Nel campo della comunicazione wireless, le prestazioni dell'antenna sono cruciali per il successo di qualsiasi collegamento di sistema. La camera anecoica funge da ambiente di test professionale ed è l'unico luogo per la misurazione precisa del guadagno dell'antenna e del diagramma di radiazione . Questo articolo approfondirà i principi fondamentali delle misurazioni in camera anecoica, fornirà una procedura operativa completa e pratica e discuterà le tecniche chiave necessarie per garantire l'accuratezza e l'affidabilità delle misurazioni, aiutando i dati dei prodotti a raggiungere maggiore professionalità e autorità.
Perché una camera anecoica è essenziale per la misurazione dell'antenna?
La misurazione precisa del guadagno dell'antenna e dei modelli di radiazione in un ambiente reale richiede l'eliminazione di tutte le potenziali interferenze e la simulazione di un ambiente ideale di spazio libero.
1. Eliminazione delle interferenze elettromagnetiche esterne (EMI)
Le pareti, il soffitto e il pavimento della camera anecoica sono avvolti da uno strato schermante metallico (tipicamente una struttura a gabbia di Faraday). Questa struttura isola efficacemente le onde elettromagnetiche esterne e le interferenze in radiofrequenza (RFI), garantendo che l'ambiente di test abbia un rumore di fondo estremamente basso in modo che i risultati della misurazione riflettano solo le reali prestazioni dell'Antenna in prova (AUT).
2. Simulazione dello spazio libero ideale
L'interno della camera anecoica è rivestito con una grande quantità di materiale assorbente , tipicamente strutture piramidali o a forma di cuneo realizzate in schiuma poliuretanica caricata con carbonio. Questi materiali massimizzano l'assorbimento delle onde elettromagnetiche incidenti, eliminando così i riflessi dalle pareti, dal pavimento e dal soffitto. Ciò simula efficacemente l'ambiente operativo dell'antenna nello spazio libero ideale e impedisce al Multipath Fading di interferire con i dati di misurazione.
Principi fondamentali di misurazione: guadagno e diagramma di radiazione
Una comprensione approfondita del significato fisico e dei metodi di misurazione di questi due parametri è fondamentale per le operazioni pratiche.
1. Principio di misurazione del guadagno dell'antenna
Il guadagno dell'antenna è una misura della capacità di un'antenna di concentrare la potenza in ingresso in una direzione specifica. Rappresenta la direttività, non l'amplificazione dell'energia.
Definizione: il guadagno dell'antenna (G) è definito come il rapporto tra la densità di potenza prodotta dall'antenna nella sua direzione di radiazione massima rispetto a un'antenna di riferimento (solitamente un'antenna isotropa ideale). L'unità è tipicamente dBi.
Metodo di sostituzione: questo è il metodo più comunemente utilizzato e altamente accurato. Per prima cosa viene misurata la potenza ricevuta da una tromba a guadagno standard (SGH). Quindi, l'SGH viene sostituito dall'Antenna Under Test (AUT) e, mantenendo tutte le altre condizioni costanti, viene misurata la potenza ricevuta dall'AUT. Confrontando i due set di dati, è possibile ricavare il guadagno dell'AUT.
Base teorica: La base teorica per il calcolo del guadagno è la formula di trasmissione di Friis , che descrive il rapporto di potenza trasferito tra due antenne.
dove Pr e Pt sono la potenza ricevuta e trasmessa, Gt e Gr sono i guadagni dell'antenna trasmittente e ricevente, λ è la lunghezza d'onda e R è la distanza tra le antenne.
2. Principio di misurazione del diagramma di radiazione
Il diagramma di radiazione rappresenta la distribuzione della forza relativa dell'energia irradiata o ricevuta dall'antenna in diverse direzioni nello spazio. È una rappresentazione visiva della direttività dell'antenna.
Nucleo di misurazione: il sistema di misurazione ruota il posizionatore che trasporta l'antenna in prova (AUT) registrando contemporaneamente l'intensità del segnale ricevuto dall'antenna ricevente in ciascun punto angolare.
Parametri chiave: l'analisi del modello di radiazione fornisce diversi parametri importanti:
Half-Power Beamwidth (HPBW): la larghezza angolare in cui l'ampiezza del lobo principale scende a metà del suo valore massimo (-3 dB).
Livello del lobo laterale (SLL): il rapporto tra la potenza massima del lobo laterale e la potenza massima del lobo principale.
Polarizzazione: misurazione della risposta dell'antenna alle diverse direzioni di polarizzazione.
Procedura operativa pratica: il protocollo di misurazione della camera in otto fasi
Una misurazione standard e precisa dell'antenna richiede il rigoroso rispetto dei seguenti passaggi per garantire l'accuratezza e la ripetibilità dei dati.
