La CAMERA ANECOICA nella progettazione delle antenne - PARTE PRIMA

20/11/2018

Come deve essere realizzata e quali caratteristiche deve avere una camera anecoica affidabile

 

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La progettazione di un’antenna per impiego professionale deve necessariamente passare attraverso fasi, sia intermedie che finali, di verifica e caratterizzazione del prototipo o dei prototipi, le quali hanno l’obiettivo di ottimizzare le tempistiche del progetto, e quindi i costi, e limitare al minimo gli errori.

Inoltre, come già saprai, non è raro avere l’esigenza di individuare la esatte specifiche tecniche di una particolare antenna mediante misure elettriche scrupolose ed accurate, per evitare di proporre al tuo Cliente un sistema che rischia di rivelarsi scarsamente efficiente nelle cosiddette prove in campo.

E’ per questo motivo che potersi appoggiarsi ad un laboratorio che dispone di una camera anecoica affidabile riveste un’importanza fondamentale per chi lavora nel settore delle antenne professionali.

Ecco quindi alcuni suggerimenti per aiutarti in questa valutazione partendo dalle seguenti domande:

Come deve essere realizzata una camera anecoica per la misura delle antenne?

Quali caratteristiche deve avere per garantire la giusta affidabilità?

Come viene utilizzata in pratica nel lavoro di ricerca e sviluppo di un’antenna professionale?

 

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TIPOLOGIE DI CAMERE ANECOICHE

Per camera anecoica si intende una scatola chiusa, realizzata con una struttura portante in materiale dielettrico o conduttore, rivestita all’interno con del materiale assorbente che ha lo scopo di creare uno spazio il più possibile esente da riflessioni.  

Naturalmente, in questo contesto si fa riferimento a camere anecoiche per applicazioni di elettromagnetismo e non di acustica.

 

Camere anecoiche per EMC

Per applicazioni EMC (misure di emissione e/o immunità elettromagnetica) si utilizzano in genere camere di tipo schermato o semi-anecoiche.

Questa tipologia di camere ha lo scopo sia di misurare livelli molto bassi di emissioni radiate sia di generare livelli di campo elettromagnetico molto elevati per le prove di immunità.

Le camere schermate sono caratterizzate da una struttura portante in materiale metallico (pannelli e profili) ed assemblata in modo da garantire un contatto uniforme tra i vari elementi del guscio esterno.

Il tutto, porte di ingresso comprese, è realizzato in modo da formare una perfetta gabbia di Faraday.

All’interno lo schermo metallico viene rivestito di materiale assorbente, mentre il pavimento simula un piano perfettamente conduttore ed è quindi privo di questo materiale.

 

Camere anecoiche per la misura di antenne

L’esigenza prioritaria di queste camere è quella di poter disporre di una regione di spazio con assenza pressoché totale di riflessioni, la cosiddetta zona di quiete.

Pertanto una struttura metallica portante, che può rivelarsi un’arma a doppio taglio nel caso di utilizzo della camera in determinate condizioni in cui può verificarsi una perdita di efficacia del materiale assorbente, nella maggior parte dei casi non risulta essere necessaria.

Nella misura delle antenne possiamo identificare tre tipi di camere anecoiche.

 

Camere anecoiche per misure in campo lontano (Far Field Measurements)

All’interno di una camera di questo tipo viene riprodotto un radiocollegamento in spazio libero tra l’antenna sotto misura (detta anche AUT o Antenna Under Test) ed un’antenna di riferimento AR, poste ad una distanza R sufficiente a garantire le condizioni di campo lontano.

 

Camere anecoiche Compact Range

In una misura Compact Range si utilizza un accorgimento per limitare le dimensioni fisiche della camera, nel caso in cui l’AUT abbia grandi dimensioni rispetto alla lunghezza d’onda λ.

In questo sistema l’AUT e l’AR non si vedono direttamente essendo puntate verso lo stesso lato della camera, ovvero in direzione di un riflettore parabolico che genera un’onda piana verso l’AUT, come in una condizione di far field, partendo però da un campo irradiato da una sorgente vicina, costituita dall’AR.

In questo modo è possibile approssimare una condizione di campo lontano per l’AUT pur utilizzando il riflettore in campo vicino. Si tratta di un set up di misura molto complesso costituito, oltre che dalla camera anecoica vera e propria, anche da un elaborato sistema di acquisizione.

