Antenamedição é o processo de avaliar e analisar quantitativamente o desempenho e as características da antena. Usando equipamentos de teste especiais e métodos de medição, medimos o ganho, padrão de radiação, relação de onda estacionária, resposta de frequência e outros parâmetros da antena para verificar se as especificações de projeto da antena atendem aos requisitos, verificamos o desempenho da antena, e fornecer sugestões de melhoria. Os resultados e dados das medições de antenas podem ser usados para avaliar o desempenho da antena, otimizar projetos, melhorar o desempenho do sistema e fornecer orientação e feedback aos fabricantes de antenas e engenheiros de aplicação.
Equipamento necessário em medições de antena
Para testes de antenas, o dispositivo mais fundamental é o VNA. O tipo mais simples de VNA é um VNA de 1 porta, que é capaz de medir a impedância de uma antena.
Medir o padrão de radiação, o ganho e a eficiência de uma antena é mais difícil e requer muito mais equipamento. Chamaremos a antena a ser medida de AUT, que significa Antena em Teste. O equipamento necessário para medições de antenas inclui:
Uma antena de referência - Uma antena com características conhecidas (ganho, padrão, etc.)
Um transmissor de potência de RF - uma forma de injetar energia no AUT [antena em teste]
Um sistema receptor - Determina quanta energia é recebida pela antena de referência
Um sistema de posicionamento - Este sistema é usado para girar a antena de teste em relação à antena fonte, para medir o padrão de radiação em função do ângulo.
Um diagrama de blocos do equipamento acima é mostrado na Figura 1.
Figura 1. Diagrama do equipamento de medição de antena necessário.
Esses componentes serão brevemente discutidos. A Antena de Referência deve, obviamente, irradiar bem na frequência de teste desejada. As antenas de referência geralmente são antenas tipo corneta com polarização dupla, de modo que a polarização horizontal e vertical pode ser medida ao mesmo tempo.
O sistema de transmissão deve ser capaz de emitir um nível de potência conhecido e estável. A frequência de saída também deve ser sintonizável (selecionável) e razoavelmente estável (estável significa que a frequência obtida do transmissor está próxima da frequência desejada, não varia muito com a temperatura). O transmissor deve conter muito pouca energia em todas as outras frequências (sempre haverá alguma energia fora da frequência desejada, mas não deve haver muita energia nos harmônicos, por exemplo).
O Sistema Receptor simplesmente precisa determinar quanta energia é recebida da antena de teste. Isto pode ser feito através de um medidor de potência simples, que é um dispositivo para medir potência de RF (radiofrequência) e pode ser conectado diretamente aos terminais da antena através de uma linha de transmissão (como um cabo coaxial com conectores tipo N ou SMA). Normalmente, o receptor é um sistema de 50 Ohm, mas pode ter uma impedância diferente, se especificado.
Observe que o sistema de transmissão/recepção é frequentemente substituído por um VNA. Uma medição S21 transmite uma frequência fora da porta 1 e registra a potência recebida na porta 2. Portanto, um VNA é adequado para esta tarefa; no entanto, não é o único método de realizar esta tarefa.
O Sistema de Posicionamento controla a orientação da antena de teste. Como queremos medir o padrão de radiação da antena de teste em função do ângulo (normalmente em coordenadas esféricas), precisamos girar a antena de teste de modo que a antena fonte ilumine a antena de teste de todos os ângulos possíveis. O sistema de posicionamento é usado para esse propósito. Na Figura 1 mostramos o AUT sendo girado. Observe que existem muitas maneiras de realizar essa rotação; às vezes a antena de referência é girada e às vezes as antenas de referência e AUT são giradas.
Agora que temos todo o equipamento necessário, podemos discutir onde fazer as medições.
Onde é um bom lugar para nossas medições de antena? Talvez você queira fazer isso na sua garagem, mas os reflexos das paredes, tetos e piso tornariam suas medições imprecisas. O local ideal para realizar medições de antenas é em algum lugar no espaço sideral, onde não possam ocorrer reflexões. No entanto, como as viagens espaciais são atualmente proibitivamente caras, vamos nos concentrar em locais de medição que estão na superfície da Terra. Uma Câmara Anecóica pode ser usada para isolar a configuração de teste da antena enquanto absorve a energia refletida com espuma absorvente de RF.
