Mesure d'antenne avec analyseur de réseaux vectoriels

Mesure de l'impédance d'une antenne

Alors que des simulations et des modélisations peuvent prédire la performance d'une antenne, des facteurs du monde réel introduisent souvent des variations. Pour ce faire, des mesures physiques dans des conditions réelles sont nécessaires afin de vérifier la performance d'une antenne.

Il existe deux types de mesures d'antenne :

• Les mesures de rayonnement, qui mesurent des paramètres tels que le gain, la directivité, la largeur de faisceau et l'efficacité
• Les mesures d'impédance, qui mesurent l'impédance (complexe) de l'antenne

L'impédance d'une antenne détermine la quantité de puissance d'entrée ou émise absorbée ou rayonnée par l'antenne, et la quantité retournée vers l'émetteur. Cela est déterminé en injectant un signal sur l'antenne, puis en mesurant la magnitude et la phase du signal réfléchi.

Il existe plusieurs méthodes et outils qui peuvent être utilisés pour la mesure d'une impédance d'antenne, mais la méthode privilégiée est l'utilisation d'un analyseur de réseaux vectoriels (VNA) afin de réaliser une mesure de réflexion (S11).

Les VNA sont des instruments polyvalents capables d'effectuer des mesures scalaires et vectorielles des puissances émises et réfléchies. Ils disposent d'une précision élevée sur une large gamme de fréquence, et ils disposent également d'une gamme dynamique élevée. Ces instruments peuvent également être utilisés pour d'autres tâches RF, telles que la mesure des pertes de câble ou le test de filtres et d'amplificateurs.

Comment mesurer une impédance d'antenne

Il existe trois étapes clés dans les mesures d'antenne :

1. La connexion de l'antenne
2. La configuration du VNA
3. La calibration de la configuration

Commençons avec la connexion de l'antenne. Les antennes sont souvent connectées aux VNA via une ligne d'alimentation. Cette ligne d'alimentation peut être directement connectée au port du VNA, ou un câble supplémentaire de dispositif sous mesure (DUT) peut être utilisé pour connecter le VNA au câble sous test. Si un câble DUT est employé, une calibration à la fin du câble assure des mesures précises.

Il y a trois aspects à considérer lors de la configuration du VNA :

• La configuration du générateur suiveur, qui fournit un signal d'excitation balayé utilisé à la fois à l'entrée de l'antenne et comme référence lorsque l'on regarde la quantité de signal réfléchie par l'antenne.
• La spécification de la gamme de fréquence de balayage sur laquelle le générateur suiveur est balayé.
• Le réglage du nombre de points de mesure; l'augmentation de ce nombre au-delà des réglages par défaut de l'analyseur fournira plus de détails, mais plus de points de fréquence augmentera également la quantité de temps nécessaire pour effectuer un seul balayage.

Des normes de calibration pour des mesures précises de l'impédance d'antenne

En plus de la configuration du VNA, une calibration d'un port est nécessaire pour des mesures précises d'impédance d'antenne. Le processus de calibration consiste à positionner séquentiellement des étalons de calibration à l'endroit où l'antenne sera connectée.

Les trois étalons de calibration sont :

• Ouvert
• Court-circuit
• Charge

Des unités de calibration électroniques peuvent être une alternative à ces étalons positionnés manuellement. Ces unités commutent automatiquement leurs étalons internes et sont contrôlées par le VNA relié. Elles ont tendance à être beaucoup plus rapides que l'utilisation d'étalons manuels.

Si l'antenne ou la ligne d'alimentation sont directement reliées au port du VNA, les étalons de calibration devront également être directement reliés à ce port. Si un câble DUT est utilisé, alors les étalons de calibration devront également être reliés à la fin d'un câble DUT.

Formats de mesure d'une impédance d'antenne

Les VNA fournissent plusieurs formats pour l'analyse d'une impédance d'antenne :

• Le rapport d'onde stationnaire (SWR) : le SWR indique le rapport entre les puissances émise et réfléchie, avec une valeur idéale de 1:1. Il est souvent indiqué en fonction de la fréquence afin de déterminer la bande passante.
• Les pertes retour : Exprimées en dB, les pertes retour représentent le rapport des puissances réfléchie et émise sur une échelle logarithmique. Des valeurs supérieurs indiquent une meilleure performance d'antenne.
• Impédance complexe et diagrammes de Smith : Au-delà des valeurs scalaires, les VNA peuvent mesurer une impédance complexe, en fournissant des informations sur des composants réels et imaginaires. Les résultats sont affichés sur un diagramme de Smith, en proposant un aperçu complet du comportement de l'impédance en fonction de la fréquence.