O guia definitivo para a medição de ganho de antena e padrão de radiação em uma câmara anecoica

No campo da comunicação sem fios, o desempenho da antena é crucial para o sucesso de qualquer ligação do sistema.e é o único local para a medição precisa deGanho de antena ePadrão de radiaçãoEste artigo irá aprofundar os princípios fundamentais das medições de câmara anecoica, fornecer um procedimento de operação completo e prático,e discutir as principais técnicas necessárias para garantir a precisão e a fiabilidade das medições, ajudando os seus dados de produto a atingir um maior profissionalismo e autoridade.

Por que é essencial uma câmara anéquica para a medição de antenas?

A medição precisa dos padrões de ganho de antena e radiação em um ambiente do mundo real requer a eliminação de todas as interferências potenciais e a simulação de um ambiente de espaço livre ideal.

1Eliminação das interferências electromagnéticas externas (EMI)

As paredes, o teto e o chão da câmara anecoica são envolvidos por uma camada de blindagem metálica (normalmente uma estrutura de gaiola de Faraday).Esta estrutura isola eficazmente as ondas electromagnéticas externas e as interferências de radiofrequência (RFI), assegurando que o ambiente de ensaio tem um ruído de fundo extremamente baixo, de modo que os resultados das medições reflitam apenas o desempenho real da antena em ensaio (AUT).

2Simulação do espaço livre ideal

O interior da câmara anecoica é revestido com uma grande quantidade deMaterial absorvente, tipicamente estruturas em forma de pirâmide ou cunha feitas de espuma de poliuretano carregada de carbono.eliminando assim os reflexos das paredesEsta simulação efetivamente o ambiente de funcionamento da antena no espaço livre ideal e impede que aDesvanecimento de trilhas múltiplasde interferir nos dados de medição.

Princípios básicos de medição: padrão de ganho e radiação

Uma compreensão completa do significado físico e dos métodos de medição para estas duas métricas é fundamental para as operações práticas.

1Princípio de medição do ganho de antena

O ganho de antena é uma medida da capacidade de uma antena de concentrar a potência de entrada em uma direção específica.

Definição:O ganho de antena (G) é definido como a proporção da densidade de potência produzida pela antena na sua direção máxima de radiação em comparação com uma antena de referência (geralmente uma antena isotrópica ideal).A unidade é tipicamente dBi.

Método de substituição:Este é o método mais comumente usado e altamente preciso. Primeiro, a potência recebida por um Corno de Ganho Padrão (SGH) é medida.e com todas as outras condições mantidas constantesComparando os dois conjuntos de dados, o ganho do AUT pode ser derivado.

Base teórica:A base teórica para o cálculo do ganho é aFórmula de transmissão de Friis, que descreve a relação de potência transferida entre duas antenas.

em que Pr e Pt são a potência recebida e transmitida, Gt e Gr são os ganhos das antenas transmissora e receptoras,λé o comprimento de onda, e R é a distância entre as antenas.

2Princípio de medição dos padrões de radiação

O padrão de radiação representa a distribuição relativa da força da energia irradiada ou recebida pela antena em diferentes direções no espaço.É uma representação visual da directividade da antena.

Núcleo de medição:O sistema de medição gira o posicionador que transporta a antena sob ensaio (AUT) enquanto registra simultaneamente a intensidade do sinal recebido pela antena receptora em cada ponto angular.

Parâmetros-chave:A análise do padrão de radiação produz vários parâmetros importantes:

Largura de feixe de meia potência (HPBW):A largura angular em que a amplitude do lóbulo principal cai para metade do seu valor máximo (-3 dB).

Nível do lóbulo lateral (SLL):Relação entre a potência máxima do lobo lateral e a potência máxima do lobo principal.

Polarização:Medição da resposta da antena a diferentes direcções de polarização.

