Medida de antenas en campo próximo sobre una superficie cilíndrica

MEDIDA DE ANTENAS EN CAMPO PROXIMO SOBRE UNA SUPERFICIE CILINDRICA L. Jo e, A. Ca dama, M. Fe ando* F. Robin, A. Heckli, Y. Michel ** ~ E.T.S.I.T. Ba celona **Socie e d'E ude du Radan , Pa is ABSTRACT An e icien o mula ion o a - ield econs uc ion om nea - ield measu emen s on a cylinde is p esen ed. An expe imen al se up is de o ed o he s udy o he in luence on he econs uc ion o he di e en geom~ ic pa ame e s. I. INTRODUCCION La ob enci6n de las ca ac e is icas de adiaci6n de una an ena, a pa i de la medida de ampli ud y ase de la dis ibuci6n de campo en su zona p oxima, es un p ocedimien o, desa ollado en la ul ima decada, que con ie e la medida clasica de campo abie o, en una medida ce ada de labo a o io. La geome ia de medida (plana, cilind ica o es e ica), iene condi cionada, en p incipio, po el ipo de diag ama a medi , y, en ul ima ins ancia, po los medias de ipo mecanico o in o ma icos disponibles. Seglin su diag ama, puede deci se que pa a an enas muy di ec i as la supe icie plana se a la mas adecuada, pa a an enas con un ancho de haz g ande (o capaces de explo a un g an ma gen) en un plana, se a la cilind ica y que la geome ia es e ica se adap a- a bien a las an enas pocos di ec i as. Globalmen e, puede deci se que la enume aci6n dada es a o denada de mayo a meno di icul ad mecanica, de meno a mayo complejidad anali ica y de meno a mayo gene alidad en cuan o a ipos de an enas a medi . La elecci6n de la geome ia cilind ica esul a se una buena soluci6n de comp omise con los medias dispo iibles en un labo a o io de ipo media. II. ESTUDIO ANALITICO Sea una supe icie cilind ica S, de adio R0, que odea comple a- men e a la an ena, de dimension lineal 2a ( ig.1). U ilizando un desa ollo en mod os cilind icos, el campo ex e io .a S, puede exp esa se { 1}, pa a p-+ oo, coma: -+ e-jK "' ejncjJ .n+1 Ee ( ) jW sen8 l: J a(n, KZ) 1T n=-oo -+ e-jK sen8 l: ejncjJ .n+1 ( 1) EcjJ ( ) jwn 1T J b(n, KZ) n=-oo - 177 - donde los coe icien es a, b (n, KZ) pueden ob ene se a pa i de las compone~ ->- ->- + es angenciales de E 6 H sob e S. Pa a el caso de H se ob iene: donde: H<jl,z (n, KZ) 2n 2n 0 KZ K cos 8 K 2n//.. d <jl , H<jl,Z (Ro' -oo n KZ Hz(n,Kz) R 0 (K 2 - K~) <jl,Z) e-jn<jl ejKZZ (2) d z ( 3) En la p ac ica hab a que oma en conside aci6n el e ec o de la son da sob e la medida. Es e, puede e alua se, desp eciando la in e acci6n mu ua, - u ilizando el eo ema de ecip ocidad de Lo en z. Las ecuaciones exac as {2} i~ nen el incon enien e de p ecisa el diag ama comple o de la sonda y maneja o - mulaciones nume icamen e complejas Si, como ocu e en la mayo ia de los casos p ac icos, la an ena se halla en el campo lejano de la sonda y el diag ama de es a puede conside a se, en su zona on al, una buena ap oximaci6n del de un dipolo elec ico o magne ~ eo, las exp esiones pueden simpli ica se no ablemen e {3}, ob eniendo pa a un- dipolo magne ico : ->- Ee ( ) donde: '¥ n F ('¥ n) ji -jK ~ TI --:- -jK ;l~ TI - sen KR 0 I 2 TI N /2 0 L N 0 n=- 2 N0 /2 L N ejn<jl +1 n=- -0 - +1 2 T) sen8 H<P (n,Kz) sen8 + sen8 cos e-jK Ro sene cos~n K R sen8 cos '¥ 0 n - 178 - Hz(n,Kz)sen '¥ n '¥n F('¥n) (4) e jn '¥ . n Las exp esiones (4) ienen el me i o de u iliza unicamen e ans o - madas de Fou ie , a di e encia de (2) donde apa ec£an unciones cilind icas mas cos osas, en gene al, de p ocesa . En la igu a 2 se compa a el diag ama plane E ob enido median e (4) con el medido en campo lejano. III. ESTUDIO PARAMETRICO EXPERIMENTAL Pa a es udia la in luencia de los dis in os pa ame os geome icos de la medida: paso 6Z 0 y longi ud de explo aci6n lineal Z0, paso 6~ 0 y longi ud ang~ la de explo aci6n ~ 0 y adio del cilind o de medida R0, se ha u ilizado el sis e made posicionado plane, disponible {4}, al que se ha a iadido un posicionado an- gula Scien i ic A lan a. Come sonda se ha u ilizado una boca de guia ( ig.3) de dimensiones 7.6x3.4 mm ca gada de dielec ico (E = 9) cuyo diag ama, ep esen a- do en la ig. 4, es una buena ap oximaci6n del diag ama e6 ico de un dipole mag- ne ico elemen