Per avere un’idea più precisa di questo tipo di misura, è possibile trovarne un’immagine nell’articolo redatto dall’Ing. Francesco Zaccarini, del quale è possibile scaricare liberamente il PDF cliccando qui.

 

Misure in Near Field

Questi metodi di misura dipendono dalla tipologia di AUT, il cui campo irradiato viene acquisito, sia in ampiezza che in fase, su di una determinata superficie di riferimento. Da questa misura viene ricavato il campo lontano mediante algoritmi matematici.

Come per il metodo Compact Range, anche le misure in campo vicino si applicano solitamente ad antenna ad alto guadagno, molto direttive le quali non hanno una radiazione apprezzabile verso determinate direzioni.

La forma e l’acquisizione delle misure di campo vicino sono comunque dipendenti dalla tipologia di AUT.

 

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I MATERIALI ASSORBENTI

I materiale assorbenti utilizzati nelle camere anecoiche sono sostanzialmente di due tipi: le ferriti e gli assorbitori piramidali.

 

Le ferriti

Sono delle piastrelle realizzate in un particolare materiale ceramico con ottime caratteristiche di assorbimento tra 300 e 500 MHz. Hanno una dimensione di 100×100 mm ed uno spessore di alcuni millimetri. Di solito vengono utilizzate insieme agli assorbitori piramidali per estendere le prestazioni della camera alle frequenze più basse.

 

Gli assorbitori piramidali

Gli assorbitori piramidali (detti anche coni) sono montati su dei pannelli, realizzati in materiale rigido od espanso (tipicamente schiuma uretanica) impregnato di carbone o grafite colloidale, ovvero una sostanza resistiva in grado di assorbire le onde elettromagnetiche.

La loro forma particolare è concepita per intrappolare il raggio elettromagnetico incidente, che viene riflesso molte volte tra le pareti dei coni stessi dissipando sotto forma di calore l’energia associata.

Nell’articolo redatto dall’Ing. Francesco Zaccarini menzionato in precedenza, puoi trovare sia una fotografia di un particolare modello di questi assorbitori, sia un grafico che mostra la loro riflettività.

La minima frequenza di funzionamento a parità di riflettività, che possiamo definire come una sorta di frequenza di taglio, dipende dall’altezza dei coni. Maggiore è l’altezza, minore sarà la frequenza di taglio.

 

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COSTRUZIONE DELLA CAMERA ANECOICA

Facendo tesoro degli oltre 20 anni di esperienza nel mondo delle antenne professionali e delle molte esperienze avute con svariate camere anecoiche, è stato possibile definire 4 importanti raccomandazioni di cui tener conto per la costruzione di una camera anecoica idonea alla misura in campo lontano di antenne dalle V/UHF in su:

 

1. Utilizzo di assorbitori piramidali di marca, con specifiche elettriche ben precise e garantite

 

2. Utilizzo di una struttura portante in materiale dielettrico (ad esempio legno lamellare), con una costruzione che minimizzi l’impiego di elementi di connessione metallici

 

3. Progetto di pareti mobili, ovvero completamente e facilmente spostabili mediante ruote, sia per effettuare la necessaria manutenzione, sia per poter entrare nella camera con oggetti voluminosi

 

4. Pavimento ricoperto con assorbitori piramidali a vista, ovvero non di tipo sopraelevato (flottante) con i coni posizionati al di sotto di esso.

 

Queste sono le 4 principali raccomandazioni che noi stessi abbiamo seguito nella realizzazione della camera anecoica per il nostro laboratorio.

 

Ultimo consiglio: prima di affidare la misura o la progettazione della tua antenna, quando analizzi le offerte dei vari fornitori, verifica quali fasi verranno affrontate durante il progetto, come intendono verificare che tutto proceda per il meglio e quali attrezzature hanno a disposizione.

Eviterai un sacco di problemi nella fase di verifica, validazione e/o certificazione presso il tuo Cliente.

 

Se ti interessa e vuoi approfondire l'argomento, abbiamo preparato per te un documento tecnico di 7 pagine con foto e grafici redatto dall'Ing. Francesco Zaccaini, da scaricare, stampare e conservare.

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Flaminio Bollini

ElettroMagnetic Services Srl

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