Medição de antenas com um analisador de redes vetoriais

Medição da impedância da antena

Apesar das simulações e a modelagem poderem prever o desempenho da antena, fatores presentes no mundo real geralmente provocam variações. Dessa forma, são necessárias medições físicas em condições reais para verificar o desempenho da antena.

Há dois tipos de medições de antenas:

• Medições de radiação, que medem parâmetros como ganho, diretividade, largura do feixe e eficiência
• Medições de impedância, que medem a impedância (complexa) da antena

A impedância de uma antena determina quanto da potência de transmissão ou de entrada é absorvida ou irradiada pela antena e quanto retorna ao transmissor. Isso é determinado ao introduzir um sinal na antena e, em seguida, pela medição da magnitude e da fase do sinal refletido.

Há diversos métodos e ferramentas diferentes que podem ser usados para medir a impedância da antena, mas o método preferido é usar um analisador de redes vetoriais (VNA) para realizar uma medição de reflexão (S11).

Os analisadores de redes vetoriais são instrumentos versáteis capazes de realizar medições vetoriais e escalares de potência transmitida e refletida. Eles possuem uma alta precisão em uma ampla faixa de frequência e também têm uma alta faixa dinâmica. Esses instrumentos também podem ser usados para outras tarefas de RF, como medir a perda em cabos ou testar filtros e amplificadores.

Como medir a impedância da antena

Há três etapas principais nas medições de antenas:

1. Conexão da antena
2. Configuração do VNA
3. Calibração da instalação

Vamos começar com a conexão da antena. As antenas geralmente estão conectadas aos analisadores por meio de uma linha de transmissão. Essa linha de transmissão pode ser conectada diretamente à porta do analisador, ou um cabo adicional do dispositivo em teste (DUT) pode ser usado para conectar o analisador ao cabo em teste. Se for usado um cabo do dispositivo, a calibração na extremidade do cabo garante medições precisas.

Há três aspectos a serem considerados ao configurar o VNA:

• Configuração do gerador de varredura, que fornece um sinal de estímulo de varredura que é usado tanto como entrada para a antena quanto como referência ao observar a quantidade de sinal refletida pela antena.
• Especificação da faixa de frequência de varredura na qual o gerador de varredura é varrido.
• Definição do número de pontos de medição; aumentar esse número para além do estabelecido nas configurações padrão do analisador fornecerá mais detalhes, porém mais pontos de frequência também aumentará o tempo necessário para fazer uma única varredura.

Padrões de calibração para medições precisas de impedância da antena

Além de configurar o analisador, a calibração de uma porta é necessária para medições precisas de impedância da antena. O processo de calibração envolve a conexão sequencial de padrões de calibração no local onde a antena será conectada.

Os três padrões de calibração são:

• «Open» (aberto)
• «Short» (em curto)
• «Match» (correspondência), ou «load»

As unidades de calibração eletrônicas podem ser uma alternativa a esses padrões conectados manualmente. Essas unidades alternam automaticamente seus padrões internos e são controladas pelo analisador conectado. Elas tendem a ser muito mais rápidos do que o uso de padrões manuais.

Se a antena ou a linha de transmissão for conectada diretamente à porta do analisador, os padrões de calibração também deverão ser conectados diretamente a essa porta. Se um cabo do dispositivo em teste for usado, os padrões de calibração também deverão ser conectados à extremidade de um cabo do dispositivo.

Formatos de medição da impedância de antenas

Os analisadores oferecem vários formatos para analisar a impedância da antena:

• Taxa de onda estacionária (SWR): a SWR indica a relação entre a potência transmitida e a refletida, com um valor ideal de 1:1. Geralmente é apresentada em relação à frequência para determinar a largura de banda.
• Perda de retorno: expressa em dB, a perda de retorno representa a relação entre a potência refletida e a potência transmitida em uma escala logarítmica. Valores mais altos indicam um melhor desempenho da antena.
• Impedância complexa e cartas de Smith: além dos valores escalares, os analisadores podem medir a impedância complexa, fornecendo informações sobre os componentes reais e imaginários. Os resultados são exibidos em uma carta de Smith, oferecendo uma visão abrangente do comportamento da impedância ao longo da frequência.