Antennela mesure est le processus d’évaluation et d’analyse quantitative des performances et des caractéristiques de l’antenne. En utilisant un équipement de test spécial et des méthodes de mesure, nous mesurons le gain, le diagramme de rayonnement, le rapport d'onde stationnaire, la réponse en fréquence et d'autres paramètres de l'antenne pour vérifier si les spécifications de conception de l'antenne répondent aux exigences, vérifions les performances de l'antenne et fournir des suggestions d’amélioration. Les résultats et les données des mesures d'antenne peuvent être utilisés pour évaluer les performances de l'antenne, optimiser les conceptions, améliorer les performances du système et fournir des conseils et des commentaires aux fabricants d'antennes et aux ingénieurs d'application.
Équipement requis pour les mesures d'antenne
Pour tester les antennes, l'appareil le plus fondamental est le VNA. Le type de VNA le plus simple est un VNA à 1 port, capable de mesurer l'impédance d'une antenne.
La mesure du diagramme de rayonnement, du gain et de l'efficacité d'une antenne est plus difficile et nécessite beaucoup plus d'équipement. Nous appellerons l’antenne à mesurer l’AUT, qui signifie Antenna Under Test. L'équipement requis pour les mesures d'antenne comprend :
Une antenne de référence - Une antenne aux caractéristiques connues (gain, diagramme, etc.)
Un émetteur de puissance RF - Un moyen d'injecter de l'énergie dans l'AUT [Antenne en cours de test]
Un système de réception - Ceci détermine la quantité de puissance reçue par l'antenne de référence
Un système de positionnement - Ce système permet de faire pivoter l'antenne de test par rapport à l'antenne source, afin de mesurer le diagramme de rayonnement en fonction de l'angle.
Un schéma fonctionnel de l'équipement ci-dessus est présenté à la figure 1.
Figure 1. Schéma de l'équipement de mesure d'antenne requis.
Ces composants seront brièvement discutés. L'antenne de référence doit bien entendu bien rayonner à la fréquence de test souhaitée. Les antennes de référence sont souvent des antennes cornet à double polarisation, de sorte que la polarisation horizontale et verticale puisse être mesurée en même temps.
Le système de transmission doit être capable de produire un niveau de puissance connu et stable. La fréquence de sortie doit également être accordable (sélectionnable) et raisonnablement stable (stable signifie que la fréquence que vous obtenez de l'émetteur est proche de la fréquence souhaitée et ne varie pas beaucoup avec la température). L'émetteur doit contenir très peu d'énergie à toutes les autres fréquences (il y aura toujours de l'énergie en dehors de la fréquence souhaitée, mais il ne devrait pas y avoir beaucoup d'énergie aux harmoniques, par exemple).
Le système de réception doit simplement déterminer la quantité de puissance reçue de l'antenne de test. Cela peut être fait via un simple wattmètre, qui est un appareil de mesure de la puissance RF (radiofréquence) et peut être connecté directement aux bornes de l'antenne via une ligne de transmission (comme un câble coaxial avec des connecteurs de type N ou SMA). Généralement, le récepteur est un système de 50 Ohms, mais peut avoir une impédance différente si spécifié.
A noter que le système d'émission/réception est souvent remplacé par un VNA. Une mesure S21 transmet une fréquence depuis le port 1 et enregistre la puissance reçue sur le port 2. Par conséquent, un VNA est bien adapté à cette tâche ; cependant, ce n'est pas la seule méthode permettant d'accomplir cette tâche.
Le système de positionnement contrôle l'orientation de l'antenne de test. Puisque nous voulons mesurer le diagramme de rayonnement de l'antenne de test en fonction de l'angle (généralement en coordonnées sphériques), nous devons faire pivoter l'antenne de test afin que l'antenne source éclaire l'antenne de test sous tous les angles possibles. Le système de positionnement est utilisé à cet effet. Sur la figure 1, nous montrons l’AUT en rotation. Notez qu’il existe de nombreuses façons d’effectuer cette rotation ; parfois l'antenne de référence est tournée, et parfois les antennes de référence et AUT sont tournées.
Maintenant que nous disposons de tout l’équipement nécessaire, nous pouvons discuter de l’endroit où effectuer les mesures.
Quel est un bon endroit pour nos mesures d’antenne ? Peut-être aimeriez-vous faire cela dans votre garage, mais les reflets des murs, des plafonds et du sol rendraient vos mesures inexactes. L’emplacement idéal pour effectuer des mesures d’antenne se trouve quelque part dans l’espace, où aucune réflexion ne peut se produire. Cependant, comme les voyages dans l’espace sont actuellement d’un coût prohibitif, nous nous concentrerons sur les lieux de mesure situés à la surface de la Terre. Une chambre anéchoïque peut être utilisée pour isoler la configuration de test d'antenne tout en absorbant l'énergie réfléchie avec une mousse absorbant les RF.
