AntenaLa medición es el proceso de evaluar y analizar cuantitativamente el rendimiento y las características de la antena. Mediante el uso de equipos de prueba y métodos de medición especiales, medimos la ganancia, el patrón de radiación, la relación de onda estacionaria, la respuesta de frecuencia y otros parámetros de la antena para verificar si las especificaciones de diseño de la antena cumplen con los requisitos, verificamos el rendimiento de la antena y proporcionar sugerencias de mejora. Los resultados y datos de las mediciones de antenas se pueden utilizar para evaluar el rendimiento de las antenas, optimizar diseños, mejorar el rendimiento del sistema y proporcionar orientación y retroalimentación a los fabricantes de antenas y a los ingenieros de aplicaciones.
Equipo requerido en mediciones de antenas
Para las pruebas de antenas, el dispositivo más fundamental es el VNA. El tipo más simple de VNA es el VNA de 1 puerto, que puede medir la impedancia de una antena.
La medición del patrón de radiación, la ganancia y la eficiencia de una antena es más difícil y requiere mucho más equipo. Llamaremos a la antena a medir AUT, que significa Antena bajo prueba. El equipo requerido para mediciones de antenas incluye:
Una antena de referencia - Una antena con características conocidas (ganancia, patrón, etc.)
Un transmisor de potencia de RF: una forma de inyectar energía en la AUT [Antena bajo prueba]
Un sistema receptor: determina cuánta potencia recibe la antena de referencia.
Un sistema de posicionamiento: este sistema se utiliza para girar la antena de prueba con respecto a la antena fuente, para medir el patrón de radiación en función del ángulo.
En la Figura 1 se muestra un diagrama de bloques del equipo anterior.
Figura 1. Diagrama del equipo de medición de antena requerido.
Estos componentes se discutirán brevemente. Por supuesto, la antena de referencia debe irradiar bien a la frecuencia de prueba deseada. Las antenas de referencia suelen ser antenas de bocina con doble polarización, de modo que la polarización horizontal y vertical se puede medir al mismo tiempo.
El sistema de transmisión debe ser capaz de generar un nivel de potencia conocido estable. La frecuencia de salida también debe ser sintonizable (seleccionable) y razonablemente estable (estable significa que la frecuencia que obtiene del transmisor está cerca de la frecuencia que desea y no varía mucho con la temperatura). El transmisor debe contener muy poca energía en todas las demás frecuencias (siempre habrá algo de energía fuera de la frecuencia deseada, pero no debería haber mucha energía en los armónicos, por ejemplo).
El sistema receptor simplemente necesita determinar cuánta potencia se recibe de la antena de prueba. Esto se puede hacer mediante un medidor de potencia simple, que es un dispositivo para medir la potencia de RF (radiofrecuencia) y se puede conectar directamente a los terminales de la antena a través de una línea de transmisión (como un cable coaxial con conectores tipo N o SMA). Normalmente, el receptor es un sistema de 50 ohmios, pero puede tener una impedancia diferente si se especifica.
Tenga en cuenta que el sistema de transmisión/recepción a menudo se reemplaza por un VNA. Una medición S21 transmite una frecuencia desde el puerto 1 y registra la potencia recibida en el puerto 2. Por lo tanto, un VNA es adecuado para esta tarea; sin embargo, no es el único método para realizar esta tarea.
El sistema de posicionamiento controla la orientación de la antena de prueba. Como queremos medir el patrón de radiación de la antena de prueba en función del ángulo (normalmente en coordenadas esféricas), necesitamos girar la antena de prueba para que la antena fuente ilumine la antena de prueba desde todos los ángulos posibles. Para ello se utiliza el sistema de posicionamiento. En la Figura 1, mostramos el AUT girando. Tenga en cuenta que existen muchas formas de realizar esta rotación; a veces se gira la antena de referencia y, a veces, se giran tanto la antena de referencia como la de AUT.
Ahora que tenemos todo el equipo necesario, podemos discutir dónde realizar las mediciones.
¿Dónde es un buen lugar para nuestras mediciones de antena? Tal vez le gustaría hacer esto en su garaje, pero los reflejos de las paredes, techos y piso harían que sus mediciones sean inexactas. El lugar ideal para realizar mediciones de antenas es algún lugar del espacio exterior, donde no puedan producirse reflejos. Sin embargo, como actualmente los viajes espaciales son prohibitivamente caros, nos centraremos en los lugares de medición que se encuentran en la superficie de la Tierra. Se puede utilizar una cámara anecoica para aislar la configuración de prueba de la antena mientras se absorbe la energía reflejada con espuma absorbente de RF.