al. Las medidas se han ealizado a 9.6 GHz sob e una bocina pi amidal de - 21 dB(20X14 cm). La u ilizaci6n de la bocina pe mi e, po una pa e, es udia los angulos sepa ados del maximo sin excesi a a enuaci6n, y po o a, ap oxima el dia g ama o al a pa i de una medida unidimensional. a) Paso y longi ud de explo aci6n lineal: Come pa a el case plane {4}, el paso 6Z 0 maximo y la explo aci6n Z0 minima, ienen aco ados po el angulo maximo a m, del diag ama, que se quie a econs ui : z 0 6z 0 Za + 2 (R 0-a ) g am (5) A/2 (6) sen am b) Paso angula : El paso angula de medida es a elacionado di ec amen e con el nu me e de a m6nicos N0, que son unci6n de adio "a" del cilind o minimo que odea la an ena. El alo minimo pa a N0 se consegui a cuando el eje de o aci6n coin- cida con el cen e de ase de la an ena. Si la es uc u a no es supe di ec a N0 puede ap oxima se po : N = 2 Ka 0 271 No A 2a (7) En la igu a 5 se ha ep esen ado la ampli ud de los a m6nicos ob enidos con el mon aje desc i o (6~ =4,6°) pa a 6~=2, 4, 6°. El diag ama co e , spondien e se - 0 ha ep esen ado en la ig.6, donde se pone de mani ies o la dis o si6n que apa- ece al mues ea con 6~ > 6~ 0 • c) La longi ud ~ 0 de explo aci6n se a una co a maxima de alidez del diag ama. Si el angulo maximo que se desea cons ui es ~m' se pod a pone , ~ 0 > ~m· En la igu a 7 se ep esen a el diag ama ob enido pa a di e en es alo es de ~0 (60°' 90°' 120°' 180°). - 179 - d) Radio del cilind o de medida: El alo minima de R end a condicionado unda- o men almen e po la exigencia de que la an ena debe es a en el campo lejano de la sonda y se a po an o uncion de ambas. El alo maxima V8nd a limi ado po cues iones mecanicas y de sensibilidad. Valo es habi uales es a an en o no a 10 . IV. CONCLUSIONES Se han ob enido, sin pe dida ap eciable de gene alidad, unas exp esiones simplicadas pa a la ans o macion campo p oximo-campo lejano,pa a un a geome ia ci lind ica,que e i an la u ilizacion de unciones cilind cicas y de diag ama de la- sonda. Es as exp esiones han sido aplicadas al es udio de la in luencia de los dis in os pa ame os, lo que ha pe mi ido ob ene los c i e ios de de inicion de una zona de campo p oximo cilind ico. BIBLIOGRAFIA 111 R.F. HARRINGTON. "Time-Ha monic Elec omagne ic Fields", Me G aW-Hill, 1961 j2j W.M. LEACH, D.T. PARIS "P obe compensa ed nea - ield measu emen s on a cyli~ de " IEEE T ans. An ennas P opag. ol. AP-21, nQ 4, Julio 1973, pp 435-445. j3j G. V. BORGIO'I'TI. "In eg al equa ion o mula ion o p obe a - ield econs- uc ion on measu emen on a cylinde " IEEE T ans. An ennas P opaga . Vol. AP-26 nQ 4, Julio 1978, pp. 572-578. 141 L.JOFRE, A. CARDAMA, Y. MICHEL, F. ROBIN, A. HECKLI. "Ca ac e isa ion d'un- sys eme expe imen al pou la mesu e a champ p oche". Reunion Anual URSI, Co- mision B, Ba celona, Oc ub e 1.981. o<d~B~ T- ~- .~~- ~- ~ T, · ) 1 ·· 111 A ~ - Ji "' ·· · ·· ·· · ··· ·· ··· .. . y ,p, """' 0 lJ>"""i" .~.- x - 1( .. · ~ zl--o +--1--~~:::::::;:::<J-J+--~~--60 w ~ Fig. 1.- Geome ia de la medida de campo sob e una supe icie cilin- d ica. -180 0 180(0) Fig.2.- Compa acion del diag ama plano- E de la bocina, ob enida en campo p oximo (----) con el medido en cam po lejano ( •..• ). - 180 - Fig.4.- Diag ama de la sonda de la igu a 3, equi alen e a un dipolo mag- ne ico elemen al: a) pola izaci6n de e e encia E~, b) pola izaci6n c uzada Ee. dielec ico Fig.3.- Sonda en boca de guia (46 x 3.4 mm) ca gada con dielec ico (E = 9). -180 0 Fig.6. - In luencia sab e el diag ama de adiaci6n de los di e en es pasos angula es co espondien es a la igu a 5. · 0 (dB) - --- .. --- 1;'1 ... . .. _---· -- 1- ---- ·- 1 - ~ - ~V- - - l ~~--+- - - 1 ·- - - --- -·1- · -- - ·1 - · --;- - - ··- ·- 1 · -- - - - - 1· -1- - - - .. . - · -· - 1- ~~- - w~--~- - - - ~- - - -~~~~ - - - ~-~ - ~-~~w ~. - ·- ·- - -- - - - - 1- - Fig. 5.- Espec o de los a m6nicos cilind icos co espondien es a di e en es pasos angula es 6~: (--) 2o, (----) 4o ,( .... ) 6<J . Fig.7.- In luencia sab e el diag a- ma de adiaci6n de la longi ud de explo aci6n ~ o: (--) lSOo. (----) 120o, ( •.. . ) 90o, (-.-.-) 60o. - 181 -