No campo da comunicação sem fio, o desempenho da antena é crucial para o sucesso de qualquer link de sistema. A Câmara Anecóica serve como ambiente de teste profissional e é o único local para a medição precisa do ganho da antena e do padrão de radiação . Este artigo se aprofundará nos princípios básicos das medições em câmaras anecóicas, fornecerá um procedimento operacional completo e prático e discutirá as principais técnicas necessárias para garantir a precisão e a confiabilidade da medição, ajudando os dados do seu produto a alcançar maior profissionalismo e autoridade.
Por que uma câmara anecóica é essencial para medição de antenas?
A medição precisa do ganho da antena e dos padrões de radiação em um ambiente do mundo real exige a eliminação de todas as interferências potenciais e a simulação de um ambiente de espaço livre ideal.
1. Eliminação de interferência eletromagnética externa (EMI)
As paredes, o teto e o piso da câmara anecóica são envoltos por uma camada metálica de proteção (normalmente uma estrutura de gaiola de Faraday). Essa estrutura isola efetivamente ondas eletromagnéticas externas e interferência de radiofrequência (RFI), garantindo que o ambiente de teste tenha ruído de fundo extremamente baixo para que os resultados da medição reflitam apenas o verdadeiro desempenho da Antena em Teste (AUT).
2. Simulação de Espaço Livre Ideal
O interior da câmara anecóica é revestido com uma grande quantidade de Material Absorvente , tipicamente estruturas piramidais ou em forma de cunha feitas de espuma de poliuretano carregada de carbono. Esses materiais maximizam a absorção de ondas eletromagnéticas incidentes, eliminando assim os reflexos das paredes, piso e teto. Isso simula efetivamente o ambiente operacional da antena no espaço livre ideal e evita que o Multipath Fading interfira nos dados de medição.
Princípios Básicos de Medição: Padrão de Ganho e Radiação
Uma compreensão completa do significado físico e dos métodos de medição dessas duas métricas é fundamental para as operações práticas.
1. Princípio de medição de ganho de antena
O ganho da antena é uma medida da capacidade de uma antena de concentrar a potência de entrada em uma direção específica. Representa diretividade, não amplificação de energia.
Definição: O ganho da antena (G) é definido como a razão entre a densidade de potência produzida pela antena em sua direção de radiação máxima em comparação com uma antena de referência (geralmente uma antena isotrópica ideal). A unidade normalmente é dBi.
Método de Substituição: Este é o método mais comumente usado e altamente preciso. Primeiro, a potência recebida por uma buzina de ganho padrão (SGH) é medida. Em seguida, o SGH é substituído pela Antena em Teste (AUT), e com todas as outras condições mantidas constantes, a potência recebida pelo AUT é medida. Ao comparar os dois conjuntos de dados, o ganho do AUT pode ser derivado.
Base Teórica: A base teórica para cálculo de ganho é a Fórmula de Transmissão de Friis , que descreve a relação de potência transferida entre duas antenas.
onde Pr e Pt são a potência recebida e transmitida, Gt e Gr são os ganhos da antena de transmissão e recepção, λ é o comprimento de onda e R é a distância entre as antenas.
2. Princípio de Medição de Padrão de Radiação
O padrão de radiação representa a distribuição da força relativa da energia irradiada ou recebida pela antena em diferentes direções no espaço. É uma representação visual da diretividade da antena.
Núcleo de Medição: O sistema de medição gira o posicionador que transporta a Antena em Teste (AUT) enquanto registra simultaneamente a intensidade do sinal recebido pela antena receptora em cada ponto angular.
Parâmetros principais: A análise do padrão de radiação produz vários parâmetros importantes:
Largura de feixe de meia potência (HPBW): A largura angular onde a amplitude do lóbulo principal cai para metade do seu valor máximo (-3dB).
Nível do lóbulo lateral (SLL): A relação entre a potência máxima do lóbulo lateral e a potência máxima do lóbulo principal.
Polarização: Medição da resposta da antena a diferentes direções de polarização.
Procedimento Prático de Operação: O Protocolo de Medição de Câmara em Oito Passos
Uma medição precisa e padrão da antena requer o cumprimento estrito das etapas a seguir para garantir a precisão e a repetibilidade dos dados.
