AntenaA medición é o proceso de avaliación e análise cuantitativa do rendemento e as características da antena. Mediante equipos de proba e métodos de medición especiais, medimos a ganancia, o patrón de radiación, a relación de onda estacionaria, a resposta de 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 usar para avaliar o rendemento da antena, optimizar os deseños, mellorar o rendemento do sistema e proporcionar orientación e retroalimentación aos fabricantes de antenas e aos enxeñeiros de aplicacións.
Equipamento necesario nas medicións de antenas
Para as probas de antenas, o dispositivo máis fundamental é o VNA. O tipo máis sinxelo de VNA é un VNA dun porto, que é capaz de medir a impedancia dunha antena.
Medir o patrón de radiación, a ganancia e a eficiencia dunha antena é máis difícil e require moito máis equipamento. Chamaremos á antena que se vai medir AUT, que significa Antenna Under Test (Antena baixo proba). O equipamento necesario para as medicións de antenas inclúe:
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 baixo proba]
Un sistema receptor: determina canta potencia recibe a antena de referencia
Un sistema de posicionamento: este sistema utilízase para rotar a antena de proba en relación coa antena de orixe, para medir o patrón de radiación en función do ángulo.
Un diagrama de bloques do equipamento anterior móstrase na Figura 1.
Figura 1. Diagrama do equipo de medición de antena necesario.
Estes compoñentes serán comentados brevemente. A antena de referencia debería, por suposto, irradiar ben á frecuencia de proba desexada. As antenas de referencia adoitan ser antenas de corno de dobre polarización, de xeito que a polarización horizontal e vertical se poida medir ao mesmo tempo.
O sistema transmisor debería ser capaz de emitir un nivel de potencia estable coñecido. A frecuencia de saída tamén debería ser sintonizable (seleccionable) e razoablemente estable (estable significa que a frecuencia que se obtén do transmisor está preto da frecuencia desexada, 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 receptor simplemente precisa determinar canta potencia recibe da antena de proba. Isto pódese facer mediante un simple medidor de potencia, que é un dispositivo para medir a potencia de RF (radiofrecuencia) e que se pode conectar directamente aos terminais da antena mediante unha liña de transmisión (como un cable coaxial con conectores de 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 medición S21 transmite unha frecuencia desde o porto 1 e rexistra a potencia recibida no porto 2. Polo tanto, un VNA é axeitado para esta tarefa; non obstante, non é o único método para realizala.
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 rotar a antena de proba para que a antena de orixe a ilumine desde todos os ángulos posibles. O sistema de posicionamento utilízase para este propósito. Na Figura 1, mostramos a rotación da antena de proba. Teña en conta que hai moitas maneiras de realizar esta rotación; ás veces xira a antena de referencia e ás veces xiran tanto a antena de referencia como a da antena de proba.
Agora que temos todo o equipo necesario, podemos falar sobre onde facer as medicións.
Onde é un bo lugar para as nosas medicións de antena? Quizais che gustaría facelo na túa garaxe, pero os reflexos das paredes, teitos e chan farían que as túas medicións fosen inexactas. O lugar ideal para realizar medicións de antena é algún lugar no espazo exterior, onde non se poidan producir reflexos. Non obstante, debido a que as viaxes espaciais son actualmente prohibitivamente caras, centrarémonos en lugares de medición que están na superficie da Terra. Pódese usar unha cámara anecoica para illar a configuración de proba da antena mentres se absorbe a enerxía reflectida con escuma absorbente de RF.
Rangos de espazo libre (cámaras anecoicas)
Os rangos en espazo libre son localizacións de medición de antenas deseñadas para simular medicións que se realizarían no espazo. É dicir, todas as ondas reflectidas dos obxectos próximos e do chan (que non son desexables) suprímense tanto como sexa posible. Os rangos en espazo libre máis populares son as cámaras anecoicas, os rangos elevados e o rango compacto.
