Reflektors
(das
zweite
Element)
ausstrahlt,
der
wiederum
dieses Signal reflektiert und auf die eigentliche zu
testende Antenne (das dritte Element) zurückwirft. Der Trick
dabei ist die Erzeugung einer hochqualitativen ebenen Welle
durch den Reflektor, wie sie im Freien zum Teil erst nach einigen Kilometern Abstand von einer Sendeantenne entstehen würde. Damit lassen sich Fernfeldeigenschaften in einem
geschlossenen Raum simulieren und somit auch messen.
ORBIT/FR bietet auf die Antennentechnik abgestimmte Compact-Range–Lösungen zur Realisierung dieser Messtechnik an.
Automated Precision Europe GmbH | Im Breitspiel 17 | 69126 Heidelberg | 06221 729 805 0 | info.eu@apisensor.com | www.apisensor.com
API ANWENDERBERICHT
API ANWENDERBERICHT
TM
TM
Anwenderbericht: Antennenmesstechnik
Anwenderbericht: Antennenmesstechnik
Sphärische Nahfeldmessanlagen
Diese Anlagen werden häufig im Automotivebereich eingesetzt. Das Messobjekt rotiert um eine vertikale Achse auf
einem Drehtisch, während die Messantenne mit Hilfe eines
beweglichen Gantryarms einen Bogen beschreibt und die
Kugeloberfläche in gewissem Abstand vom Messobjekt
(beispielweise eine Auto mit eingebauter Antennentechnik)
innerhalb eines vorgegebenen Rasters abtastet. Ein Einsatz von
Theodoliten würde hier zum Messen der Antennenposition viel
zu lange dauern.
Qualitätsmerkmal: Ebenheit einer Welle
Wie auch in der Fertigungsmesstechnik die Ebenheit einer
Fläche, die häufig ebenfalls mit laserbasierten Messsystemen bestimmt wird, spielen auch in der Antennenmesstechnik
Ebenheiten – hier die einer elektromagnetischen Welle - eine
besonders wichtige Rolle. Je ebener die Welle, desto besser
ist die Testumgebung und damit die Qualität der Ergebnisse.
Um diese Ebenheiten optimal messen zu können, müssen
Antennen auf Messbalken, die quer durch das Wellenfeld verlaufen, exakt positioniert werden. Hier kommt es nicht nur auf die
Position, sondern zusätzlich auf die Winkelausrichtung der
Messantenne an, die im Bereich eines Tausendstel Grad
stimmen muss.
Lasertracker ersetzen hier den bisherigen verbundenen Einsatz
von mindestens 2 Theodoliten und erlauben sehr viel schnellere
Messungen, wobei die Ergebnisse sofort in CAD-Systemen
bereitstehen und nicht wie bisher errechnet werden müssen.
Die Integration der Messsysteme (und der späteren
Messergebnisse) findet schon zu einem sehr frühen
Zeitpunkt statt, denn das gesamte Antennenmesssystem entsteht bei ORBIT/FR mit Hilfe von CAD-Systemen.
Foto: ORBIT/FR
Bild: Compact Range Schemazeichnung mit den drei wesentlichen mechanischen Elementen dieses Messverfahrens: Feedantenne (unten rechts) Reflektor
(hinten) und Antennen-Positionierer, Bildmitte)
Große Dimensionen, noch größere Genauigkeiten
Auch wenn es häufig um kleine Empfangsantennen geht – wie
zum Beispiel in der Mobilfunktechnik oder der Automobilindustrie – die Testumgebung sprengt in der Regel jeden konventionellen Messraum. Hieran ist nicht nur die speziell erforderliche echofreie Ausstattung des Messraums schuld, sondern die
Dimensionen der Sende- und Empfangsmesstechnik in Verbindung mit einzuhaltenden Abständen im Freiraum. Bereits für
Mobilfunkanlagen werden Reflektoren in der Größenordnung
von 4m x 4m benötigt, und die zu messende Antenne erfordert
einen Mindestabstand von 10 Metern zum Reflektor. Die Feedantenne, die den Reflektor beleuchtet, muss dabei auf 0,3 mm
genau ausgerichtet werden. Kompakte Lasertracker wie der
Radian von API können hier ihre Vorteile auf engstem
Raum dreidimensionale Koordinaten hochgenau zu messen
besonders gut ausspielen.
Foto: ORBIT/FR
Bild: Auf einen Blick: Antennen-Positionierer. Lasertracker und Active Target
(links am Ausleger des Positionierers montiert) messen die 3D-Position während
der Bewegung. Das Simulationsgewicht (gelb) ersetzt die spätere Antenne.
