AntenaLa mesura és el procés d'avaluació i anàlisi quantitativa del rendiment i les característiques de l'antena. Mitjançant l'ús d'equips de prova i mètodes de mesura especials, mesurem el guany, el patró de radiació, la relació d'ones estacionàries, la resposta en freqüència i altres paràmetres de l'antena per verificar si les especificacions de disseny de l'antena compleixen els requisits, comprovar el rendiment de l'antena i donar suggeriments de millora. Els resultats i les dades de les mesures de l'antena es poden utilitzar per avaluar el rendiment de l'antena, optimitzar els dissenys, millorar el rendiment del sistema i proporcionar orientació i comentaris als fabricants d'antenes i als enginyers d'aplicacions.
Equipament necessari en mesures d'antena
Per a les proves d'antena, el dispositiu més fonamental és el VNA. El tipus més senzill de VNA és un VNA d'1 port, que és capaç de mesurar la impedància d'una antena.
La mesura del patró de radiació, el guany i l'eficiència d'una antena és més difícil i requereix molt més equip. Anomenarem l'antena a mesurar AUT, que significa Antenna Under Test. L'equip necessari per a les mesures d'antena inclou:
Una antena de referència: una antena amb característiques conegudes (guany, patró, etc.)
Un transmissor de potència de RF: una manera d'injectar energia a l'AUT [Antena en prova]
Un sistema receptor: determina quanta potència rep l'antena de referència
Un sistema de posicionament: aquest sistema s'utilitza per girar l'antena de prova en relació amb l'antena font, per mesurar el patró de radiació en funció de l'angle.
A la figura 1 es mostra un diagrama de blocs de l'equip anterior.
Figura 1. Esquema dels equips de mesura de l'antena requerits.
Aquests components es parlaran breument. L'antena de referència hauria d'irradiar bé a la freqüència de prova desitjada. Les antenes de referència solen ser antenes de banya de doble polarització, de manera que es pot mesurar la polarització horitzontal i vertical al mateix temps.
El sistema de transmissió ha de ser capaç d'emetre un nivell de potència conegut estable. La freqüència de sortida també hauria de ser ajustable (seleccionable) i raonablement estable (estable significa que la freqüència que obteniu del transmissor és propera a la freqüència que voleu, no varia gaire amb la temperatura). El transmissor hauria de contenir molt poca energia a totes les altres freqüències (sempre hi haurà una mica d'energia fora de la freqüència desitjada, però no hi hauria d'haver molta energia als harmònics, per exemple).
El sistema de recepció només ha de determinar quanta potència es rep de l'antena de prova. Això es pot fer mitjançant un mesurador de potència simple, que és un dispositiu per mesurar la potència de RF (radiofreqüència) i es pot connectar directament als terminals de l'antena mitjançant una línia de transmissió (com un cable coaxial amb connectors de tipus N o SMA). Normalment, el receptor és un sistema de 50 ohms, però pot tenir una impedància diferent si s'especifica.
Tingueu en compte que el sistema de transmissió/recepció sovint se substitueix per un VNA. Una mesura S21 transmet una freqüència des del port 1 i registra la potència rebuda al port 2. Per tant, un VNA és molt adequat per a aquesta tasca; però no és l'únic mètode per realitzar aquesta tasca.
El sistema de posicionament controla l'orientació de l'antena de prova. Com que volem mesurar el patró de radiació de l'antena de prova en funció de l'angle (normalment en coordenades esfèriques), hem de girar l'antena de prova de manera que l'antena font il·lumini l'antena de prova des de tots els angles possibles. Per a això s'utilitza el sistema de posicionament. A la figura 1, mostrem la rotació de l'AUT. Tingueu en compte que hi ha moltes maneres de realitzar aquesta rotació; de vegades es gira l'antena de referència i, de vegades, tant les antenes de referència com les AUT es giren.
Ara que tenim tot l'equip necessari, podem discutir on fer les mesures.
On és un bon lloc per a les nostres mesures d'antena? Potser t'agradaria fer-ho al teu garatge, però els reflexos de les parets, els sostres i el terra farien que les teves mesures siguin inexactes. La ubicació ideal per realitzar mesures d'antena és en algun lloc de l'espai exterior, on no es poden produir reflexos. Tanmateix, com que els viatges espacials són actualment prohibitius, ens centrarem en els llocs de mesura que es troben a la superfície de la Terra. Es pot utilitzar una cambra anecoica per aïllar la configuració de prova de l'antena mentre absorbeix l'energia reflectida amb escuma absorbent de RF.
