AntenaMedição é o processo de avaliação e análise quantitativa do desempenho e das características da antena. Utilizando equipamentos de teste e métodos de medição especiais, medimos o ganho, o padrão de radiação, a razão de onda estacionária, a resposta em frequência e outros parâmetros da antena para verificar se as especificações de projeto atendem aos requisitos, verificar o desempenho da antena e fornecer sugestões de melhoria. Os resultados e dados das medições da antena 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.
Equipamentos necessários para medições de antenas
Para testes de antena, o dispositivo mais fundamental é o VNA. O tipo mais simples de VNA é o 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 equipamentos. Chamaremos a antena a ser medida de AUT, que significa Antena em Teste. Os equipamentos necessários para medições de antena incluem:
Uma antena de referência - Uma antena com características conhecidas (ganho, padrão, etc.)
Um transmissor de potência RF - Uma maneira de injetar energia no AUT [Antena em teste]
Um sistema receptor - Isso determina quanta potência é recebida pela antena de referência
Um sistema de posicionamento - Este sistema é usado para girar a antena de teste em relação à antena de origem, para medir o padrão de radiação como uma 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 são frequentemente antenas tipo corneta com polarização dupla, para que a polarização horizontal e vertical possam ser medidas simultaneamente.
O sistema de transmissão deve ser capaz de gerar um nível de potência estável e conhecido. A frequência de saída também deve ser ajustável (selecionável) e razoavelmente estável (estável significa que a frequência que você recebe do transmissor está próxima da frequência desejada e não varia muito com a temperatura). O transmissor deve conter pouquíssima 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 precisa simplesmente determinar quanta potência é recebida da antena de teste. Isso pode ser feito por meio de um medidor de potência simples, que é um dispositivo para medir a potência de RF (radiofrequência) e pode ser conectado diretamente aos terminais da antena por meio 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 da porta 1 e registra a potência recebida na porta 2. Portanto, um VNA é adequado para essa tarefa; no entanto, não é o único método para executá-la.
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 (tipicamente em coordenadas esféricas), precisamos girar a antena de teste para que a antena de origem 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 há muitas maneiras de realizar essa rotação; às vezes, a antena de referência é girada e, às vezes, tanto a antena de referência quanto a AUT são giradas.
Agora que temos todo o equipamento necessário, podemos discutir onde fazer as medições.
Qual é um bom lugar para nossas medições de antena? Talvez você queira fazer isso na sua garagem, mas os reflexos nas paredes, tetos e piso tornariam suas medições imprecisas. O local ideal para realizar medições de antena é em algum lugar no espaço sideral, onde não ocorram reflexos. No entanto, como as viagens espaciais são atualmente proibitivamente caras, vamos nos concentrar em locais de medição na superfície da Terra. Uma Câmara Anecoica pode ser usada para isolar a configuração de teste da antena enquanto absorve a energia refletida com espuma absorvedora de RF.
Faixas de Espaço Livre (Câmaras Anecóicas)
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 o máximo possível. As faixas de espaço livre mais populares são câmaras anecoicas, faixas elevadas e a faixa compacta.
Câmaras Anecóicas
Câmaras anecoicas são antenas internas. As paredes, tetos e pisos são revestidos com material especial para absorção de ondas eletromagnéticas. Estandes internos são desejáveis porque as condições de teste podem ser controladas com muito mais rigor do que em estandes externos. O material também costuma ter formato irregular, o que torna essas câmaras bastante interessantes de se observar. Os triângulos irregulares são projetados de forma que o que é refletido por eles 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, sendo, portanto, ainda mais suprimido. Uma imagem de uma câmara anecoica é mostrada na figura a seguir, juntamente com alguns equipamentos de teste:
(A imagem mostra o teste da antena RFMISO)
A desvantagem das câmaras anecoicas é que elas frequentemente precisam ser bem grandes. Frequentemente, as antenas precisam estar a vários comprimentos de onda de distância uma da outra, no mínimo, para simular condições de campo distante. Portanto, para frequências mais baixas com grandes comprimentos de onda, precisamos de câmaras muito grandes, mas o custo e as restrições práticas frequentemente limitam 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 anecoicas do tamanho de quadras de basquete, embora isso não seja comum. Universidades com câmaras anecoicas normalmente têm câmaras com 3 a 5 metros de comprimento, largura e altura. Devido à restrição de tamanho e porque o material absorvedor de RF normalmente funciona melhor em UHF e acima, as câmaras anecoicas são mais frequentemente usadas para frequências acima de 300 MHz.
Cordilheiras elevadas
Faixas elevadas são faixas externas. Nesta configuração, a fonte e a antena em teste são montadas acima do solo. Essas antenas podem ser instaladas em montanhas, torres, prédios ou onde for considerado adequado. Isso geralmente é feito para antenas muito grandes ou em baixas frequências (VHF e abaixo, <100 MHz), onde as medições em ambientes internos seriam difíceis. 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 elevação mais alta do que a antena de teste; eu apenas a mostrei dessa forma 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 do solo) são indesejáveis. Para alcances elevados, 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. Frequentemente, utiliza-se material absorvedor de RF para essa finalidade, ou outro material que desvie os raios para longe da antena de teste.
Faixas compactas
A antena de origem deve ser posicionada no campo distante da antena de teste. Isso ocorre porque 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 pela antena de origem seja aproximadamente uma onda plana - veja a Figura 3.
Figura 3. Uma antena de fonte irradia uma onda com uma frente de onda esférica.
No entanto, em câmaras internas, muitas vezes não há separação suficiente para atingir esse objetivo. Um método para solucionar esse problema é por meio de um alcance compacto. Nesse método, uma antena fonte é orientada em direção a um refletor, cujo formato é projetado para refletir a onda esférica de maneira aproximadamente plana. Isso é muito semelhante ao princípio de funcionamento de uma antena parabólica. O funcionamento básico é mostrado na Figura 4.
Figura 4. Alcance compacto - as ondas esféricas da antena de origem são refletidas e se tornam planas (colimadas).
O comprimento do refletor parabólico normalmente deve ser várias vezes maior que o da antena de teste. A antena de origem na Figura 4 é deslocada do refletor para que não atrapalhe os raios refletidos. Também é necessário ter cuidado para evitar qualquer radiação direta (acoplamento mútuo) da antena de origem para a antena de teste.
Horário da postagem: 03/01/2024