Optimal für einen derartigen Messaufbau eignet sich ein automatisch nachführendes Target, wie beispielsweise das Active Target
von API. Montiert auf der Antenne, kann diese Messeinrichtung
mit Hilfe eines Lasertrackers vollautomatisch die Position der
Antenne auf dem motorisch bewegten Arm der Antennenmesssystems messen. Das Active Target richtet sich dafür mit Hilfe
eines in das Target eingebauten Mikromotors immer in Richtung
des Lasertrackers aus, sodass dieser jede Rasterposition der
Antenne auf der Kugeloberfläche messen kann. Dank permanentem Tracking des API Lasertrackers kann nicht nur im Stillstand,
sondern auch während der Bewegung gemessen werden.
Noch größere Messobjekte können große Satellitenantennen
oder gar Flugzeuge sein, die mit Hilfe von Vorrichtungen im Raum
positioniert werden müssen. Diese Vorrichtungen werden von
ORBIT/FR selbst konstruiert und entwickelt. Bei diesen Positionierern ermöglicht der Einsatz von spezieller Messtechnik und
Sensoren (aktive Targets) die automatische Messung der 3DPosition im Raum.
Automated Precision Europe GmbH | Im Breitspiel 17 | 69126 Heidelberg | 06221 729 805 0 | info.eu@apisensor.com | www.apisensor.com
Radian: Der neue API Lasertracker
Der Radian von API zählt zur neuesten
Generation von Lasertrackern. Ausgestattet mit einer Videokamera arbeitet er
mit mehreren SMRs und kann Messungen per Video oder Foto dokumentieren.
Ohne Einschränkung mobil wiegt der
Trackerkopf nur 9 kg.
Mit einem optionalen 6DOF-Sensor
(API Intelliprobe) bildet der Radian das
kompakteste System für Scanning und
Probing auf dem Markt.
Radian Lasertracker
und Active Target
Planare Nahfeldmessungen
Diese eignen sich besonders für Antennen mit großen
Aperturen und hohen Frequenzen, wie sie insbesondere in der
Satellitentechnik eingesetzt werden. Die Strukturen erreichen
bis zu 30m Länge und 12m Höhe, die bis auf wenige 1/100mm
genau ausgerichtet werden. Die Messtechnik besteht aus
einer eine Referenzantenne tragenden Mechanik die vor der zu
messenden Antenne in XYZ-Richtung bewegt wird. Aufgrund der
großen Strukturen sowohl der Elemente als auch des notwendigen Verfahrweges kommen auch hier Lasertracker zum Einsatz.
Abschließend lässt sich feststellen, dass es in der Antennenmesstechnik viele gute Argumente zum Einsatz von laserbasierter Messtechnik gibt: Es ist nicht nur ihre Kompaktheit
und Mobilität, die Lasertracker zum Einsatz in eingeschränkten
Umgebungen wie z. B. reflexionsarmen Antennenmessräumen
besonders geeignet erscheinen lässt. Die Bereitstellung der
Daten in leistungsfähigen CAD-Anwendersoftware (Spatial
Analyzer bei ORBIT/FR) vereinfacht die Weiterverarbeitung der
Messwerte und ermöglicht so eine durchgehend hohe Qualität in
Bezug auf Messdaten und –ergebnisse. Nicht zuletzt deswegen ist ORBIT/FR der erfolgreichste Anbieter von Turn-KeyLösungen auf diesem Markt.
Foto: ORBIT/FR
Bild: Sphärische Nahfeldmessanlage. Gemessen werden die Kreisbahn
der Empfangsantenne auf dem Arm (hier mehrfach dargestellt) sowie die
Achs-Fluchtung mit dem Drehtisch. Über Referenzmarken am Boden
kann ein Lasertracker immer wieder schnell eingemessen werden.
Über ORBIT/FR
ORBIT/FR entwickelt, produziert und vertreibt Antennentestund Antennenmessanlagen für den Verteidigungsbereich, Aerospace, Telekommunikation, Automotive sowie für Forschung und
Entwicklung. Standardsysteme oder innovative Individuallösungen – ORBIT/FR liefert Lösungen für alle Aufgabenstellungen,
einschließlich Nah-Feld, Fern-Feld und Compact Range Anlagen
für Antennen, EMV, RCS sowie Radome-Tests.
ORBIT/FR ist Teil der Microwave Vision Group, welche auch die
Unternehmen Satimo und Aemi umfasst.
Kontakt:
Bernhard Priemer
ORBIT/FR-Europe GmbH
e-Mail: bernhardp@orbitfr.de
Telefon: +49 (8106) 9960680
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