Progettazione, caratterizzazione e misure antenne professionali

7/5/2019

IMPORTANTE: tutte le informazioni e le esperienze riportate in questo articolo sono frutto dell'attività di progettazione, sviluppo e realizzazione di antenne custom professionali svolta da ElettroMagnetic Services Srl con il metodo AntennaSuMisura. Per saperne di più, clicca qui.

 

Le attrezzature ausiliarie necessarie per la misura e la caratterizzazione delle antenne professionali

 

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Oltre alla camera anecoica vera e propria, ampiamente descritta nei precedenti Technical E-Paper n.5 e Technical E-Paper n.7, in un laboratorio di ricerca e sviluppo sono altrettanto necessarie tutta una serie di attrezzature, definite ausiliarieindispensabili per effettuare misure su antenne corrette ed attendibili.

 

Su queste attrezzature è inoltre opportuno effettuare su di loro un continuo aggiornamento, per garantire il giusto grado di affidabilità al proprio laboratorio.

 

Le attrezzature ausiliare possono essere suddivise nelle seguenti categorie principali:

 

Strumentazione, che si divide in: strumentazione RF e strumentazione di acquisizione.

Cablaggi, che si dividono in: cablaggi RF, cablaggi di controllo e cablaggi di servizio.

Riferimenti, che si dividono in: antenne di riferimento e kit di calibrazione.

Interfacce meccaniche, che si dividono in: sostegni (mast), posizionatori e fixture.

 

In alcuni laboratori in cui si progettano antenne, si tende a dimenticare l’importanza di queste attrezzature, per le quali è invece fondamentale saperne valutare la qualità, per poter avere la certezza che le misure effettuate sulle tue antenne siano realizzate in modo preciso ed accurato.

 

Ecco alcune importanti indicazioni su ognuna di queste attrezzature, che potranno sicuramente esserti utili per valutare e confrontare l’affidabilità di un fornitore rispetto ad un altro.

 

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STRUMENTAZIONE

 

La strumentazione RF comprende tutti quegli apparati di misura che permettono di generare un segnale RF calibrato da un lato del collegamento e di riceverlo dall’altro lato, misurandone le caratteristiche elettriche in modo relativo (S12 o S21) od assoluto (potenza ricevuta). In questa categoria sono compresi sia gli strumenti di misura più noti, come ad esempio il VNA (Analizzatore di reti vettoriale) e l’analizzatore di spettro, sia altri strumenti come generatori di segnale, amplificatori e ricevitori di misura.

Il grado di cura con la quale vengono trattati questi strumenti, è già un importante fattore di valutazione per capire con quale attenzione e scrupolosità verranno gestiti i progetti e le misure per le tue nuove antenne.

 

La strumentazione di acquisizione consiste di solito in una piattaforma rotante o supporto comandati da un computer mediante un software ad hoc. Il grado di precisione del sistema di acquisizione dati dipende dal tipo di accuratezza con il quale si vogliono realizzare le misure. Nel nostro caso, all’interno del nostro laboratorio abbiamo sviluppato e realizzato un sistema che permette di controllare una piattaforma di 1.6 metri di diametro, con un’accuratezza di posizione inferiore ad un decimo di grado, in modo da effettuare precise misure del diagramma di radiazione in modo completamente automatico.

 

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CABLAGGI

 

E’ molto importante avere cablaggi che interfacciano la camera anecoica con il laboratorio esterno con caratteristiche elettriche e meccaniche ben definite, dal momento che questi possono arrecare sia alterazioni nella misura, sia possono portare disturbi radioelettrici all’interno della camera stessa (aspetto assai critico nelle camere anecoiche in cui si effettuano test di compatibilità elettromagnetica).

cablaggi RF comprendono cavi coassiali caratterizzati da specifiche elettriche (ROS, attenuazione, stabilità di fase, ecc.e meccaniche (dimensioni, flessibilità, raggio minimo di piega, ecc.adeguate allo scopo. Nel caso in cui si stiano effettuando misure su antenne di piccole dimensioni, è importante disporre di transizioni coassiali di precisione e di spezzoni di cavo più flessibili (pigtails) e di ridotte dimensioni.

Per evitare che il cavo coassiale che connette l’AUT (Antenna Under Test) alla strumentazione sia sede di correnti che rischiano di alterare la misura, si possono utilizzare appositi cavi ricoperti di ferriti.

cablaggi di controllo comprendono tutti quei collegamenti che scambiano dati con il sistema di acquisizione e con altre attrezzature eventualmente presenti nella camera. In alcune realizzazioni per EMC, tali cablaggi sono in fibra ottica per prevenire disturbi radioelettrici all’interno della camera.

cablaggi di servizio portano le alimentazioni, sia per quanto riguarda il sistema di acquisizione che le luci interne della camera. Per evitare che eventuali disturbi entrino nella camera, se necessario, vengono interposti dei filtri di rete.

