AntenaA medición é o proceso de avaliar e analizar cuantitativamente o rendemento e as características da antena. Usando equipos de proba e métodos de medición especiais, medimos a ganancia, o patrón de radiación, a relación de ondas estacionarias, a resposta en frecuencia e outros parámetros da antena para verificar se as especificacións de deseño da antena cumpren os requisitos, comprobar o rendemento da antena e proporcionar suxestións de mellora. Os resultados e os datos das medicións da antena pódense utilizar para avaliar o rendemento da antena, optimizar os deseños, mellorar o rendemento do sistema e proporcionar orientación e comentarios aos fabricantes de antenas e enxeñeiros de aplicacións.
Equipos necesarios en medidas de antenas
Para probas de antena, o dispositivo máis fundamental é o VNA. O tipo máis sinxelo de VNA é un VNA de 1 porto, que é capaz de medir a impedancia dunha antena.
A medición do patrón de radiación, a ganancia e a eficiencia dunha antena é máis difícil e require moito máis equipo. Chamaremos á antena a medir AUT, que significa Antenna Under Test. Os equipos necesarios para medir antenas inclúen:
Unha antena de referencia: unha antena con características coñecidas (ganancia, patrón, etc.)
Un transmisor de potencia de RF: unha forma de inxectar enerxía na AUT [Antena en proba]
Un sistema receptor: determina a cantidade de enerxía que recibe a antena de referencia
Un sistema de posicionamento: este sistema úsase para xirar a antena de proba en relación coa antena fonte, para medir o patrón de radiación en función do ángulo.
Na figura 1 móstrase un diagrama de bloques do equipo anterior.
Figura 1. Esquema dos equipos de medida de antenas necesarios.
Estes compoñentes serán discutidos brevemente. A antena de referencia debería irradiar ben na frecuencia de proba desexada. As antenas de referencia adoitan ser antenas de trompa de dobre polarización, polo que se pode medir a polarización horizontal e vertical ao mesmo tempo.
O sistema de transmisión debe ser capaz de emitir un nivel de potencia coñecido estable. A frecuencia de saída tamén debe ser sintonizable (seleccionable) e razoablemente estable (estable significa que a frecuencia que obtén do transmisor está próxima á frecuencia que desexa, non varía moito coa temperatura). O transmisor debería conter moi pouca enerxía en todas as outras frecuencias (sempre haberá algo de enerxía fóra da frecuencia desexada, pero non debería haber moita enerxía nos harmónicos, por exemplo).
O sistema de recepción só precisa determinar canta potencia recibe a antena de proba. Isto pódese facer mediante un simple medidor de potencia, que é un dispositivo para medir a potencia de RF (radiofrecuencia) e pódese conectar directamente aos terminais da antena mediante unha liña de transmisión (como un cable coaxial con conectores tipo N ou SMA). Normalmente o receptor é un sistema de 50 ohmios, pero pode ter unha impedancia diferente se se especifica.
Teña en conta que o sistema de transmisión/recepción adoita ser substituído por un VNA. Unha medida S21 transmite unha frecuencia fóra do porto 1 e rexistra a potencia recibida no porto 2. Polo tanto, un VNA é moi axeitado para esta tarefa; porén non é o único método para realizar esta tarefa.
O sistema de posicionamento controla a orientación da antena de proba. Dado que queremos medir o patrón de radiación da antena de proba en función do ángulo (normalmente en coordenadas esféricas), necesitamos xirar a antena de proba para que a antena fonte ilumine a antena de proba desde todos os ángulos posibles. Para este fin úsase o sistema de posicionamento. Na Figura 1, mostramos o AUT que está a ser rotado. Teña en conta que hai moitas formas de realizar esta rotación; ás veces rótase a antena de referencia e ás veces rótanse tanto a antena de referencia como a AUT.
Agora que temos todo o equipo necesario, podemos discutir onde facer as medicións.
Onde é un bo lugar para medir as nosas antenas? Quizais che gustaría facelo no teu garaxe, pero os reflexos das paredes, teitos e chan farían que as túas medidas sexan inexactas. O lugar ideal para realizar medicións de antena é nalgún lugar do espazo exterior, onde non se poidan producir reflexións. Non obstante, debido a que as viaxes espaciais son actualmente prohibitivamente caras, centrarémonos nos lugares de medición que están na superficie da Terra. Pódese usar unha cámara anecoica para illar a configuración da proba da antena mentres absorbe a enerxía reflectida con escuma absorbente de RF.
