AntenaEl mesurament és el procés d'avaluar i analitzar quantitativament el rendiment i les característiques de l'antena. Mitjançant equips de prova i mètodes de mesurament especials, mesurem el guany, el patró de radiació, la relació d'ona estacionària, la resposta de freqüència i altres paràmetres de l'antena per verificar si les especificacions de disseny de l'antena compleixen els requisits, comprovem el rendiment de l'antena i proporcionem suggeriments de millora. Els resultats i les dades dels mesuraments 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 els mesuraments d'antenes
Per a les proves d'antenes, 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.
Mesurar el patró de radiació, el guany i l'eficiència d'una antena és més difícil i requereix molt més equipament. Anomenarem l'antena que s'ha de mesurar AUT, que significa Antenna Under Test (Antena sota prova). 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 sota 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 respecte a l'antena font, per mesurar el patró de radiació en funció de l'angle.
Un diagrama de blocs de l'equipament esmentat es mostra a la Figura 1.
Figura 1. Diagrama de l'equip de mesura d'antena necessari.
Aquests components es comentaran breument. L'antena de referència, és clar, hauria de radiar bé a la freqüència de prova desitjada. Les antenes de referència solen ser antenes de trompeta de doble polarització, de manera que la polarització horitzontal i vertical es pot mesurar alhora.
El sistema transmissor hauria de ser capaç de generar un nivell de potència estable i conegut. La freqüència de sortida també hauria de ser sintonitzable (seleccionable) i raonablement estable (estable significa que la freqüència que s'obté del transmissor és propera a la freqüència desitjada, no varia gaire amb la temperatura). El transmissor hauria de contenir molt poca energia a totes les altres freqüències (sempre hi haurà alguna energia fora de la freqüència desitjada, però no hi hauria d'haver molta energia als harmònics, per exemple).
El sistema receptor simplement ha de determinar quanta potència rep de l'antena de prova. Això es pot fer mitjançant un simple mesurador de potència, 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 ara 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.
Cal tenir en compte que el sistema de transmissió/recepció sovint es substitueix per un VNA. Un mesurament S21 transmet una freqüència des del port 1 i registra la potència rebuda al port 2. Per tant, un VNA és adequat per a aquesta tasca; tanmateix, no és l'únic mètode per dur a terme 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. El sistema de posicionament s'utilitza per a aquest propòsit. A la Figura 1, mostrem la rotació de l'antena automàtica (AUT). Cal tenir en compte que hi ha moltes maneres de realitzar aquesta rotació; de vegades es gira l'antena de referència i de vegades es giren tant l'antena de referència com l'AUT.
Ara que tenim tot l'equip necessari, podem parlar d'on fer les mesures.
On és un bon lloc per a les mesures de l'antena? Potser voldríeu fer-ho al vostre garatge, però les reflexions de les parets, els sostres i el terra farien que les vostres mesures fossin inexactes. La ubicació ideal per realitzar mesures d'antena és en algun lloc de l'espai exterior, on no es puguin produir reflexions. Tanmateix, com que els viatges espacials actualment són prohibitivament cars, ens centrarem en 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 s'absorbeix l'energia reflectida amb escuma absorbent de radiofreqüència.
Rangs d'espai lliure (cambres anecoiques)
Els rangs d'espai lliure són ubicacions de mesura d'antenes dissenyades per simular mesures que es realitzarien a l'espai. És a dir, totes les ones reflectides dels objectes propers i del terra (que no són desitjables) es suprimeixen tant com sigui possible. Els rangs d'espai lliure més populars són les cambres anecoiques, els rangs elevats i el rang compacte.
Cambres anecoiques
Les cambres anecoiques són antenes de rang interior. Les parets, els sostres i el terra estan revestits amb un material especial que absorbeix les ones electromagnètiques. Les antenes de rang interior són desitjables perquè les condicions de prova es poden controlar molt més estretament que les de les antenes de rang exterior. El material sovint també té una forma irregular, cosa que fa que aquestes cambres siguin força interessants de veure. Les formes triangulars irregulars estan dissenyades de manera que el que es reflecteix tendeix a estendre's en direccions aleatòries, i el que s'afegeix a partir de totes les reflexions aleatòries tendeix a sumar-se 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 d'antena RFMISO)
L'inconvenient de les cambres anecoiques és que sovint han de ser força 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 longituds d'ona grans necessitem cambres molt grans, però el cost i les restriccions pràctiques sovint limiten la seva mida. Algunes empreses contractistes de defensa que mesuren la secció transversal del radar de grans avions o altres objectes són conegudes per tenir cambres anecoiques de la mida de pistes de bàsquet, tot i que això no és habitual. Les universitats amb cambres anecoiques solen tenir cambres de 3 a 5 metres de llargada, amplada i alçada. A causa de la restricció de mida, i perquè el material absorbent de RF normalment funciona millor a UHF i superiors, les cambres anecoiques s'utilitzen més sovint per a freqüències superiors a 300 MHz.
Serralades elevades
Els rangs elevats són rangs a l'aire lliure. En aquesta configuració, la font i l'antena que s'està provant es munten per sobre del terra. Aquestes antenes poden estar en muntanyes, torres, edificis o a qualsevol lloc adequat. Això es fa sovint per a antenes molt grans o a baixes freqüències (VHF i inferiors, <100 MHz) on les mesures en interiors serien difícils de fer. El diagrama bàsic d'un rang elevat es mostra a la Figura 2.
Figura 2. Il·lustració d'un rang elevat.
L'antena font (o antena de referència) no necessàriament es troba a una elevació més alta que l'antena de prova, ho acabo de mostrar així aquí. La línia de visió (LOS) entre les dues antenes (il·lustrada pel raig negre a la Figura 2) ha d'estar lliure d'obstacles. Totes les altres reflexions (com ara el raig vermell reflectit des del terra) no són desitjables. Per a distàncies elevades, un cop determinada la ubicació de la font i 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 lluny de l'antena de prova.
Gamma Compacta
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 ha 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 radiada 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 abast 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. Abast compacte: les ones esfèriques de l'antena font es reflecteixen com a planes (colimades).
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 respecte al reflector de manera que no interfereixi amb els raigs reflectits. També s'ha de tenir cura de mantenir qualsevol radiació directa (acoblament mutu) de l'antena font a l'antena de prova.
Data de publicació: 03-01-2024
