En el campo de las comunicaciones inalámbricas, el rendimiento de la antena es crucial para el éxito de cualquier enlace del sistema. La cámara anecoica sirve como entorno de prueba profesional y es el único lugar para la medición precisa de la ganancia de antena y el patrón de radiación . Este artículo profundizará en los principios básicos de las mediciones con cámara anecoica, proporcionará un procedimiento operativo completo y práctico y analizará las técnicas clave necesarias para garantizar la precisión y confiabilidad de las mediciones, ayudando a que los datos de su producto alcancen una mayor profesionalidad y autoridad.
¿Por qué es esencial una cámara anecoica para la medición de antenas?
La medición precisa de la ganancia de la antena y los patrones de radiación en un entorno del mundo real requiere la eliminación de todas las posibles interferencias y la simulación de un entorno ideal en el espacio libre.
1. Eliminación de interferencias electromagnéticas externas (EMI)
Las paredes, el techo y el suelo de la cámara anecoica están envueltos por una capa protectora metálica (normalmente una estructura de jaula de Faraday). Esta estructura aísla eficazmente las ondas electromagnéticas externas y las interferencias de radiofrecuencia (RFI), lo que garantiza que el entorno de prueba tenga un ruido de fondo extremadamente bajo para que los resultados de las mediciones reflejen solo el rendimiento real de la antena bajo prueba (AUT).
2. Simulación del espacio libre ideal
El interior de la cámara anecoica está revestido con una gran cantidad de material absorbente , típicamente estructuras piramidales o en forma de cuña hechas de espuma de poliuretano cargada de carbono. Estos materiales maximizan la absorción de ondas electromagnéticas incidentes, eliminando así los reflejos de las paredes, el suelo y el techo. Esto simula eficazmente el entorno operativo de la antena en un espacio libre ideal y evita que el desvanecimiento por trayectos múltiples interfiera con los datos de medición.
Principios básicos de medición: ganancia y patrón de radiación
Una comprensión profunda del significado físico y los métodos de medición de estas dos métricas es fundamental para las operaciones prácticas.
1. Principio de medición de ganancia de antena
La ganancia de antena es una medida de la capacidad de una antena para concentrar la potencia de entrada en una dirección específica. Representa directividad, no amplificación de energía.
Definición: La ganancia de antena (G) se define como la relación entre la densidad de potencia producida por la antena en su dirección de radiación máxima en comparación con una antena de referencia (generalmente una antena isotrópica ideal). La unidad suele ser dBi.
Método de sustitución: este es el método más utilizado y de mayor precisión. Primero, se mide la potencia recibida por una bocina de ganancia estándar (SGH). Luego, la SGH se reemplaza por la Antena bajo prueba (AUT) y, manteniendo constantes todas las demás condiciones, se mide la potencia recibida por la AUT. Comparando los dos conjuntos de datos, se puede derivar la ganancia del AUT.
Base teórica: La base teórica para el cálculo de la ganancia es la fórmula de transmisión de Friis , que describe la relación de potencia transferida entre dos antenas.
donde Pr y Pt son la potencia recibida y transmitida, Gt y Gr son las ganancias de las antenas transmisora y receptora, λ es la longitud de onda y R es la distancia entre las antenas.
2. Principio de medición del patrón de radiación
El patrón de radiación representa la distribución relativa de la energía irradiada o recibida por la antena en diferentes direcciones en el espacio. Es una representación visual de la directividad de la antena.
Núcleo de medición: el sistema de medición gira el posicionador que lleva la antena bajo prueba (AUT) mientras registra simultáneamente la intensidad de la señal recibida por la antena receptora en cada punto angular.
Parámetros clave: El análisis del patrón de radiación arroja varios parámetros importantes:
Ancho de haz a media potencia (HPBW): el ancho angular donde la amplitud del lóbulo principal cae a la mitad de su valor máximo (-3 dB).
Nivel de lóbulo lateral (SLL): la relación entre la potencia máxima del lóbulo lateral y la potencia máxima del lóbulo principal.
Polarización: Medida de la respuesta de la antena a diferentes direcciones de polarización.
Procedimiento de operación práctica: el protocolo de medición de cámara de ocho pasos
Una medición de antena estándar y precisa requiere un estricto cumplimiento de los siguientes pasos para garantizar la precisión y repetibilidad de los datos.