Procedimento prático de funcionamento: Protocolo de medição de câmara em oito passos

Uma medição de antena padrão e precisa requer a estrita adesão às seguintes etapas para garantir a precisão e a repetibilidade dos dados.

Calibração e configuração do instrumento:EstreitoCalibração do parâmetro SA utilização de equipamentos como o Vector Network Analyzer (VNA) é realizada para garantir a correspondência de impedância nas portas de medição.

Determinação de condições de campo distante:Garantir a distância de ensaio R satisfaz a condição de campo distanteR≥ 2D2/λEste é um pré-requisito para obter padrões precisos de ganho e radiação.

Instalação da antena em ensaio (AUT):Montar o AUT no posicionador usando materiais de suporte constante de baixa dielétrica, garantindo que o centro de fase da antena esteja precisamente alinhado com o centro de rotação do posicionador.

Configuração e calibração do corno de ganho padrão (SGH):O SGH serve de referência; é instalado com precisão e os seus dados de ganho conhecidos são inseridos no software de medição.

Aquisição de dados de padrões de radiação:O posicionador começa a girar ao longo dos eixos de azimute e elevação, e o sistema registra automaticamente a potência do sinal recebido,recolha de dados para pelo menos dois planos perpendiculares uns aos outros.

Cálculo do ganho de antena:O software calcula automaticamente o ganho absoluto do AUT utilizando os dados de potência recebidos do método de substituição, combinados com a Fórmula de Transmissão de Friis e o ganho conhecido do SGH.

Pós-tratamento e análise dos dados:Os dados brutos são suavizados e corrigidos (por exemplo, para perda de cabo).

Geração de um relatório de medição profissional:Todos os parâmetros de medição, os pormenores da configuração, as condições de ensaio, o estado de calibração do equipamento, etc., são integrados para formar um relatório profissional completo e rastreável.

Desafios e soluções: garantir a precisão e a fiabilidade das medições

Mesmo numa câmara anéquica ideal, garantir que os dados finais de medição da antena sejam precisos e fiáveis requer um manuseamento técnico especializado e um rigoroso controlo de qualidade.

1Eliminar a perda de cabos e conectores

Desafio:Os cabos de alimentação e os conectores introduzem atenuação (perda) do sinal, o que pode afetar a precisão do valor de ganho.

Solução:Calibração das portas eDesembarqueAs operações devem ser realizadas utilizando o VNA, medindo com precisão a perda de cabo na frequência de funcionamento e subtraindo-a do resultado final,Os dados de ganho devem refletir o desempenho intrínseco da antena..

2. Erro de campo distante e correção de campo próximo

Desafio:Para grandes antenas ou medições de baixa frequência, satisfazer estritamente a condição de campo distante pode exigir um espaço de câmara impraticamente grande.

Soluções:

Sistema de ensaio de antenas 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 anecoica menor.

Transformação de campo próximo para campo distante (NF-FF):Se apenas a medição de campo próximo é viável devido às restrições da câmara, algoritmos matemáticos complexos (como planar, cilíndrico,ou escaneamento esférico de campo próximo) são usados para calcular e derivar o padrão de radiação de campo distante equivalente e ganho.

3Prevenção da dispersão do posicionador e da estrutura de apoio

Desafio:Os componentes metálicos utilizados para suportar e girar o AUT podem espalhar ondas eletromagnéticas, distorcendo o padrão de radiação.

Soluções:

Utilize constante dieléctrica baixa, baixa perdaMateriais de espuma ou poliestirenocomo estruturas de suporte de antenas.

Utilizar oSubtração de fundo da câmara anecóicaTécnica: o campo de fundo (com apenas o suporte e o posicionador) é medido primeiro e depois subtraído da medição da antena para purificar os dados.

Conclusão e apelo à acção

A medição precisa do desempenho da antena é a pedra angular para garantir o sucesso dos seus produtos sem fio no mercado.garantir que os dados que recebe sãocredíveis, rastreáveis e conformes com as normas internacionais.

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