Faixas de espaço livre (câmaras anecóicas)
As faixas de espaço livre são locais de medição de antenas projetados para simular medições que seriam realizadas no espaço. Ou seja, todas as ondas refletidas de objetos próximos e do solo (que são indesejáveis) são suprimidas tanto quanto possível. As gamas de espaço livre mais populares são câmaras anecóicas, gamas elevadas e gama compacta.
Câmaras Anecóicas
Câmaras anecóicas são faixas de antenas internas. As paredes, tetos e piso são revestidos com material especial absorvente de ondas eletromagnéticas. As faixas internas são desejáveis porque as condições de teste podem ser controladas com muito mais rigor do que as faixas externas. O material também costuma ter formato irregular, tornando essas câmaras bastante interessantes de se ver. As formas triangulares irregulares são projetadas de modo que o que é refletido por elas tende a se espalhar em direções aleatórias, e o que é somado a partir de todas as reflexões aleatórias tende a se somar de forma incoerente e, portanto, é ainda mais suprimido. Uma imagem de uma câmara anecóica é mostrada na figura a seguir, junto com alguns equipamentos de teste:
(A imagem mostra o teste da antena RFMISO)
A desvantagem das câmaras anecóicas é que muitas vezes elas precisam ser bastante grandes. Freqüentemente, as antenas precisam estar no mínimo a vários comprimentos de onda uma da outra para simular condições de campo distante. Assim, para frequências mais baixas com grandes comprimentos de onda, precisamos de câmaras muito grandes, mas o custo e as restrições práticas muitas vezes limitam o seu tamanho. Algumas empresas contratantes de defesa que medem a seção transversal do radar de grandes aviões ou outros objetos são conhecidas por terem câmaras anecóicas do tamanho de quadras de basquete, embora isso não seja comum. Universidades com câmaras anecóicas normalmente possuem câmaras com 3 a 5 metros de comprimento, largura e altura. Devido à restrição de tamanho e porque o material absorvente de RF normalmente funciona melhor em UHF e superiores, as câmaras anecóicas são mais frequentemente usadas para frequências acima de 300 MHz.
Faixas Elevadas
Faixas Elevadas são faixas externas. Nesta configuração, a fonte e a antena em teste são montadas acima do solo. Essas antenas podem estar em montanhas, torres, edifícios ou onde quer que seja adequado. Isso geralmente é feito para antenas muito grandes ou em baixas frequências (VHF e abaixo, <100 MHz), onde as medições internas seriam intratáveis. O diagrama básico de uma faixa elevada é mostrado na Figura 2.
Figura 2. Ilustração de alcance elevado.
A antena de origem (ou antena de referência) não está necessariamente em uma altitude mais elevada que a antena de teste, acabei de mostrar assim aqui. A linha de visão (LOS) entre as duas antenas (ilustrada pelo raio preto na Figura 2) deve estar desobstruída. Todas as outras reflexões (como o raio vermelho refletido no solo) são indesejáveis. Para faixas elevadas, uma vez determinada a localização da fonte e da antena de teste, os operadores de teste determinam onde ocorrerão as reflexões significativas e tentam minimizar as reflexões dessas superfícies. Freqüentemente, é usado material absorvente de RF para essa finalidade, ou outro material que desvia os raios da antena de teste.
Faixas compactas
A antena fonte deve ser colocada no campo distante da antena de teste. A razão é que a onda recebida pela antena de teste deve ser uma onda plana para máxima precisão. Como as antenas irradiam ondas esféricas, a antena precisa estar suficientemente distante para que a onda irradiada da antena fonte seja aproximadamente uma onda plana - veja a Figura 3.
Figura 3. Uma antena fonte irradia uma onda com frente de onda esférica.
No entanto, para câmaras interiores muitas vezes não há separação suficiente para conseguir isto. Um método para corrigir esse problema é por meio de uma faixa compacta. Neste método, uma antena fonte é orientada em direção a um refletor, cujo formato é projetado para refletir a onda esférica de maneira aproximadamente plana. Isto é muito semelhante ao princípio segundo o qual uma antena parabólica opera. A operação básica é mostrada na Figura 4.
Figura 4. Alcance Compacto - as ondas esféricas da antena fonte são refletidas para serem planas (colimadas).
O comprimento do refletor parabólico é normalmente desejado para ser várias vezes maior que o da antena de teste. A antena fonte na Figura 4 está deslocada do refletor para que não atrapalhe os raios refletidos. Deve-se também ter cuidado para manter qualquer radiação direta (acoplamento mútuo) da antena fonte para a antena de teste.
Horário da postagem: 03/01/2024