 

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RIFERIMENTI

 

Con questo termine si intendono sia le antenne di riferimento (AR) utilizzate nelle misure di guadagno, sia i kit di calibrazione necessari per calibrare la strumentazione prima di ogni misura, depurando così i dati acquisiti dall’influenza dei cavi RF che collegano le antenne (AUT e AR) alla strumentazione.

Le antenne di riferimento (AR), caratterizzate da una curva di guadagno nota all’interno della loro banda operativa, possono essere di due tipi: antenne con certificato di calibrazione fornito da un ente certificatore esterno oppure antenne con calibrazione eseguita internamente all’azienda.

Mentre un’antenna del primo tipo è indispensabile per trovare la posizione ottimale dell’AUT in condizioni limite della camera, nelle normali attività si utilizzano in genere antenne di riferimento del secondo tipo, spesso realizzate ad hoc per il progetto in corso.

L’antenna di riferimento ottimale per le misure di guadagno deve avere le seguenti caratteristiche:

Curva di guadagno il più possibile costante nella banda operativa

Antenna di tipo direttivo, con un lobo principale né troppo largo né troppo stretto, indicativamente dell’ordine di 50°÷70° su entrambi i piani

Dimensione D compatta, specialmente lungo la direzione di massima radiazione ovvero verso l’AUT

Costruzione robusta, con staffe e connettori adatti ad un frequente montaggio e smontaggio

 

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INTERFACCE MECCANICHE

 

L’installazione ed il posizionamento delle antenne AUT ed AR all’interno della camera anecoica richiedono l’utilizzo di opportune interfacce meccaniche, costruite con materiali dielettrici.

sostegni sono pali di supporto (mast) di opportuna lunghezza e diametro, con una base idonea. I sostegni utilizzati nel nostro laboratorio sono interamente realizzati in vetroresina.

posizionatori sono delle interfacce meccaniche regolabili, aventi lo scopo di posizionare l’AUT in un determinato punto all’interno della camera anecoica. Nella costruzione di questi particolari è opportuno tener conto del fatto che possono essere soggetti ad un notevole sforzo meccanico. Per questo motivo, quello che abbiamo progettato per la nostra camera anecoica è realizzato in PVC di forte spessore, con le varie parti assemblate ad incastro ed incollate mediante un prodotto specifico.

Nel caso in cui ci sia la necessità di effettuare misure particolari, come può essere la determinazione del centro di fase di un’antenna, è fondamentale utilizzare posizionatori micrometrici su due o tre assi.

Le fixture sono interfacce meccaniche per il montaggio dell’AUT sul mast. Devono essere realizzate in modo da poter installare l’AUT in modo agevole, preciso e ripetibile, senza che l’interfaccia influenzi le caratteristiche elettriche dell’antenna sotto misura. Spesso è necessario realizzare fixture ad hoc, pensate esclusivamente per la particolare antenna da misurare, soprattutto nel caso delle antenne integrate, dove lo scopo principale è quello di simulare nel modo più preciso possibile le reali condizioni operative dell’antenna.

 

Oltre alla verifica delle caratteristiche che una camera anecoica deve avere per garantire la giusta affidabilità nella misura della tua antenna, è opportuno tenere in considerazione anche la bontà di tutte quelle attrezzature che vengono definite ausiliarie, le quali ricoprono un ruolo altrettanto importante per la riuscita di una misura attendibile.

 

Alcuni laboratori che effettuano la progettazione di antenne tendono ad utilizzare attrezzature scadenti, per risparmiare e proporre costi di progetto più bassi e convenienti, attirando Clienti inconsapevoli che sperano così di avere un prodotto di qualità ad un prezzo più basso. Non si rendono però conto degli evidenti problemi che avranno nel momento in cui si accorgeranno che le misure effettuate non hanno un effettivo riscontro nella realtà e le prestazioni risulteranno insufficienti a garantire la giusta funzionalità o a superare eventuali prove di validazione o certificazione.

 

Tu ora sei perfettamente consapevole dell’importanza sia della camera anecoica che delle altre attrezzature e sarà tua responsabilità richiedere al fornitore, oltre alla mera offerta economica, in che modo e con quali risorse il progetto della tua antenna verrà verificato sin dalle prime fasi di sviluppo, così che il prodotto finale soddisfi pienamente le specifiche elettriche richieste e non vi siano pericolose sorprese.

 

Se ti interessa e vuoi approfondire l'argomento, trovi l'articolo completo redatto dall'Ing. Francesco Zaccarini in questo documento tecnico di 6 pagine in formato PDF da scaricare, stampare e conservare. 

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Flaminio Bollini

ElettroMagnetic Services Srl

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