Rangos de espacio libre (cámaras anecoicas)
Los rangos de espacio libre son ubicaciones de medición de antenas diseñadas para simular mediciones que se realizarían en el espacio. Es decir, todas las ondas reflejadas de los objetos cercanos y del suelo (que no son deseables) se suprimen en la medida de lo posible. Las estufas de espacio libre más populares son las cámaras anecoicas, las estufas elevadas y la estufa compacta.
Cámaras anecoicas
Las cámaras anecoicas son rangos de antenas interiores. Las paredes, techos y suelo están revestidos con un material especial absorbente de ondas electromagnéticas. Las cocinas interiores son deseables porque las condiciones de prueba pueden controlarse mucho más estrictamente que las de las cocinas exteriores. El material también suele tener una forma irregular, lo que hace que estas cámaras sean bastante interesantes de ver. Las formas de triángulos irregulares están diseñadas de modo que lo que se refleja en ellas tiende a extenderse en direcciones aleatorias, y lo que se suma a partir de todos los reflejos aleatorios tiende a sumarse de manera incoherente y, por lo tanto, se suprime aún más. En la siguiente imagen se muestra una imagen de una cámara anecoica, junto con algunos equipos de prueba:
(La imagen muestra la prueba de antena RFMISO)
El inconveniente de las cámaras anecoicas es que a menudo deben ser bastante grandes. A menudo, las antenas necesitan estar a varias longitudes de onda entre sí como mínimo para simular condiciones de campo lejano. Por lo tanto, para frecuencias más bajas con longitudes de onda grandes necesitamos cámaras muy grandes, pero el costo y las limitaciones prácticas a menudo limitan su tamaño. Se sabe que algunas empresas contratistas de defensa que miden la sección transversal del radar de grandes aviones u otros objetos tienen cámaras anecoicas del tamaño de canchas de baloncesto, aunque esto no es común. Las universidades con cámaras anecoicas suelen tener cámaras de entre 3 y 5 metros de largo, ancho y alto. Debido a la limitación de tamaño y a que el material absorbente de RF normalmente funciona mejor en UHF y superiores, las cámaras anecoicas se utilizan con mayor frecuencia para frecuencias superiores a 300 MHz.
Rangos elevados
Los rangos elevados son rangos al aire libre. En esta configuración, la fuente y la antena bajo prueba están montadas sobre el suelo. Estas antenas pueden estar en montañas, torres, edificios o donde uno considere adecuado. Esto se hace a menudo para antenas muy grandes o en frecuencias bajas (VHF e inferiores, <100 MHz) donde las mediciones en interiores serían intratables. El diagrama básico de una cocina elevada se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Ilustración de rango elevado.
La antena fuente (o antena de referencia) no está necesariamente a una elevación más alta que la antena de prueba, simplemente lo mostré así aquí. La línea de visión (LOS) entre las dos antenas (ilustrada por el rayo negro en la Figura 2) no debe estar obstruida. Todos los demás reflejos (como el rayo rojo reflejado desde el suelo) son indeseables. Para rangos elevados, una vez que se determina la ubicación de la fuente y la antena de prueba, los operadores de prueba determinan dónde ocurrirán las reflexiones significativas e intentan minimizar las reflexiones de estas superficies. A menudo se utiliza para este propósito material absorbente de RF u otro material que desvíe los rayos lejos de la antena de prueba.
Gamas compactas
La antena fuente debe colocarse en el campo lejano de la antena de prueba. La razón es que la onda recibida por la antena de prueba debe ser una onda plana para obtener la máxima precisión. Dado que las antenas irradian ondas esféricas, la antena debe estar lo suficientemente lejos como para que la onda radiada desde la antena fuente sea aproximadamente una onda plana; consulte la Figura 3.
Figura 3. Una antena fuente irradia una onda con un frente de onda esférico.
Sin embargo, en las cámaras interiores a menudo no hay suficiente separación para lograrlo. Un método para solucionar este problema es mediante una gama compacta. En este método, una antena fuente se orienta hacia un reflector, cuya forma está diseñada para reflejar la onda esférica de manera aproximadamente plana. Esto es muy similar al principio según el cual funciona una antena parabólica. El funcionamiento básico se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Alcance compacto: las ondas esféricas de la antena fuente se reflejan para ser planas (colimadas).
Normalmente se desea que la longitud del reflector parabólico sea varias veces mayor que la de la antena de prueba. La antena fuente en la Figura 4 está desplazada del reflector para que no obstaculice los rayos reflejados. También se debe tener cuidado para mantener cualquier radiación directa (acoplamiento mutuo) desde la antena fuente a la antena de prueba.
Hora de publicación: 03-ene-2024