Cámaras anecoicas
As cámaras anecoicas son campos de antenas de interior. As paredes, os teitos e o chan están revestidos cun material especial absorbente de ondas electromagnéticas. Os campos de antenas de interior son desexables porque as condicións de proba poden controlarse moito máis estritamente que as dos campos de antenas de exterior. O material adoita ter unha forma irregular, o que fai que estas cámaras sexan bastante interesantes de ver. As formas triangulares irregulares están deseñadas de xeito que o que se reflicte nelas 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, suprimese aínda máis. A seguinte imaxe mostra unha cámara anecoica, xunto con algúns equipos de proba:
(A imaxe mostra a proba da antena RFMISO)
A desvantaxe das cámaras anecoicas é que a miúdo precisan ser bastante grandes. A miúdo, as antenas precisan estar separadas por varias lonxitudes de onda como mínimo para simular condicións de campo afastado. Polo tanto, para frecuencias máis baixas con lonxitudes de onda grandes necesitamos cámaras moi grandes, pero o custo e as restricións prácticas adoitan limitar o seu tamaño. Algunhas empresas contratistas de defensa que miden a sección transversal do radar de grandes avións ou outros obxectos son coñecidas por ter cámaras anecoicas do tamaño de canchas de baloncesto, aínda que isto non é algo común. As universidades con cámaras anecoicas adoitan ter cámaras de 3 a 5 metros de longo, ancho e alto. Debido á restrición de tamaño, e a que o material absorbente de RF normalmente funciona mellor en UHF e superiores, as cámaras anecoicas úsanse con máis frecuencia para frecuencias superiores a 300 MHz.
Rangos elevados
Os radios de alcance elevado son radios de alcance ao aire libre. Nesta configuración, a fonte e a antena baixo proba están montadas sobre o chan. Estas antenas poden estar en montañas, torres, edificios ou onde se considere axeitado. Isto faise a miúdo para antenas moi grandes ou a baixas frecuencias (VHF e inferiores, <100 MHz) onde as medicións en interiores serían imposibles de realizar. O diagrama básico dun radio de alcance elevado móstrase na Figura 2.
Figura 2. Ilustración dun alcance elevado.
A antena de orixe (ou antena de referencia) non está necesariamente a unha elevación maior que a antena de proba, acabo de mostrala así aquí. A liña de visión (LOS) entre as dúas antenas (ilustrada polo raio negro na Figura 2) debe estar libre de obstáculos. Todas as outras reflexións (como o raio vermello reflectido polo chan) son indesexables. Para distancias elevadas, unha vez determinada a localización da fonte e da antena de proba, os operadores de proba determinan onde se producirán as reflexións significativas e intentan minimizar as reflexións destas superficies. A miúdo utilízase material absorbente de radiofrecuencia 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 para que a onda irradiada pola antena fonte sexa aproximadamente unha onda plana; véxase a Figura 3.
Figura 3. Unha antena fonte irradia unha onda cunha fronte de onda esférica.
Non obstante, para as cámaras interiores non adoita haber suficiente separación para conseguilo. Un método para solucionar este problema é mediante un alcance compacto. Neste método, unha antena fonte oriéntase cara a un reflector, cuxa forma está deseñada para reflectir a onda esférica dun xeito aproximadamente plano. Isto é moi similar ao principio sobre o que funciona unha antena parabólica. O funcionamento básico móstrase na Figura 4.
Figura 4. Alcance compacto: as ondas esféricas da antena fonte reflíctense para ser planas (colimadas).
Normalmente, é desexable que a lonxitude do reflector parabólico sexa varias veces maior que a da antena de proba. A antena fonte da Figura 4 está desprazada respecto ao reflector para que non interfira cos raios reflectidos. Tamén se debe ter coidado para evitar calquera radiación directa (acoplamento mutuo) da antena fonte á antena de proba.
Data de publicación: 03-01-2024
