AntennaLa misurazione è il processo di valutazione e analisi quantitativa delle prestazioni e delle caratteristiche di un'antenna. Utilizzando apparecchiature di prova e metodi di misurazione specifici, misuriamo il guadagno, il diagramma di radiazione, il rapporto d'onda stazionaria, la risposta in frequenza e altri parametri dell'antenna per verificare se le specifiche di progettazione dell'antenna soddisfano i requisiti, controllarne le prestazioni e fornire suggerimenti per il 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 un'antenna, il dispositivo più fondamentale è il VNA. Il tipo più semplice di VNA è un VNA a 1 porta, in grado di misurare l'impedenza di un'antenna.
Misurare il diagramma di radiazione, il guadagno e l'efficienza di un'antenna è più difficile e richiede molte più attrezzature. Chiameremo l'antenna da misurare AUT, acronimo di Antenna Under Test. Le attrezzature necessarie per le misurazioni dell'antenna includono:
Un'antenna di riferimento - Un'antenna con caratteristiche note (guadagno, diagramma, ecc.)
Un trasmettitore di potenza RF: un modo per iniettare energia nell'AUT [antenna sottoposta a test]
Un sistema ricevitore: determina quanta potenza viene 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 sopra descritta è illustrato nella Figura 1.
Figura 1. Schema dell'attrezzatura necessaria per la misurazione dell'antenna.
Questi componenti saranno brevemente discussi. L'antenna di riferimento dovrebbe ovviamente irradiare bene alla frequenza di prova desiderata. Le antenne di riferimento sono spesso antenne a tromba a doppia polarizzazione, in modo che sia possibile misurare contemporaneamente la polarizzazione orizzontale e quella verticale.
Il sistema di trasmissione dovrebbe essere in grado di fornire un livello di potenza stabile e noto. La frequenza di uscita dovrebbe inoltre essere sintonizzabile (selezionabile) e ragionevolmente stabile (stabile significa che la frequenza ricevuta 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 in corrispondenza delle armoniche, ad esempio).
Il sistema ricevente deve semplicemente determinare la potenza ricevuta dall'antenna di prova. Questo può essere fatto tramite un semplice misuratore di potenza, un dispositivo per misurare la potenza RF (radiofrequenza) e collegabile direttamente ai terminali dell'antenna tramite una linea di trasmissione (come un cavo coassiale con connettori di tipo N o SMA). In genere, il ricevitore è un sistema a 50 Ohm, ma può avere un'impedenza diversa se specificato.
Si noti che il sistema di trasmissione/ricezione viene spesso sostituito da un VNA. Una misura 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 eseguirlo.
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 la illumini da ogni angolazione possibile. Il sistema di posizionamento viene utilizzato a questo scopo. Nella Figura 1, mostriamo la rotazione dell'AUT. Si noti che esistono molti modi per eseguire questa rotazione; a volte viene ruotata l'antenna di riferimento, a volte vengono ruotate sia l'antenna di riferimento che quella dell'AUT.
Ora che abbiamo tutta l'attrezzatura necessaria, possiamo discutere su dove effettuare le misurazioni.
Qual è il posto migliore per le misurazioni dell'antenna? Forse vorresti farlo nel tuo garage, ma i riflessi provenienti da pareti, soffitti e pavimento renderebbero le tue misurazioni imprecise. Il luogo ideale per eseguire le misurazioni dell'antenna è da qualche parte nello spazio, dove non si possono verificare riflessioni. Tuttavia, poiché i viaggi spaziali sono attualmente proibitivi, ci concentreremo su punti di misurazione sulla superficie terrestre. Una camera anecoica può essere utilizzata per isolare la configurazione di test dell'antenna, assorbendo al contempo l'energia riflessa con schiuma assorbente RF.