Calibración y configuración del instrumento: se realiza una estricta calibración del parámetro S de equipos como el analizador vectorial de redes (VNA) para garantizar la coincidencia de impedancia en los puertos de medición.
Determinación de las condiciones de campo lejano: Asegúrese de que la distancia de prueba R satisfaga la condición de campo lejano R ≥ 2D2 /λ . Este es un requisito previo para obtener patrones de radiación y ganancia precisos.
Instalación de la antena bajo prueba (AUT): monte la AUT en el posicionador utilizando materiales de soporte constantes de bajo dieléctrico, asegurándose de que el centro de fase de la antena esté alineado con precisión con el centro de rotación del posicionador.
Configuración y calibración de bocina de ganancia estándar (SGH): El SGH sirve como punto de referencia; se instala con precisión y sus datos de ganancia conocidos se ingresan en el software de medición.
Adquisición de datos del patrón de radiación: establezca el tamaño del paso de rotación. El posicionador comienza a girar a lo largo de los ejes de azimut y elevación, y el sistema registra automáticamente la potencia de la señal recibida, recopilando datos para al menos dos planos mutuamente perpendiculares.
Cálculo de ganancia de antena: el software calcula automáticamente la ganancia absoluta del AUT utilizando los datos de potencia recibidos del método de sustitución, combinados con la fórmula de transmisión de Friis y la ganancia conocida del SGH.
Postprocesamiento y análisis de datos: los datos sin procesar se suavizan y corrigen (por ejemplo, por pérdida de cable). Los parámetros clave como HPBW, SLL y FBR se extraen automáticamente.
Generación de un informe de medición profesional: todos los parámetros de medición, detalles de configuración, condiciones de prueba, estado de calibración del equipo, etc., se integran para formar un informe profesional completo y rastreable.
Desafíos y soluciones: garantizar la precisión y confiabilidad de las mediciones
Incluso en una cámara anecoica ideal, garantizar que los datos finales de medición de la antena sean precisos y confiables requiere un manejo técnico especializado y un estricto control de calidad.
1. Eliminación de pérdidas de cables y conectores
Desafío: Los cables y conectores de alimentación introducen atenuación (pérdida) de la señal, lo que puede afectar la precisión del valor de ganancia.
Solución: Las operaciones de calibración y desintegración del puerto se deben realizar utilizando el VNA. Al medir con precisión la pérdida del cable a la frecuencia operativa y restarla del resultado final, se garantiza que los datos de ganancia reflejen el rendimiento intrínseco de la antena.
2. Error de campo lejano y corrección de campo cercano
Desafío: Para antenas grandes o mediciones de baja frecuencia, satisfacer estrictamente la condición de campo lejano puede requerir un espacio de cámara poco práctico.
Soluciones:
Sistema de prueba de antena de alcance compacto: utiliza un reflector parabólico para dar forma al haz de una fuente de campo cercano en una onda casi plana, simulando condiciones de campo lejano dentro de una cámara anecoica más pequeña.
Transformación de campo cercano a campo lejano (NF-FF): si solo es factible la medición de campo cercano debido a las limitaciones de la cámara, se utilizan algoritmos matemáticos complejos (como escaneo de campo cercano plano, cilíndrico o esférico) para calcular y derivar el patrón de radiación de campo lejano y la ganancia equivalentes.
3. Prevención de la dispersión del posicionador y de la estructura de soporte
Desafío: Los componentes metálicos utilizados para sostener y girar el AUT pueden dispersar ondas electromagnéticas, distorsionando el patrón de radiación.
Soluciones:
Utilice de baja constante dieléctrica y bajas pérdidas materiales de poliestireno o espuma como estructuras de soporte de antena.
Utilice la técnica de sustracción de fondo de la cámara anecoica : primero se mide el campo de fondo (solo con el soporte y el posicionador) y luego se resta de la medición de la antena para purificar los datos.
Conclusión y llamado a la acción
La medición precisa del rendimiento de la antena es la piedra angular para garantizar que sus productos inalámbricos tengan éxito en el mercado. Estamos bien versados en superar diversos desafíos de prueba, garantizando que los datos que recibe sean creíbles, rastreables y cumplan con los estándares internacionales.
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