Calibrazione e impostazione dello strumento: viene eseguita una rigorosa calibrazione dei parametri S di apparecchiature come il Vector Network Analyser (VNA) per garantire la corrispondenza dell'impedenza alle porte di misurazione.
Determinazione delle condizioni di campo lontano: assicurarsi che la distanza di prova R soddisfi la condizione di campo lontano R ≥ 2D2 /λ . Questo è un prerequisito per ottenere diagrammi di guadagno e radiazione accurati.
Installazione dell'antenna sotto test (AUT): montare l'AUT sul posizionatore utilizzando materiali di supporto a bassa costante dielettrica, assicurandosi che il centro di fase dell'antenna sia esattamente allineato con il centro di rotazione del posizionatore.
Impostazione e calibrazione della tromba a guadagno standard (SGH): SGH funge da punto di riferimento; è installato con precisione e i suoi dati di guadagno noti vengono immessi nel software di misurazione.
Acquisizione dati modello di radiazione: impostare la dimensione del passo di rotazione. Il posizionatore inizia a ruotare lungo gli assi di azimut ed elevazione e il sistema registra automaticamente la potenza del segnale ricevuto, raccogliendo dati per almeno due piani reciprocamente perpendicolari.
Calcolo del guadagno dell'antenna: il software calcola automaticamente il guadagno assoluto dell'AUT utilizzando i dati di potenza ricevuti dal metodo di sostituzione, combinati con la formula di trasmissione di Friis e il guadagno noto dell'SGH.
Post-elaborazione e analisi dei dati: i dati grezzi vengono livellati e corretti (ad esempio, per la perdita del cavo). I parametri chiave come HPBW, SLL e FBR vengono estratti automaticamente.
Generazione di un rapporto di misurazione professionale: tutti i parametri di misurazione, i dettagli di configurazione, le condizioni di test, lo stato di calibrazione dell'apparecchiatura, ecc., sono integrati per formare un rapporto professionale completo e tracciabile.
Sfide e soluzioni: garantire accuratezza e affidabilità delle misurazioni
Anche in una camera anecoica ideale, garantire che i dati finali di misurazione dell'antenna siano accurati e affidabili richiede una gestione tecnica specializzata e un rigoroso controllo di qualità.
1. Eliminazione della perdita di cavi e connettori
La sfida: i cavi e i connettori di alimentazione introducono un'attenuazione (perdita) del segnale, che può influenzare la precisione del valore del guadagno.
Soluzione: le operazioni di calibrazione e de-embedding della porta devono essere eseguite utilizzando il VNA. Misurando accuratamente la perdita del cavo alla frequenza operativa e sottraendola dal risultato finale, si garantisce che i dati di guadagno riflettano le prestazioni intrinseche dell'antenna.
2. Errore di campo lontano e correzione di campo vicino
La sfida: per antenne di grandi dimensioni o misurazioni a bassa frequenza, soddisfare rigorosamente le condizioni di campo lontano può richiedere uno spazio della camera poco pratico.
Soluzioni:
Sistema di test per antenne a portata compatta: utilizza un riflettore parabolico per modellare il raggio da una sorgente di campo vicino in un'onda quasi piana, simulando condizioni di campo lontano all'interno di una camera anecoica più piccola.
Trasformazione da campo vicino a campo lontano (NF-FF): se solo la misurazione del campo vicino è fattibile a causa dei vincoli della camera, vengono utilizzati algoritmi matematici complessi (come la scansione planare, cilindrica o sferica del campo vicino) per calcolare e derivare il modello e il guadagno di radiazione in campo lontano equivalenti.
3. Prevenire la dispersione del posizionatore e della struttura di supporto
La sfida: i componenti metallici utilizzati per supportare e ruotare l’AUT possono diffondere le onde elettromagnetiche, distorcendo il modello di radiazione.
Soluzioni:
Utilizzare materiali a bassa costante dielettrica, schiuma a bassa perdita o polistirolo come strutture di supporto dell'antenna.
Utilizzare la tecnica di sottrazione dello sfondo della camera anecoica : il campo dello sfondo (solo con il supporto e il posizionatore) viene misurato per primo, quindi sottratto dalla misurazione dell'antenna per purificare i dati.
Conclusione e invito all'azione
La misurazione accurata delle prestazioni dell'antenna è la pietra angolare per garantire il successo dei tuoi prodotti wireless sul mercato. Siamo esperti nel superare varie sfide di test, garantendo che i dati ricevuti siano credibili, tracciabili e conformi agli standard internazionali.
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