A modular antenna calibration system for an anechoic chamber.

Abstract

The Engineering Optimization and Modeling Center at Reykjavik University has been carrying out research on antenna CAD (Computer Aided Design) software, including the simulation-driven design of novel antenna topologies. However, simulation is not enough to validate a design: a custom RF anechoic chamber has been built to quantify antenna performance, particularly regarding field properties such as radiation patterns. Such calibration experiments require the precise position of the antenna in the room accurately in 3-axis with a short development time, challenging material constraints, and limited funding. Axiomatic Design Theory principles were applied to develop an automated 3-axis controller system for a reference antenna and the antenna to be calibrated. Each axis can be individually controlled with a repeatability of 0,5 degree. This 4000 USD device can be fabricated using publicly available components and rapid prototyping tools.The chamber and calibration system were developing at the same time. Hence there was no possible way of testing or measuring the effect of the unshielded structure on the measurements. After multiple field tests and calibrations, the final system was limited to a 2-x axis due to the interference of the structural material, repeatability issues, and budget limitation. This, however, fulfills 95% of the conducting experiments. 3-D scans are still possible with manual adjustments.

Verkfræðistofnun Háskólans í Reykjavík hefur í rannsóknarstofu sinni framkvæmt rannsóknir á loftnetum með notkun tölvustuddrar hönnunar, þar á meðal til að líkja eftir nýstárlegri loftnetahönnun. Á hinn bóginn eru líkön ekki nóg til að staðfesta hönnun. Búið er að smíða eftirómslaust herbergi til að mæla frammistöðu loftneta, sérstaklega varðandi sviðseiginleika eins og geislunarmynstur. Slíkar tilraunir til kvörðunar krefjast nákvæmrar staðsetningar loftneta í þrívíðu rými í klefanum þar sem til kemur skammur þróunartími, takmarkað hráefni og fjármagn. „Axiomatic design“ reglum var beitt til að þróa þriggja ása sjálfvirkt kerfi til að stýra hreyfingum viðmiðunarloftnets og loftnetsins sem á að kvarða. Hverjum ás er hægt að stýra sjálfstætt með endurtekningarnákvæmni upp á 0,5 gráðu. Þetta 4000USD tæki má framleiða með íhlutum sem eru fáanlegir almenningi og með tólum sem leyfa öra þróun á frumgerð.Klefinn og kvörðunarkerfið voru þróuð samhliða, þar af leiðandi var engin leið að mæla hver áhrif ónákvæmni við smíði tækjanna er á útkomu mælinga. Eftir margar prófanir úti á mörkinni og kvarðanir var kerfið að endingu takmarkað við tvo ása vegna truflana frá byggingaefninu, vandamál við endurtekningu og takmarkað fjármagn. Þetta uppfyllir engu að síður 95% af framkvæmdum tilraunanna og skönnun á þremur ásum er möguleg ef stuðst er við handstýringu.