Resumen de Desarrollo e implantación de un sistema de medida de antenas en cámara anecoica
- español
En esta tesis se presenta el desarrollo e implantación de una instalación de medida para caracterizar el patrón de radiación de determinadas antenas. Este tipo de instalación, denominada cámara anecoica, está formada por un recinto cerrado con un recubrimiento metálico y que junto con el material absorbente adherido a paredes, techo y suelo, permite realizar mediciones en ausencia de interferencias electromagnéticas externas así como de contribuciones de la propia antena provocadas por reflexiones. Aparte de los elementos mencionados, la instalación está compuesta por otros elementos de carácter electromecánico y electromagnético, y aunque hoy día existe multitud de información sobre cada uno de estos elementos, no es fácil encontrar información sobre el proceso de diseo?, desarrollo y puesta a punto de este tipo de instalaciones en su conjunto. El presente trabajo pretende realizar un estudio completo de cada uno de los elementos por los que está formada la cámara anecoica, así como desarrollar nuevas técnicas para el proceso de movimiento, control y medición electromagnética de una antena. Para ello se ha hecho uso de la tecnología Trajexia de Omron, mediante la cual han sido desarrollados diferentes tipos de movimientos con los que se permiten realizar exploraciones en una superficie plana, cilíndrica y esférica. El diseo? de la cámara permite realizar mediciones en campo cercano para los sistemas de exploración plano y cilíndrico, y campo cercano y lejano de hasta 5 metros para el sistema de exploración esférico. También han sido implementados algoritmos de corrección de la posición para los diferentes ejes de movimiento que han permitido mejorar de forma considerable la precisión del sistema. Las técnicas implementadas permiten realizar mediciones electromagnéticas de antenas hasta 40 GHz. Para facilitar la interacción entre el usuario y el sistema se ha dise?do una interfaz gráfica que actúa como nexo de unión entre todos los elementos instalados, permitiendo gestionar el proceso de una medida de una manera sencilla y precisa. La interfaz ha sido desarrollada con el programa VEE de Agilent Technologies, y que entre otras tareas se encarga de virtualizar los instrumentos, configurar la medida que se pretende realizar, sincronizar todos los elementos del sistema y gestionar las mediciones de los instrumentos implantados. Para completar la instalación ha sido implementado un software de post-procesado basado en métodos numéricos que procesan los campos medidos en situación de campo cercano y obtienen la transformación a campo lejano. Para llevar a cabo estos procesos matemáticos se ha hecho uso de los lenguajes de programación Matlab y Fortran, que facilitan el trabajo a la hora de trabajar con grandes matrices de datos. Los algoritmos son ejecutados a través de una interfaz gráfica desarrollada en Java y que gestiona la visualización de resultados. Utilizando la interfaz es posible visualizar el patrón de radiación de la antena, directividad, ganancia y parámetros-S entre otros. La instalación de medida ha sido verificada con múltiples medidas de una gran variedad de antenas y con diferentes frecuencias de operación. Los resultados han sido comparados con resultados obtenidos de simulaciones electromagnéticas y con los obtenidos de otras cámaras anecoicas confirmando el correcto funcionamiento de la instalación. Previa presentación de este trabajo, la instalación ha formado parte de un gran proyecto a nivel nacional en la que se ha tenido que caracterizar el patrón de radiación de la antena de un satélite de observación de la Tierra, demostrando que la instalación desarrollada e implantada se encuentra en situación de llevar a cabo mediciones para los proyectos más sofisticados.
- English
This thesis presents the development and implementation of a measurement system to characterize the radiation pattern of antennas. This system, called anechoic chamber, consists of an enclosure with a metal coating and absorbent material attached to the walls, ceiling and floor, and allows to obtain measurements in the absence of external electromagnetic interference and contributions due to undesired reflections.
Besides the above elements, the system consists of other electromechanical and electromagnetic elements, and despite the fact that there is nowadays plenty of information about them, it is not easy to find information on the design process, development and tune-up. This work aims to make a complete study of all elements from which the anechoic chamber is formed, and develop new techniques related to the movement process, control and electromagnetic measuring. The Trajexia Technology from Omron has been used in order to develop different movements to allow planar, cylindrical and spherical exploration. The chamber design allows measurements in the near-field scanning system for planar and cylindrical acquisitions, and near-field and farfield up to 5 meters for spherical scanning.
Positioning correction algorithms for different motion axes have been implemented, and they have been the key for a noticeable improvement in the system accuracy. These implemented techniques allow antenna electromagnetic measurements up to 40 GHz. To ease the interaction between the user and the scanning system a graphical interface has been designed as the common link of all the elements installed, allowing to manage the measuring process easily and accurately. The interface has been developed with the Agilent VEE program, which among other things is responsible for the virtualization of the instruments, the configuration of the measurement to be carried out, the synchronization of all the elements of the system and the management of the instrumentation used for the measurements.
In order to complete the system a prost-processing software has been developed, which is based on numerical methods that process the near-field measurements and obtain the far-field transformation. These mathematical processes have been designed using Matlab and Fortran, two programming languages which facilitate the computations when large data matrices are involved. The algorithms are implemented through a graphical user interface developed in Java to manage the visualization of the results. It is possible to visualize the antenna radiation pattern, directivity, gain, and S-Parameters, among other type of results.
The system described in this work has been verified with different types of antennas and operation frequencies. The results have been compared to electromagnetic simulation results obtained with other anechoic chambers, confirming the correct operation of the system. This system has been part of a large national project in which it has been necessary to characterize the antenna radiation pattern of an Earth observation satellite, demonstrating that the system described in this work is capable of obtaining excellent results for very demanding projects
