Antennala misurazione è il processo di valutazione e analisi quantitativa delle prestazioni e delle caratteristiche dell'antenna. Utilizzando speciali apparecchiature di prova e metodi di misurazione, misuriamo il guadagno, il diagramma di radiazione, il rapporto delle onde stazionarie, la risposta in frequenza e altri parametri dell'antenna per verificare se le specifiche di progettazione dell'antenna soddisfano i requisiti, controlliamo le prestazioni dell'antenna e fornire suggerimenti di miglioramento. I risultati e i dati delle misurazioni dell'antenna possono essere utilizzati per valutare le prestazioni dell'antenna, ottimizzare i progetti, migliorare le prestazioni del sistema e fornire indicazioni e feedback ai produttori di antenne e agli ingegneri applicativi.
Attrezzatura richiesta per le misurazioni dell'antenna
Per testare l'antenna, il dispositivo fondamentale è il VNA. Il tipo più semplice di VNA è un VNA a 1 porta, che è in grado di misurare l'impedenza di un'antenna.
La misurazione del diagramma di radiazione, del guadagno e dell'efficienza di un'antenna è più difficile e richiede molte più apparecchiature. Chiameremo l'antenna da misurare AUT, che sta per Antenna Under Test. L'attrezzatura richiesta per le misurazioni dell'antenna include:
Un'antenna di riferimento: un'antenna con caratteristiche note (guadagno, modello, ecc.)
Un trasmettitore di potenza RF - Un modo per iniettare energia nell'AUT [Antenna Under Test]
Un sistema di ricezione: determina la quantità di potenza ricevuta dall'antenna di riferimento
Un sistema di posizionamento - Questo sistema viene utilizzato per ruotare l'antenna di prova rispetto all'antenna sorgente, per misurare il diagramma di radiazione in funzione dell'angolo.
Uno schema a blocchi dell'apparecchiatura di cui sopra è mostrato nella Figura 1.
Figura 1. Schema dell'attrezzatura di misurazione dell'antenna richiesta.
Questi componenti verranno brevemente discussi. L'antenna di riferimento dovrebbe ovviamente irradiare bene alla frequenza di test desiderata. Le antenne di riferimento sono spesso antenne a tromba a doppia polarizzazione, in modo che la polarizzazione orizzontale e verticale possano essere misurate contemporaneamente.
Il sistema di trasmissione dovrebbe essere in grado di emettere un livello di potenza noto stabile. Anche la frequenza di uscita dovrebbe essere sintonizzabile (selezionabile) e ragionevolmente stabile (stabile significa che la frequenza ottenuta dal trasmettitore è vicina alla frequenza desiderata e non varia molto con la temperatura). Il trasmettitore dovrebbe contenere pochissima energia a tutte le altre frequenze (ci sarà sempre un po' di energia al di fuori della frequenza desiderata, ma non dovrebbe esserci molta energia alle armoniche, per esempio).
Il sistema di ricezione deve semplicemente determinare quanta potenza viene ricevuta dall'antenna di prova. Questo può essere fatto tramite un semplice misuratore di potenza, che è un dispositivo per misurare la potenza RF (radiofrequenza) e può essere collegato direttamente ai terminali dell'antenna tramite una linea di trasmissione (come un cavo coassiale con connettori di tipo N o SMA). Tipicamente il ricevitore è un sistema da 50 Ohm, ma può avere un'impedenza diversa se specificato.
Si noti che il sistema di trasmissione/ricezione è spesso sostituito da un VNA. Una misurazione S21 trasmette una frequenza dalla porta 1 e registra la potenza ricevuta sulla porta 2. Pertanto, un VNA è adatto a questo compito; tuttavia non è l'unico metodo per eseguire questa attività.
Il sistema di posizionamento controlla l'orientamento dell'antenna di prova. Poiché vogliamo misurare il diagramma di radiazione dell'antenna di prova in funzione dell'angolo (tipicamente in coordinate sferiche), dobbiamo ruotare l'antenna di prova in modo che l'antenna sorgente illumini l'antenna di prova da ogni angolazione possibile. A questo scopo viene utilizzato il sistema di posizionamento. Nella Figura 1, mostriamo la rotazione dell'AUT. Tieni presente che esistono molti modi per eseguire questa rotazione; a volte viene ruotata l'antenna di riferimento e talvolta vengono ruotate sia l'antenna di riferimento che quella AUT.
Ora che abbiamo tutta l'attrezzatura necessaria, possiamo discutere dove effettuare le misurazioni.
Qual è un buon posto per le misurazioni della nostra antenna? Forse ti piacerebbe farlo nel tuo garage, ma i riflessi delle pareti, dei soffitti e del pavimento renderebbero le tue misurazioni imprecise. Il luogo ideale per eseguire misurazioni dell'antenna è da qualche parte nello spazio esterno, dove non possono verificarsi riflessioni. Tuttavia, poiché i viaggi spaziali sono attualmente proibitivi, ci concentreremo sui luoghi di misurazione che si trovano sulla superficie della Terra. Una camera anecoica può essere utilizzata per isolare la configurazione di test dell'antenna assorbendo l'energia riflessa con schiuma assorbente RF.
