MEDIDA DE DIAGRAMAS DE RADIACIÓN

MEDIDA DE DIAGRAMAS DE RADIACIÓN 

CAMPOS DE MEDIDA

Para medir el diagrama de radiación de la antena se desplaza otra antena, denominada sonda, a una distancia R constante y se van registrando las señales recibidas por la sonda en función de la posición angular. La representación de estas variaciones constituye el diagrama de la antena. 

Campos de medida en reflexión

A bajas frecuencias es muy difícil eliminar las reflexiones, por lo que, en vez de evitarlas, se intenta controlarlas de manera que sus efectos sean menos desfavorables. Estos campos se diseñan de manera que la suma de la señal directa y las reflejadas produzcan dentro de la zona de medida una onda aproximadamente plana. Se utilizan en VHF y UHF, por lo que al ser las longitudes de onda grandes, las variaciones de amplitud en función de la posición serán pequeñas.

Campos de medida elevados 

En algunas ocasiones, para evitar las reflexiones en el suelo, se sitúan la sonda y la antena que se quiere medir en lugares elevados, de manera que por la directividad de la sonda y la rugosidad del suelo el efecto de las reflexiones sea prácticamente despreciable.

Campos de medida inclinados 

En ocasiones, cuando existen problemas de espacio y para evitar las reflexiones, se utilizan los campos de medida inclinados. En éstos se sitúa la antena que se quiere medir sobre una torre o mástil, usualmente telescópico para facilitar el montaje de la antena. En al suelo y a cierta distancia de la torre se sitúa la sonda de medida cuyo diagrama de radiación se diseña de tal manera que presente un nulo en la dirección del suelo donde se produce la reflexión. Este tipo de campo de medida es usual en la medida de antenas de VHF y UHF.

Cámaras anecoicas 

La mejor manera de medir antenas es evitar las reflexiones o por lo menos  que estas tengan un valor muy bajo. Esto es lo que se intenta lograr en las cámaras anecoicas, que son recintos cerrados recubiertos, en sus paredes, con paneles de materiales absorbentes, de manera que las reflexiones en ellos sean muy pequeñas.

Campos de medida compactos 

Para evitar los problemas del bloqueo del alimentador las geometrías del reflector suelen ser asimétricas, u otras aún más complejas ( dobles reflectores, cassegrain o gregorianas). La antena que se quiere medir se coloca en frente del reflector, cuyo tamaño deberá ser lo suficientemente grande como para garantizar una onda plana sobre toda la antena. Aún así, las dimensiones totales del conjunto son mucho menores que las exigidas en uno de medida en campo lejano directo. Bebido a su reducido tamaño se les denomina campos de medida compactos.

Instrumentación de medida 

La figura muestra el esquema general de un sistema para la medida de antenas. Los elementos básicos que lo configuran son: un generador de radiofrecuencia, una sonda de medida, unos posicionadores para mover la antena, un sistema de detección y medida de la señal recibida y un sistema de control y almacenamiento de los datos recibidos.

Sistemas de posicionado

Si solo se requiere la medida de un corte del diagrama será suficiente con u  motor que mueva la antena respecto a un eje. Pero lo habitual es querer hacer medidas completas del diagrama, con lo cual son necesarios dos motores o posicionadores que se muevan sobre ejes ortogonales.

Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 377-388

MEDIDA DE GANANCIA 

Uno de los parámetros más importantes que caracteriza a una antena es su ganancia. Existen dos clasificaciones básicas de los métodos de medida de ganancia: absolutos y por comparación. La medida absoluta se suele hacer con antenas que luego se van a emplear como referencia en otras medidas. Las dos antenas más comúnmente empleadas como patrones en la medida de otras son el dipolo resonante en l /2 (con una ganancia de 2.1 dB) y las bocinas piramidales (con ganancias entre 10 y 25 dB).

Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 388-389

MEDIDA DE LA DIRECTIVIDAD 

A diferencia de la ganancia, que es un parámetro que también depende de la eficiencia de la antena, la directividad depende únicamente del diagrama de radiación, por lo que para hallarla es preciso conocer éste.

Un método es hallar la directividad a partir de sus expresiones aproximadas en función del ángulo sólido equivalente. Este último se puede estimar como el producto de los anchos de haz a -3db de la antena en sus planos principales.

Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 389

MEDIDA DE IMPEDANCIA 

La medida de la impedancia es igual a la de cualquier dispositivo de un acceso, con la particularidad de que hay que tener en cuenta que los elementos que rodean a la antena afectan a su impedancia y por tanto, al hacer la medida, se deberán reproducir lo más fielmente posible las condiciones reales de funcionamiento de la antena. A continuación se  mencionan algunos métodos de medida.

Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 390-391

MEDIDA DE LA DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE 

Para la medida de corrientes el método más simple consiste en desplazar una pequeña antena, usualmente una espira, es decir, un dipolo magnético elemental, paralelamente y muy próxima al hilo de corriente. Si el plano de la espira y el del dipolo coinciden, la tensión inducida en ella será proporcional al flujo magnético que la atraviesa. Si el tamaño de la espira es suficientemente pequeño se puede decir que el campo magnético será constante y proporcional a la corriente del hilo en aquel punto.

Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 391-392

MEDIDA DE POLARIZACIÓN 

En la práctica, es difícil construir una antena que mantenga sus características de polarización para cualquier punto de su diagrama, por lo que para una caracterización completa se deberán medir las características de polarización en múltiples direcciones. Hay diferentes técnicas para determinar la polarización de una onda, a continuación se presentan algunas de ellas.

Medida del diagrama de polarización

Esta medida da la información de la relación axial y del ángulo de inclinación de la onda, pero no de su sentido de giro. La antena que se quiere medir se puede emplear en transmisión o en recepción y se precisa de una antena linealmente polarizada, por ejemplo el dipolo, montado según se indica  en la figura.

Medida de la amplitud y de la fase 

Los instrumentos que se emplean en los campos de medida permiten conocer no sólo la amplitud, sino también la fase de la señal. Midiendo la tensión recibida por una antena linealmente polarizada cuando se orienta según dos direcciones ortogonales del espacio la polarización de la onda queda ya completamente definida. La medida se puede realizar con dos antenas cualesquiera que no tengan la misma polarización pero que estén caracterizadas, tanto en polarización como en ganancia, realizando algunos cálculos para expresar, finalmente, el resultado en función de dos componentes ortogonales.

Método con tres antenas

Si se requiere una elevada precisión se deberá emplear un método de medida absoluto. Para ello se emplean tres antenas cuyas características de polarización son desconocidas. La única limitación es que al menos dos de ellas no tengan polarización circular. Emitiendo por una antena se mide, en módulo y fase, la tensión recibida por otra de ellas. La medida se repite rotando 90º las antenas entre sí. Realizando el mismo proceso con todas las combinaciones de antenas resulta finalmente un conjunto de seis medidas en donde quedan como incógnitas la polarización de las antenas y la ganancia de las mismas.

Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 392-393

MEDIDA DE LA TEMPERATURA DE ANTENA 

La medida de la temperatura de antena, Ta, se realiza comparando la potencia de ruido recibida por la antena con la de una fuente de temperatura de ruido conocida, Tref. Para mayor exactitud en las medidas es preferible que la temperatura de la fuente de referencia sea lo más parecida posible a Ta.

Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 394

MODELOS A ESCALA 

En muchas aplicaciones, como antenas en aviones o barcos, las estructuras son tan grandes o pesadas que es imposible incluirlas en el campo de medida. En estos casos es posible realizar las medidas sobre un modelo a escala. Ya se ha visto que el comportamiento de una antena no depende de sus dimensiones absolutas sino de las relativas respecto a la longitud de onda de trabajo. Por lo tanto, el comportamiento de una antena y un modelo a escala será el mismo si se escala la frecuencia de funcionamiento por el mismo factor.

LONGITUDES  l' = l / n
TIEMPO  t' = t / n
LONGITUDES DE ONDA  l = l/
CAPACIDAD  C' = C / n
INDUCTANCIA  L' = L / n
ÁREA EFECTIVA  Ae' =  Ae / n²
FRECUENCIA  f' = nf
CONDUCTIVIDAD  s' = sn
PERMITIVIDAD  e' = e
PERMEABILIDAD  µ' = µ
VELOCIDAD  v' = v
IMPEDANCIA  Z' = Z
GANANCIA  G' = G
SECCIÓN RECTA RADAR  s' = s /

Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 395

MEDIDAS EN CAMPO PRÓXIMO

En las medidas en campo próximo las componentes tangenciales del campo eléctrico producido por la antena bajo prueba se miden, en amplitud y fase, por la sonda sobre una superficie que puede encontrarse a unas pocas longitudes de onda de la estructura de la antena. Las superficies de medidas más utilizadas son: la plana, la cilíndrica y la esférica.

Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 395-397