Rangos de espazo libre (cámaras anecoicas)
Os rangos de espazo libre son lugares de medición de antenas deseñados para simular as medicións que se realizarían no espazo. É dicir, todas as ondas reflectidas dos obxectos próximos e do chan (que son indesexables) son suprimidas na medida do posible. Os rangos de espazo libre máis populares son as cámaras anecoicas, os rangos elevados e os rangos compactos.
Cámaras anecoicas
As cámaras anecoicas son rangos de antenas interiores. As paredes, teitos e chan están revestidos con material especial absorbente de ondas electromagnéticas. Os rangos interiores son desexables porque as condicións de proba poden estar moito máis controladas que as de campos ao aire libre. O material tamén ten forma irregular, o que fai que estas cámaras sexan bastante interesantes de ver. As formas de triángulo irregulares están deseñadas de xeito que o que se reflicte delas tende a estenderse en direccións aleatorias, e o que se suma a partir de todas as reflexións aleatorias tende a sumar de forma incoherente e, polo tanto, se suprime aínda máis. Na seguinte imaxe móstrase unha imaxe dunha cámara anecoica, xunto con algúns equipos de proba:
(A imaxe mostra a proba da antena RFMISO)
O inconveniente das cámaras anecoicas é que moitas veces precisan ser bastante grandes. Moitas veces, as antenas teñen que estar a varias lonxitudes de onda unha das outras como mínimo para simular condicións de campo afastado. Polo tanto, para frecuencias máis baixas con grandes lonxitudes de onda necesitamos cámaras moi grandes, pero o custo e as restricións prácticas adoitan limitar o seu tamaño. Sábese que algunhas empresas contratantes de defensa que miden a sección transversal do radar de avións grandes ou outros obxectos teñen cámaras anecoicas do tamaño das pistas de baloncesto, aínda que isto non é común. As universidades con cámaras anecoicas adoitan ter cámaras de 3-5 metros de longo, ancho e alto. Debido á limitación de tamaño e porque o material absorbente de RF normalmente funciona mellor en UHF e superior, as cámaras anecoicas úsanse con máis frecuencia para frecuencias superiores a 300 MHz.
Rangos Elevados
Os rangos elevados son rangos ao aire libre. Nesta configuración, a fonte e a antena en proba están montadas sobre o chan. Estas antenas poden estar en montañas, torres, edificios ou onde un considere que sexa axeitado. Isto adoita facerse para antenas moi grandes ou en baixas frecuencias (VHF e por debaixo, <100 MHz) onde as medicións en interiores serían intratables. O diagrama básico dun rango elevado móstrase na Figura 2.
Figura 2. Ilustración de rango elevado.
A antena de orixe (ou antena de referencia) non está necesariamente a unha elevación máis alta que a antena de proba, acabo de mostrara aquí. A liña de visión (LOS) entre as dúas antenas (ilustrada polo raio negro na Figura 2) debe estar sen obstáculos. Todas as outras reflexións (como o raio vermello reflectido desde o chan) son indesexables. Para rangos elevados, unha vez que se determina a fonte e a localización da antena de proba, os operadores de proba determinan entón onde se producirán as reflexións significativas e intentan minimizar as reflexións destas superficies. A miúdo úsase material absorbente de RF para este propósito, ou outro material que desvía os raios lonxe da antena de proba.
Gamas compactas
A antena fonte debe colocarse no campo afastado da antena de proba. O motivo é que a onda recibida pola antena de proba debe ser unha onda plana para obter a máxima precisión. Dado que as antenas irradian ondas esféricas, a antena debe estar o suficientemente lonxe como para que a onda irradiada desde a antena fonte sexa aproximadamente unha onda plana (consulte a Figura 3).
Figura 3. Unha antena fonte irradia unha onda cunha fronte de onda esférica.
Non obstante, para as cámaras interiores moitas veces non hai suficiente separación para conseguilo. Un método para solucionar este problema é mediante un rango compacto. Neste método, unha antena fonte está orientada cara a un reflector, cuxa forma está deseñada para reflectir a onda esférica de forma aproximadamente plana. Isto é moi semellante ao principio sobre o que funciona unha antena parabolica. O funcionamento básico móstrase na figura 4.
Figura 4. Rango compacto: as ondas esféricas da antena fonte reflíctense para ser planas (colimadas).
A lonxitude do reflector parabólico normalmente desexa que sexa varias veces maior que a antena de proba. A antena fonte da Figura 4 está desfasada do reflector para que non se interponga no camiño dos raios reflectidos. Tamén se debe ter coidado para manter calquera radiación directa (acoplamento mutuo) desde a antena fonte ata a antena de proba.
Hora de publicación: 03-xan-2024