Gamme di spazio libero (camere anecoiche)
Le portate nello spazio libero sono posizioni di misurazione dell'antenna progettate per simulare le misurazioni che verrebbero eseguite nello spazio. Cioè, tutte le onde riflesse dagli oggetti vicini e dal suolo (che sono indesiderabili) vengono soppresse il più possibile. Le gamme per spazio libero più popolari sono le camere anecoiche, le gamme elevate e la gamma compatta.
Camere anecoiche
Le camere anecoiche sono gamme di antenne interne. Le pareti, i soffitti e il pavimento sono rivestiti con uno speciale materiale che assorbe le onde elettromagnetiche. I campi indoor sono desiderabili perché le condizioni di test possono essere controllate molto più strettamente rispetto a quelle dei campi outdoor. Anche il materiale ha spesso una forma frastagliata, rendendo queste camere piuttosto interessanti da vedere. Le forme triangolari frastagliate sono progettate in modo tale che ciò che viene riflesso da esse tende a diffondersi in direzioni casuali, e ciò che viene sommato da tutte le riflessioni casuali tende ad aggiungersi in modo incoerente e viene quindi ulteriormente soppresso. L'immagine di una camera anecoica è mostrata nell'immagine seguente, insieme ad alcune apparecchiature di prova:
(L'immagine mostra il test dell'antenna RFMISO)
Lo svantaggio delle camere anecoiche è che spesso devono essere piuttosto grandi. Spesso le antenne devono essere distanti almeno diverse lunghezze d'onda l'una dall'altra per simulare le condizioni di campo lontano. Quindi, per le frequenze più basse con grandi lunghezze d’onda abbiamo bisogno di camere molto grandi, ma i costi e i vincoli pratici spesso ne limitano le dimensioni. È noto che alcune società appaltatrici della difesa che misurano la sezione trasversale radar di grandi aeroplani o altri oggetti hanno camere anecoiche delle dimensioni di campi da basket, sebbene questo non sia normale. Le università con camere anecoiche hanno tipicamente camere di 3-5 metri di lunghezza, larghezza e altezza. A causa dei vincoli dimensionali e poiché il materiale assorbente RF in genere funziona meglio a UHF e superiori, le camere anecoiche vengono spesso utilizzate per frequenze superiori a 300 MHz.
Intervalli elevati
Le gamme elevate sono gamme esterne. In questa configurazione, la sorgente e l'antenna in prova sono montate sopra il suolo. Queste antenne possono trovarsi su montagne, torri, edifici o ovunque si ritenga opportuno. Questo viene spesso fatto per antenne molto grandi o a basse frequenze (VHF e inferiori, <100 MHz) dove le misurazioni interne sarebbero difficili. Lo schema di base di un intervallo elevato è mostrato nella Figura 2.
Figura 2. Illustrazione della portata elevata.
L'antenna sorgente (o antenna di riferimento) non è necessariamente ad un'altitudine maggiore rispetto all'antenna di prova, l'ho semplicemente mostrata in questo modo qui. La linea di vista (LOS) tra le due antenne (illustrata dal raggio nero nella Figura 2) non deve essere ostruita. Tutti gli altri riflessi (come il raggio rosso riflesso dal suolo) sono indesiderabili. Per portate elevate, una volta determinata la sorgente e la posizione dell'antenna di prova, gli operatori di prova determinano quindi dove si verificheranno le riflessioni significative e tentano di ridurre al minimo le riflessioni da queste superfici. Spesso a questo scopo viene utilizzato materiale assorbente RF o altro materiale che devia i raggi lontano dall'antenna di prova.
Gamme compatte
L'antenna sorgente deve essere posizionata nel campo lontano dell'antenna di prova. Il motivo è che l'onda ricevuta dall'antenna di prova dovrebbe essere un'onda piana per la massima precisione. Poiché le antenne irradiano onde sferiche, l'antenna deve essere sufficientemente lontana in modo tale che l'onda irradiata dall'antenna sorgente sia approssimativamente un'onda piana - vedere Figura 3.
Figura 3. Un'antenna sorgente irradia un'onda con un fronte d'onda sferico.
Tuttavia, per le camere interne spesso non esiste una separazione sufficiente per raggiungere questo obiettivo. Un metodo per risolvere questo problema è tramite una gamma compatta. In questo metodo, un'antenna sorgente è orientata verso un riflettore, la cui forma è progettata per riflettere l'onda sferica in modo approssimativamente planare. Questo è molto simile al principio su cui funziona un'antenna parabolica. Il funzionamento di base è mostrato nella Figura 4.
Figura 4. Gamma compatta: le onde sferiche provenienti dall'antenna sorgente vengono riflesse per essere planari (collimate).
Si desidera tipicamente che la lunghezza del riflettore parabolico sia parecchie volte più grande dell'antenna di prova. L'antenna sorgente nella Figura 4 è spostata rispetto al riflettore in modo che non ostacoli i raggi riflessi. È inoltre necessario prestare attenzione per mantenere qualsiasi radiazione diretta (mutuo accoppiamento) dall'antenna sorgente all'antenna di prova.
Orario di pubblicazione: 03 gennaio 2024