Gammes d’espace libre (chambres anéchoïques)
Les plages en espace libre sont des emplacements de mesure d'antenne conçus pour simuler des mesures qui seraient effectuées dans l'espace. Autrement dit, toutes les ondes réfléchies par les objets proches et le sol (qui sont indésirables) sont supprimées autant que possible. Les gammes d’espace libre les plus populaires sont les chambres anéchoïques, les gammes surélevées et la gamme compacte.
Chambres anéchoïques
Les chambres anéchoïques sont des plages d'antennes intérieures. Les murs, les plafonds et le sol sont recouverts d'un matériau spécial absorbant les ondes électromagnétiques. Les champs de tir intérieurs sont souhaitables car les conditions de test peuvent être beaucoup plus étroitement contrôlées que celles des champs de tir extérieurs. Le matériau est également souvent de forme irrégulière, ce qui rend ces chambres très intéressantes à voir. Les formes triangulaires irrégulières sont conçues de telle sorte que ce qui en est réfléchi a tendance à se propager dans des directions aléatoires, et ce qui est additionné à partir de toutes les réflexions aléatoires a tendance à s'ajouter de manière incohérente et est donc davantage supprimé. Une image d'une chambre anéchoïque est présentée dans l'image suivante, avec quelques équipements de test :
(L'image montre le test d'antenne RFMISO)
L’inconvénient des chambres anéchoïques est qu’elles doivent souvent être assez grandes. Souvent, les antennes doivent être éloignées les unes des autres de plusieurs longueurs d'onde au minimum pour simuler les conditions de champ lointain. Par conséquent, pour les basses fréquences avec de grandes longueurs d’onde, nous avons besoin de très grandes chambres, mais les contraintes de coût et pratiques limitent souvent leur taille. Certaines entreprises de défense qui mesurent la section efficace radar de gros avions ou d'autres objets sont connues pour avoir des chambres anéchoïques de la taille d'un terrain de basket-ball, bien que ce ne soit pas ordinaire. Les universités dotées de chambres anéchoïques ont généralement des chambres de 3 à 5 mètres de longueur, de largeur et de hauteur. En raison de la contrainte de taille et du fait que le matériau absorbant les RF fonctionne généralement mieux aux fréquences UHF et supérieures, les chambres anéchoïques sont le plus souvent utilisées pour les fréquences supérieures à 300 MHz.
Gammes élevées
Les gammes élevées sont des gammes extérieures. Dans cette configuration, la source et l'antenne testées sont montées au-dessus du sol. Ces antennes peuvent être placées sur des montagnes, des tours, des bâtiments ou partout où cela convient. Ceci est souvent effectué pour de très grandes antennes ou à basses fréquences (VHF et inférieures, <100 MHz) où les mesures en intérieur seraient difficiles à réaliser. Le schéma de base d'une plage élevée est présenté à la figure 2.
Figure 2. Illustration d'une plage élevée.
L'antenne source (ou antenne de référence) n'est pas nécessairement à une élévation plus élevée que l'antenne de test, je viens de le montrer ainsi ici. La ligne de visée (LOS) entre les deux antennes (illustré par le rayon noir sur la figure 2) doit être dégagée. Toutes les autres réflexions (comme le rayon rouge réfléchi par le sol) sont indésirables. Pour les portées élevées, une fois l'emplacement de la source et de l'antenne de test déterminé, les opérateurs de test déterminent ensuite où les réflexions significatives se produiront et tentent de minimiser les réflexions provenant de ces surfaces. Un matériau absorbant les RF est souvent utilisé à cette fin, ou un autre matériau qui dévie les rayons loin de l'antenne de test.
Cuisinières compactes
L'antenne source doit être placée dans le champ lointain de l'antenne de test. La raison en est que l’onde reçue par l’antenne de test doit être une onde plane pour une précision maximale. Étant donné que les antennes émettent des ondes sphériques, l'antenne doit être suffisamment éloignée pour que l'onde rayonnée par l'antenne source soit approximativement une onde plane - voir Figure 3.
Figure 3. Une antenne source émet une onde avec un front d'onde sphérique.
Cependant, pour les chambres intérieures, la séparation n’est souvent pas suffisante pour y parvenir. Une méthode pour résoudre ce problème consiste à utiliser une gamme compacte. Dans ce procédé, une antenne source est orientée vers un réflecteur dont la forme est conçue pour réfléchir l'onde sphérique de manière approximativement plane. Ceci est très similaire au principe de fonctionnement d’une antenne parabolique. Le fonctionnement de base est illustré à la figure 4.
Figure 4. Portée compacte : les ondes sphériques de l'antenne source sont réfléchies pour être planes (collimatées).
On souhaite généralement que la longueur du réflecteur parabolique soit plusieurs fois supérieure à celle de l'antenne de test. L'antenne source de la figure 4 est décalée par rapport au réflecteur afin de ne pas gêner les rayons réfléchis. Des précautions doivent également être prises afin de conserver tout rayonnement direct (couplage mutuel) de l'antenne source vers l'antenne de test.
Heure de publication : 03 janvier 2024