Camere anecoiche (gamme di spazio libero)
I campi di misura in spazio libero sono punti di misura dell'antenna progettati per simulare le misurazioni che verrebbero eseguite nello spazio. In altre parole, tutte le onde riflesse dagli oggetti vicini e dal terreno (che sono indesiderate) vengono soppresse il più possibile. I campi di misura in spazio libero più comuni sono le camere anecoiche, i campi elevati e i campi compatti.
Camere anecoiche
Le camere anecoiche sono antenne per interni. Pareti, soffitti e pavimento sono rivestiti con uno speciale materiale assorbente per le onde elettromagnetiche. Le camere anecoiche per interni sono preferibili perché le condizioni di test possono essere controllate in modo molto più rigoroso rispetto a quelle per esterni. Il materiale ha spesso anche una forma frastagliata, il che rende queste camere piuttosto interessanti da vedere. Le forme triangolari frastagliate sono progettate in modo che ciò che viene riflesso da esse tenda a diffondersi in direzioni casuali, e ciò che si somma a tutte le riflessioni casuali tenda ad aggiungersi in modo incoerente e quindi venga ulteriormente soppresso. Un'immagine di una camera anecoica è mostrata nella figura 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 tra loro almeno diverse lunghezze d'onda per simulare le condizioni di campo lontano. Pertanto, per frequenze più basse con grandi lunghezze d'onda sono necessarie camere molto grandi, ma i costi e i vincoli pratici spesso ne limitano le dimensioni. È noto che alcune aziende appaltatrici della difesa che misurano la sezione trasversale radar di grandi aerei o altri oggetti dispongono di camere anecoiche delle dimensioni di campi da basket, sebbene ciò non sia comune. Le università dotate di camere anecoiche in genere dispongono di camere di 3-5 metri di lunghezza, larghezza e altezza. A causa dei vincoli di dimensioni e poiché il materiale assorbente RF funziona in genere meglio a UHF e oltre, le camere anecoiche vengono spesso utilizzate per frequenze superiori a 300 MHz.
catene montuose elevate
Le distanze elevate sono distanze esterne. In questa configurazione, la sorgente e l'antenna in prova sono montate sopra il terreno. Queste antenne possono essere installate su montagne, torri, edifici o ovunque sia possibile. Questa soluzione viene spesso utilizzata per antenne di grandi dimensioni o a basse frequenze (VHF e inferiori, <100 MHz), dove le misurazioni in ambienti interni sarebbero difficili. Lo schema di base di una distanza elevata è mostrato in Figura 2.
Figura 2. Illustrazione della portata elevata.
L'antenna sorgente (o antenna di riferimento) non si trova necessariamente a un'altezza maggiore rispetto all'antenna di prova, l'ho appena mostrata in questo modo. La linea di vista (LOS) tra le due antenne (illustrata dal raggio nero in Figura 2) non deve essere ostruita. Tutte le altre riflessioni (come il raggio rosso riflesso dal terreno) sono indesiderate. Per portate elevate, una volta determinata la posizione della sorgente e dell'antenna di prova, gli operatori di prova stabiliscono dove si verificheranno le riflessioni significative e cercano 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 deve essere un'onda piana per la massima precisione. Poiché le antenne irradiano onde sferiche, l'antenna deve essere sufficientemente lontana in modo 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 c'è una separazione sufficiente per raggiungere questo obiettivo. Un metodo per risolvere questo problema è l'utilizzo di un range compatto. 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 di funzionamento di un'antenna parabolica. Il funzionamento di base è illustrato in Figura 4.
Figura 4. Gamma compatta: le onde sferiche provenienti dall'antenna sorgente vengono riflesse e rese planari (collimate).
In genere, si desidera che la lunghezza del riflettore parabolico sia diverse volte superiore a quella dell'antenna di prova. L'antenna sorgente in Figura 4 è decentrata rispetto al riflettore in modo da non ostacolare i raggi riflessi. È inoltre necessario prestare attenzione a evitare qualsiasi radiazione diretta (accoppiamento reciproco) dall'antenna sorgente all'antenna di prova.
Data di pubblicazione: 03-01-2024
