In der Zivilluftfahrt verwenden Sender von Instrumentenlandesystemen (ILS) Antennenarrays, um sich nähernde Flugzeuge zu leiten. Die ILS-Performance hängt stark von der präzisen Einstellung von Betrag und Phase eines jeden Elements in einem Antennenarray ab. Der R&S®ZNH Handheld-Vektornetzwerkanalysator mit integrierter Quelle ermöglicht schnelle und komfortable Messungen vor Ort am ILS-Antennensystem.
Instrumentenlandesystem nutzen Antennenarrays, um den gesendeten Strahl in die gewünschte Richtung zu schwenken. Präzise Informationen über Phase und Betrag der Antennenelemente sind unverzichtbar, um den Strahl im gewünschten Winkel auszusenden und das Flugzeug mit korrekten Navigationsinformationen zu versorgen. Jeder Defekt an Systemkomponenten wie Antennenkabeln oder anderen Bauteilen verursacht einen fehlerhaften Phasenabgleich zwischen den Antennenelementen. Ingenieure verifizieren den Phasenabgleich während der Wartung und gleichen ausgetauschte Komponenten ab. Ein tragbarer Vektornetzwerkanalysator ist das optimale Werkzeug, um einen fehlerhaften Phasenabgleich zu bestimmen.
Der R&S®ZNH Handheld-Vektornetzwerkanalysator ist in Kombination mit der Option R&S®ZNH‑K45 Vektor-Voltmeter das ideale Werkzeug für Ingenieure, um den absoluten Phasengang von Komponenten im Antennensystem zu messen und den Phasenabgleich zwischen den Antennenelementen zu verifizieren. Der R&S®ZNH liefert hochgenaue Messergebnisse zu den absoluten und relativen Werten von Phase und Betrag. Der Analysator umfasst eine Signalquelle, bidirektionale Koppler und vier unabhängige Empfänger. Zusammen mit 1-Tor- oder vollständigen 2-Tor-Kalibrierroutinen lässt sich der Phasenabgleich von Ingenieuren, die für die Wartung von ILS-Antennensystemen zuständig sind, sehr leicht bewerkstelligen.
Abb. 1: Relative S11-Reflexionsmessung zwischen Kabeln mit 1-Tor-Messaufbau
Anwendung
Der Abgleich von ILS-Antennenarrays kann mit einem R&S®ZNH und der Option R&S®ZNH‑K45 Vektor-Voltmeter durchgeführt werden. Abhängig von der erforderlichen Applikation sollte ein 1-Tor- bzw. 2-Tor-Messaufbau genutzt werden.
1-Tor-Messaufbau
Dieser Messaufbau kommt üblicherweise zum Einsatz, um die elektrische Länge der im Antennenarray installierten Kabel zu untersuchen. Jedes Kabel im jeweiligen Elementpfad muss eine äquivalente elektrische Länge aufweisen. Jede Fehleinstellung führt zu einer Abweichung des erzeugten Strahls vom gewünschten Winkel. Ingenieure verwenden einen solchen Messaufbau bei der Durchführung von Wartungskontrollen, da die Systemausfallzeit auf ein Minimum reduziert werden soll. Führen Sie eine vollständige 1-Tor-Kalibrierung mit dem R&S®ZNH durch. Verbinden Sie dazu eine Kalibriereinheit mit dem Richtkoppler am Kabelende (Kalibrierebene). Trennen Sie das zu prüfende Kabel vom ersten Antennenelement und führen Sie eine S11-Reflexionsmessung durch, um Betrag und Phase des Kabels zu ermitteln (siehe Abb. 1). Liegen die Ergebnisse innerhalb der Spezifikation, legen Sie die Messwerte mit der „►Ref“-Schaltfläche als Referenzwerte fest. Die normalisierten Werte für Betrag und Phase nahe Null werden angezeigt. Wiederholen Sie die S11-Messung für die verbleibenden Kabel. Für das zweite und alle folgenden Kabel werden der relative Betrag und die relative Phase in Bezug auf die Referenzwerte gemessen. Prüfen Sie, ob die Messwerte innerhalb der gewünschten Toleranz liegen.
Abb. 2: Relative S21-Transmissionsmessung zwischen Antennenelementen mit 2-Tor-Messaufbau
2-Tor-Messaufbau
Mit diesem Messaufbau werden Betrag- und Phasenabgleich für jedes Element des Antennenarray geprüft. Führen Sie mit einem Kalibrierkit eine 2-Tor-TOSM- bzw. -UOSM-Kalibrierung durch. Verbinden Sie Tor 1 mit dem Richtkopplerarm und Tor 2 mit dem Monitor-Port des ersten Antennenelements. Die Kalibrierebene für jedes Tor wird in Abb. 2 dargestellt. Führen Sie eine S21-Transmissionsmessung an diesem Antennenelement durch. Legen Sie die Messwerte mit der „►Ref“-Schaltfläche als Referenzwerte fest, falls die Ergebnisse innerhalb der Spezifikation liegen. Messen Sie für alle folgenden Antennenelemente die relative Größe von S21-Betrag und -Phase in Bezug auf die Referenzwerte. Der normalisierte Betrag und die normalisierte Phase werden dargestellt. Abweichungen von Betrag und Phase zwischen allen Antennenelementen werden bestimmt und Anpassungen vorgenommen, bis der relative Wert von Betrag und Phase innerhalb der gewünschten Toleranzgrenzen liegt.
Mit dem R&S®ZNH Handheld-Vektornetzwerkanalysator ist die Bestimmung der Fehlanpassung von Betrag und Phase zwischen Kabeln und Antennenelementen für Ingenieure, die auf dem Gebiet von Instrumentenlandesystemen tätig sind, nicht länger eine mühsame Aufgabe. Der R&S®ZNH ist in Kombination mit der Option R&S®ZNH-K45 Vektor-Voltmeter das perfekte Werkzeug für Messungen an jeglichen Antennenarrays.
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