AntenaA medição é o processo de avaliação e análise quantitativa do desempenho e das características de uma antena. Utilizando equipamentos de teste e métodos de medição específicos, medimos o ganho, o padrão de radiação, a taxa de ondas estacionárias, a resposta em frequência e outros parâmetros da antena para verificar se as especificações do projeto atendem aos requisitos, avaliar o desempenho da antena e fornecer sugestões de melhoria. Os resultados e dados das medições podem ser usados para avaliar o desempenho da antena, otimizar projetos, aprimorar 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 antenas, o dispositivo mais fundamental é o VNA (Analisador de Redes Vetorial). O tipo mais simples de VNA é o de 1 porta, 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 antenas incluem:
Uma antena de referência é uma antena com características conhecidas (ganho, padrão de radiação, etc.).
Um transmissor de potência de RF - Uma forma de injetar energia na AUT [Antena em Teste]
Um sistema receptor — Este sistema determina quanta energia é recebida pela antena de referência.
Sistema de posicionamento - Este sistema é utilizado para girar a antena de teste em relação à antena de origem, a fim de medir o padrão de radiação em função do ângulo.
O diagrama de blocos do equipamento acima descrito é mostrado na Figura 1.
Figura 1. Diagrama do equipamento necessário para medição de antenas.
Esses componentes serão brevemente discutidos. A antena de referência deve, naturalmente, irradiar bem na frequência de teste desejada. As antenas de referência são frequentemente antenas de corneta de dupla polarização, permitindo que as polarizações horizontal e vertical sejam medidas simultaneamente.
O sistema de transmissão deve ser capaz de emitir um nível de potência estável e conhecido. A frequência de saída também deve ser ajustável (selecionável) e razoavelmente estável (estável significa que a frequência obtida do transmissor está próxima da frequência desejada e 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 de recepção precisa simplesmente determinar quanta potência é recebida da antena de teste. Isso pode ser feito por meio de um medidor de potência simples, um dispositivo para medir a potência de RF (radiofrequência) que 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 ohms, mas pode ter uma impedância diferente, se especificada.
Note que o sistema de transmissão/recepção é frequentemente substituído por um VNA (Analisador de Redes Vetorial). Uma medição S21 transmite uma frequência pela porta 1 e registra a potência recebida na porta 2. Portanto, um VNA é bastante adequado para essa tarefa; no entanto, não é o único método para realizá-la.
O Sistema de Posicionamento controla a orientação da antena de teste. Como desejamos medir o padrão de radiação da antena de teste em função do ângulo (tipicamente em coordenadas esféricas), precisamos rotacioná-la de forma que a antena de fonte a ilumine de todos os ângulos possíveis. O sistema de posicionamento é utilizado para essa finalidade. Na Figura 1, mostramos a antena sob teste (AUT) sendo rotacionada. Observe que existem várias maneiras de realizar essa rotação; às vezes, a antena de referência é rotacionada e, outras vezes, ambas as antenas, de referência e da AUT, são rotacionadas.
Agora que temos todo o equipamento necessário, podemos discutir onde fazer as medições.
Qual seria um bom local para realizar as medições da nossa antena? Talvez você queira fazer isso na sua garagem, mas os reflexos das paredes, teto e chão tornariam as medições imprecisas. O local ideal para realizar medições de antena seria em algum lugar no espaço sideral, onde não ocorrem 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, absorvendo a energia refletida com espuma absorvente de radiofrequência.
Campos de tiro em espaço livre (câmaras anecoicas)
Os campos de medição em espaço livre são locais de medição de antenas projetados para simular medições que seriam realizadas no espaço. Ou seja, todas as ondas refletidas por objetos próximos e pelo solo (que são indesejáveis) são suprimidas ao máximo. Os campos de medição em espaço livre mais populares são as câmaras anecoicas, os campos elevados e os campos compactos.
Câmaras anecoicas
As câmaras anecoicas são campos de antenas internos. As paredes, o teto e o piso são revestidos com um material especial absorvente de ondas eletromagnéticas. Os campos internos são desejáveis porque as condições de teste podem ser controladas com muito mais precisão do que em campos externos. O material também costuma ter um formato irregular, o que torna essas câmaras bastante interessantes de se observar. Os formatos triangulares irregulares são projetados para que o que é refletido por eles tenda a se espalhar em direções aleatórias, e o que é somado de todas as reflexões aleatórias tende a se somar de forma incoerente e, portanto, é 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 geralmente precisam ser bastante grandes. Muitas vezes, as antenas precisam estar separadas por várias vezes o comprimento de onda, no mínimo, para simular as 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 geralmente limitam seu tamanho. Sabe-se que algumas empresas contratadas pela área de defesa, que medem a Seção Transversal de Radar (RCS) de grandes aviões ou outros objetos, possuem 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 ao fato de o material absorvente de radiofrequência geralmente funcionar melhor em UHF e frequências mais altas, as câmaras anecoicas são mais frequentemente usadas para frequências acima de 300 MHz.
Cordilheiras elevadas
Os testes em campo elevado são testes realizados ao ar livre. Nesse tipo de configuração, a fonte e a antena em teste são montadas acima do solo. Essas antenas podem estar em montanhas, torres, edifícios ou em qualquer outro local adequado. Isso geralmente é feito para antenas muito grandes ou em frequências baixas (VHF e abaixo, <100 MHz), onde medições em ambientes internos seriam inviáveis. O diagrama básico de um teste em campo elevado é mostrado na Figura 2.
Figura 2. Ilustração da faixa elevada.
A antena emissora (ou antena de referência) não precisa estar necessariamente em uma elevação maior que a antena de teste; esta é apenas uma representação ilustrativa. A linha de visada (LOS) entre as duas antenas (ilustrada pelo raio preto na Figura 2) deve estar desobstruída. Todas as outras reflexões (como o raio vermelho refletido pelo solo) são indesejáveis. Para campos de teste em altitudes elevadas, após a determinação da localização da antena emissora e da antena de teste, os operadores determinam onde ocorrerão as reflexões significativas e tentam minimizá-las nessas superfícies. Frequentemente, utiliza-se material absorvente de radiofrequência para esse fim, ou outro material que desvie os raios da antena de teste.
Gama compacta
A antena emissora 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 emissora seja aproximadamente plana – veja a Figura 3.
Figura 3. Uma antena emissora 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 o uso de uma antena compacta. Nesse método, uma antena emissora 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 tornam-se planas (colimadas).
O comprimento do refletor parabólico geralmente deve ser várias vezes maior que o da antena de teste. A antena emissora na Figura 4 está posicionada deslocada em relação ao refletor para não interferir nos raios refletidos. Deve-se também tomar cuidado para evitar qualquer radiação direta (acoplamento mútuo) da antena emissora para a antena de teste.
Data da publicação: 03/01/2024
