Calibrazione dei ricevitori radar meteo utilizzando il generatore R&S®SMB100A

Attività da eseguire

I meteorologi utilizzano apparecchiature radar meteo principalmente per analizzare la struttura dinamica di singole nuvole o di formazioni di nubi e per una misura completa e continua delle precipitazioni. Un parametro importante per l'accuratezza delle previsioni meteo è l'intensità delle precipitazioni, o tasso di pioggia, misurata con radar meteo.

Anche se le apparecchiature radar non possono misurare direttamente l'intensità delle precipitazioni, possono misurare la riflettività. La riflettività è un'unità per la sezione trasversale della retrodiffusione di bersagli ed è proporzionale all'energia retrodiffusa da tutte le particelle diffuse nel fascio radar verso l'antenna. La riflettività cresce con il numero e la dimensione delle gocce di pioggia nell'aria.

La determinazione quantitativa della riflettività è fondamentalmente una misura a due porte con il trasmettitore radar come sorgente del segnale e con il ricevitore come misuratore selettivo di potenza. Il fattore di trasmissione del percorso dal trasmettitore al ricevitore può essere calcolato dalla potenza trasmessa (transmitted power, Pt) nota e dalla potenza ricevuta (received power, Pr) misurata. Questo fattore di trasmissione include la riflettività del bersaglio, il guadagno dell'antenna e il fattore di attenuazione del percorso dall'antenna al bersaglio del radar. Poiché il guadagno dell'antenna e la perdita di trasmissione sono noti, è possibile calcolare la riflettività.

I trasmettitori radar generano, di solito, una potenza di uscita sufficientemente accurata per determinare la riflettività. Con i ricevitori questo è più difficile. In generale, essi sono in grado di monitorare le variazioni di livello con elevata accuratezza, ma sono caratteristicamente troppo imprecisi per misurare livelli assoluti.

L'accuratezza necessaria per questa misura può essere ottenuta calibrando regolarmente questi ricevitori con una sorgente del segnale che abbia un livello di uscita estremamente accurato. Un radar meteo calibrato è indispensabile per determinare precisamente la probabilità di precipitazione nonché la densità di pioggia, neve o nebbia.

Soluzione di misura e collaudo

Il generatore di segnali analogico R&S®SMB100A fornisce livelli di uscita molto precisi per calibrare i ricevitori di radar meteo.

Per effettuare la calibrazione, il generatore R&S®SMB100A viene inserito nel circuito di misura utilizzando un accoppiatore direzionale (accoppiatore a 16 dB) nella linea di ricezione del radar meteo.

Un attenuatore a 3 dB va inserito tra la porta di accoppiamento dell'accoppiatore direzionale e il generatore R&S®SMB100A per migliorare l'adattamento di impedenza. L'attenuazione totale dall'uscita del generatore R&S®SMB100A all'ingresso del ricevitore radar deve essere nota, in modo che possa essere presa in considerazione quando si imposta il livello di uscita del generatore R&S®SMB100A. Questa attenuazione, che è misurata con precisione durante l'installazione, è quasi esattamente di 20 dB: un risultato della perdita di trasmissione dell'accoppiatore direzionale, dell'attenuatore e delle perdite nel cavo. Il livello di uscita del generatore R&S®SMB100A è perciò variato da +10 dBm a –90 dBm per coprire l'intervallo da –10 dBm a –110 dBm, che è ottimale per la maggior parte dei ricevitori radar.

Durante la calibrazione del ricevitore, il trasmettitore radar è spento e lo strumento R&S®SMB100A genera il segnale di calibrazione alla frequenza e al livello richiesti. Il livello del segnale misurato dal ricevitore è letto e confrontato con il livello di calibrazione per calcolare un valore di correzione. Poiché i ricevitori mostrano tipicamente una buona accuratezza di livello relativa, è sufficiente eseguire una calibrazione a due punti in cui i valori di correzione per il ricevitore sono calcolati e salvati per un livello elevato, ad es. –10 dBm, e un livello basso, ad es. –70 dBm.

Se richiesto, è possibile utilizzare più di due punti di calibrazione. Anche il limite di sensibilità minore del ricevitore, ad es. –110 dBm, può essere raggiunto con il generatore R&S®SMB100A. Dopo la calibrazione, il generatore R&S®SMB100A viene spento e l'apparecchiatura radar è pronta per il funzionamento regolare. Gli intervalli di calibrazione dipendono dalla stabilità del ricevitore e sono, di solito, di un mese.

IL generatore R&S®SMB100A offre un'accuratezza di livello misurata < 0,1 dB (a 5,62 GHz e a temperatura ambiente) per i livelli di uscita pertinenti. Inoltre, la sua frequenza di uscita massima di 12,75 GHz consente la calibrazione fino alla banda di frequenza X. Il generatore R&S®SMB100A rappresenta pertanto la sorgente ideale ad accuratezza elevata per la calibrazione della misura di livello assoluta dei ricevitori radar meteo.

Per rispettare requisiti prestazionali ancora maggiori, è possibile utilizzare il generatore di segnale analogico di fascia alta R&S®SMA100A, che fornisce un'eccellente purezza spettrale.