Intervals d'espai lliure (cambres anecoiques)
Els rangs d'espai lliure són ubicacions de mesura de l'antena dissenyades per simular mesures que es realitzarien a l'espai. És a dir, totes les ones reflectides dels objectes propers i del sòl (que són indesitjables) es suprimeixen tant com sigui possible. Els rangs d'espai lliure més populars són les cambres anecoiques, els rangs elevats i els rangs compactes.
Cambres anecoiques
Les cambres anecoiques són rangs d'antenes interiors. Les parets, els sostres i el terra estan revestits amb material especial absorbent d'ones electromagnètiques. Els rangs interiors són desitjables perquè les condicions de prova es poden controlar molt més estrictament que les de les gammes exteriors. El material sovint també té una forma irregular, cosa que fa que aquestes cambres siguin força interessants de veure. Les formes de triangle irregulars estan dissenyades de manera que el que es reflecteix d'elles tendeix a estendre's en direccions aleatòries, i el que s'afegeix a partir de totes les reflexions aleatòries tendeix a sumar de manera incoherent i, per tant, es suprimeix encara més. A la imatge següent es mostra una imatge d'una cambra anecoica, juntament amb alguns equips de prova:
(La imatge mostra la prova de l'antena RFMISO)
L'inconvenient de les cambres anecoiques és que sovint han de ser bastant grans. Sovint, les antenes han d'estar a diverses longituds d'ona de distància entre si com a mínim per simular condicions de camp llunyà. Per tant, per a freqüències més baixes amb grans longituds d'ona necessitem cambres molt grans, però els costos i les limitacions pràctiques sovint limiten la seva mida. Se sap que algunes empreses contractants de defensa que mesuren la secció transversal del radar d'avions grans o altres objectes tenen cambres anecoiques de la mida de les pistes de bàsquet, tot i que això no és normal. Les universitats amb cambres anecoiques solen tenir cambres de 3-5 metres de llargada, amplada i alçada. A causa de la limitació de mida, i perquè el material absorbent de RF normalment funciona millor a UHF i superior, les cambres anecoiques s'utilitzen amb més freqüència per a freqüències superiors a 300 MHz.
Intervals elevats
Els rangs elevats són rangs exteriors. En aquesta configuració, la font i l'antena a prova es munten per sobre del terra. Aquestes antenes poden estar a muntanyes, torres, edificis o allà on trobi que sigui adequat. Això es fa sovint per a antenes molt grans o a freqüències baixes (VHF i per sota, <100 MHz) on les mesures interiors serien intractables. El diagrama bàsic d'un rang elevat es mostra a la figura 2.
Figura 2. Il·lustració de rang elevat.
L'antena font (o antena de referència) no està necessàriament a una elevació més alta que l'antena de prova, només ho vaig mostrar aquí. La línia de visió (LOS) entre les dues antenes (il·lustrada pel raig negre a la figura 2) no ha d'estar obstruïda. La resta de reflexos (com ara el raig vermell reflectit des del terra) són indesitjables. Per a rangs elevats, un cop es determinen la font i la ubicació de l'antena de prova, els operadors de prova determinen on es produiran les reflexions significatives i intenten minimitzar les reflexions d'aquestes superfícies. Sovint s'utilitza material absorbent de RF per a aquest propòsit, o un altre material que desvia els raigs de l'antena de prova.
Gammes compactes
L'antena font s'ha de col·locar al camp llunyà de l'antena de prova. El motiu és que l'ona rebuda per l'antena de prova hauria de ser una ona plana per obtenir la màxima precisió. Com que les antenes irradien ones esfèriques, l'antena ha d'estar prou lluny perquè l'ona irradiada des de l'antena font sigui aproximadament una ona plana (vegeu la figura 3).
Figura 3. Una antena font irradia una ona amb un front d'ona esfèric.
Tanmateix, per a les cambres interiors sovint no hi ha prou separació per aconseguir-ho. Un mètode per solucionar aquest problema és mitjançant un rang compacte. En aquest mètode, una antena font s'orienta cap a un reflector, la forma del qual està dissenyada per reflectir l'ona esfèrica d'una manera aproximadament plana. Això és molt similar al principi sobre el qual funciona una antena parabòlica. El funcionament bàsic es mostra a la figura 4.
Figura 4. Gamma compacta: les ones esfèriques de l'antena font es reflecteixen per ser planars (col·limades).
Normalment es desitja que la longitud del reflector parabòlic sigui diverses vegades més gran que l'antena de prova. L'antena font de la figura 4 està desplaçada del reflector de manera que no s'interposi en el camí dels raigs reflectits. També s'ha de tenir cura per mantenir qualsevol radiació directa (acoblament mutu) de l'antena font a l'antena de prova.
Hora de publicació: 03-gen-2024
