Medição do campo próximo de antenas e outras estruturas

Abstract

Quis-se estudar uma técnica que contribuísse para a melhoria dos resultados de medição das três componentes cartesianas do campo próximo. Começou por se conceber um sistema para medição do campo próximo de qualquer objecto que emita radiação electromagnética. Para isso, fez-se uma aplicação para controlo de um posicionador de grande precisão e de um analisador vectorial de circuitos. Construíram-se as sondas de campo eléctrico e campo magnético. O sistema foi testado com sucesso para antenas, circuitos em microstrip e estruturas metamateriais. Para algumas antenas, aplicou-se um método para recuperação das componentes cartesianas do campo próximo. São necessárias três medições para três orientações da antena que diferem de 120º entre si. Os valores medidos são introduzidos como argumentos de um sistema de equações que devolve o valor complexo de cada componente cartesiana. Como a sonda e o próprio posicionador interferem com a medida, estudou-se o impacto da introdução de uma lente de metamaterial entre a sonda e a antena. Comprovou-se que para as frequências de projecto a lente é capaz de transportar da sua interface de entrada para a sua interface de saída o campo próximo radiado pela antena. Isto tem a grande vantagem de evitar as interferências sonda-antena. Para três medições com a lente, e usando o mesmo método que antes, voltou a calcular-se as componentes do campo próximo, que se revelaram agora mais exactas. Por fim, observaram-se os resultados do cálculo do campo distante, com base nestas medidas de campo próximo.

The goal of this work was to study a novel technique to measure all the components of the near-field. First of all a near-field scanner was designed. For that purpose, a very accurate mechanical positioner and a vector network analyzer were used, controlled by C++ application. Electric and magnetic probes were fabricated and the system was successfully tested for antennas, microstrip circuits and special metamaterial structures. The proposed method was validated in different scenarios. Three measurements are required for three antenna orientations that differ by 120º. The measured values are the input for an equations system that returns a complex value for each Cartesian component. As the probe and the positioner itself interfere with near-field, it was studied the impact of introducing a metamaterials lens between the probe and the antenna. It was shown that the lens is able to transport the antenna near-field from its input to its output interface. This has the potential advantage of reducing the probe-antenna coupling. In particular, the retrieved near-field with the lens may be more accurate than in a direct measurement without the lens. The far-field of several test antennas was characterized using the measured near-field.