Calibração e configuração do instrumento: A calibração rigorosa do parâmetro S de equipamentos como o Analisador de Rede Vetorial (VNA) é realizada para garantir a correspondência de impedância nas portas de medição.
Determinação das condições de campo distante: Certifique-se de que a distância de teste R satisfaça a condição de campo distante R ≥ 2D2 /λ . Este é um pré-requisito para obter padrões precisos de ganho e radiação.
Instalação da antena em teste (AUT): Monte a AUT no posicionador usando materiais de suporte de baixa dielétrica constante, garantindo que o centro de fase da antena esteja precisamente alinhado com o centro de rotação do posicionador.
Configuração e calibração do Standard Gain Horn (SGH): O SGH serve como referência; ele é instalado com precisão e seus dados de ganho conhecidos são inseridos no software de medição.
Aquisição de dados de padrão de radiação: Defina o tamanho do passo de rotação. O posicionador começa a girar ao longo dos eixos de azimute e elevação, e o sistema registra automaticamente a potência do sinal recebido, coletando dados para pelo menos dois planos perpendiculares entre si.
Cálculo do ganho da antena: O software calcula automaticamente o ganho absoluto do AUT usando os dados de potência recebidos do método de substituição, combinados com a Fórmula de Transmissão de Friis e o ganho conhecido do SGH.
Pós-processamento e análise de dados: Os dados brutos são suavizados e corrigidos (por exemplo, para perda de cabo). Parâmetros principais como HPBW, SLL e FBR são extraídos automaticamente.
Geração de um Relatório de Medição Profissional: Todos os parâmetros de medição, detalhes de configuração, condições de teste, status de calibração do equipamento, etc., são integrados para formar um relatório profissional completo e rastreável.
Desafios e Soluções: Garantindo Precisão e Confiabilidade de Medição
Mesmo em uma câmara anecóica ideal, garantir que os dados finais de medição da antena sejam precisos e confiáveis requer manuseio técnico especializado e rigoroso controle de qualidade.
1. Eliminando perda de cabos e conectores
Desafio: Cabos alimentadores e conectores introduzem atenuação (perda) de sinal, o que pode afetar a precisão do valor de ganho.
Solução: As operações de calibração e desincorporação da porta devem ser realizadas usando o VNA. Medindo com precisão a perda do cabo na frequência operacional e subtraindo-a do resultado final, os dados de ganho refletem o desempenho intrínseco da antena.
2. Erro de campo distante e correção de campo próximo
Desafio: Para antenas grandes ou medições de baixa frequência, satisfazer estritamente a condição de campo distante pode exigir um espaço de câmara impraticavelmente grande.
Soluções:
Sistema de teste de antena de alcance compacto: utiliza um refletor parabólico para moldar o feixe de uma fonte de campo próximo em uma onda quase plana, simulando condições de campo distante dentro de uma câmara anecóica menor.
Transformação de campo próximo para campo distante (NF-FF): Se apenas a medição de campo próximo for viável devido a restrições de câmara, algoritmos matemáticos complexos (como varredura de campo próximo planar, cilíndrico ou esférico) são usados para calcular e derivar o padrão e ganho de radiação de campo distante equivalente.
3. Prevenir a dispersão do posicionador e da estrutura de suporte
Desafio: Os componentes metálicos usados para apoiar e girar o AUT podem espalhar ondas eletromagnéticas, distorcendo o padrão de radiação.
Soluções:
Use de baixa constante dielétrica e baixa perda materiais de espuma ou poliestireno como estruturas de suporte da antena.
Utilize a técnica de subtração de fundo da câmara anecóica : O campo de fundo (apenas com o suporte e o posicionador) é medido primeiro e depois subtraído da medição da antena para purificar os dados.
Conclusão e apelo à ação
A medição precisa do desempenho da antena é a base para garantir que seus produtos sem fio tenham sucesso no mercado. Somos experientes em superar vários desafios de testes, garantindo que os dados que você recebe sejam confiáveis, rastreáveis e estejam em conformidade com os padrões internacionais.
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