Măsurarea antenelor la NIST
Sub titlul Robot Adds New Twist to NIST Antenna Measurements and Calibrations a fost publicat pe pagina NIST un interesant articol despre noile orizonturi deschise de cercetătorii americani de la Institutul naţional de standarde şi tehnologie, o agenţie a Departamentului Comerţului, în domeniul măsurării şi calibrării antenelor. Articolul este prezentat mai jos în traducere cu permisiunea autoarei, care este şi unul dintre producătorii filmului din finalul articolului:
«Institutul naţional de standarde şi tehnologie a făcut pionierat de decenii în domeniul metodelor de măsurare a antenelor, însă noul robot pare să fie inovaţia de ultimă oră, care extinde măsurătorile la frecvenţele superioare, reuşind să definească mai rapid şi cu mai mare uşurinţă caracteristicile antenelor în comparaţie cu dispozitivele NIST anterioare.
Robotul – de fapt un braţ robotic de genul celor folosite în industria prelucrătoare – va fi utilizat pentru măsurarea rapidă şi exactă a proprietăţilor antenelor din comunicaţiile avansate, în detectarea de la distanţă în previziunile meteo şi monitorizarea climatului, în sistemele de imagistică şi de radar.
Cercetătorii de la NIST au lansat ideea braţului robotic în 2011, din dorinţa de a satisface cerinţele impuse de folosirea antenelor în domeniul frecvenţelor superioare. În prezent robotul a fost validat şi este utilizat pentru deservirea clienţilor Institutului naţional de standarde şi tehnologie. Introdus oficial prin publicarea unei noi lucrări (J.A. Gordon, D.R. Novotny, M.H. Francis, R.C. Wittmann, M.L. Butler, A.E. Curtin and J.R. Guerrieri. 2015. «Millimeter-Wave Near-Field Measurements Using Coordinated Robotics», IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol. 63, Issue 12), denumirea oficială a robotului este Configurable Robotic Millimeter-Wave Antenna (CROMMA).
«Am creat acest sistem pentru a răspunde nevoilor comunităţii constructorilor de antene de a dispune de o scanare configurabilă şi de înaltă precizie pentru lungimile de undă milimetrice. Sistemele anterioare nu erau pe atât de complete pe cât ar fi fost nevoie. Robotul ne dă posibilitatea de a explora numeroase modalităţi de a efectua măsurători. El este foarte configurabil şi oferă un nivel de repetabilitate extrem de înalt», spune cercetătorul-şef Joshua Gordon.
Robotica constituie cel mai recent progres în tehnica scanării near-field aplicată pe scară largă, în care NIST a fost un deschizător de drumuri în 1970. (Termenul near field communications, [NFC], desemnează un set de protocoale prin care între două dispozitive electronice situate la distanţă mică unul de celălalt, dintre care unul este de obicei portabil - de pildă un telefon inteligent - se poate realiza o comunicare de date radio – nota mea YO4PX cfm. Wikipedia)
Metoda foloseşte modele matematice complexe pentru a determina proprietăţile antenei şi pentru a calcula performanţele sale la distanţă mare – exact ceea ce se aşteaptă din partea unei antene –, utilizând date colectate în spaţii închise apropiate de antenă, acolo unde este mai uşor să se obţină indicaţii precise. Scanarea near-field permite cercetătorilor să evalueze câştigul antenei (puterea semnalului transmis sau recepţionat), polarizarea (orientarea câmpului electromagnetic) şi diagrama sa de radiaţie (distribuţia unghiulară a energiei transmise sau recepţionate).
1966: Armata Statelor Unite a folosit acest dispozitiv de testare a antenelor prin tehnica demodată a măsurării performanţelor în spaţiu liber (foto credit U.S. Army)
1967: Cercetătorii de la NIST au construit acest laborator pentru testele iniţiale ale tehnicii near-field pentru măsurarea proprietăţii antenelor la distanţă mică şi calculul caracteristicilor la distanţă mare (foto credit NIST)
Robotul, prevăzut cu şase axe, se poate răsuci chiar şi în poziţii neobişnuite pentru a măsura proprietăţile unei antene cu diametrul de până la 2 metri montată pe o platformă hexapodală. Un dispozitiv cu laser monitorizează şi înregistrează poziţiile reglate pentru corecţia posturii robotului cu scopul de a asigura acurateţea necesară. S-ar putea spune că este o versiune high-tech a jocului Twister.
Antenele pot fi poziţionate dinamic cu o precizie de zeci de micrometri în toate cele şase direcţii – în sus sau în jos, spre stânga sau spre dreapta, înainte şi înapoi - prin rabatare, rotire şi rulare. Braţul poate suporta o greutate de până la 35 de kilograme şi este capabil să măsoare proprietăţile antenei în aproape oricare dintre formatele aplicabile de un utilizator, inclusiv cele mai uzuale: sferică, plană şi cilindrică. Nu mai este necesară o măsurare separată pentru fiecare dintre cele trei tipuri de formate.
1983: Sistemul original folosit de NIST pentru a măsura antenele navetelor spaţiale, antenele militare şi cele ale sateliţilor. Acesta este un sistem aerian de avertizare şi de control (airborne warning and control sistem, AWACS) folosit în special de aviaţia S.U.A. cu scop de supraveghere (foto credit NIST)
2015: Cel mai recent sistem creat de NIST se bazează pe un robot pentru a măsura practic orice caracteristică a oricărei antene pentru aplicaţii cum ar fi comunicaţiile avansate (foto credit Suplee/NIST)
La început robotul va măsura frecvenţele între 100 şi 300 de gigahertzi (GHz), cu intenţia de a se ajunge în cele din urmă la 500 GHz şi chiar mai sus. Frecvenţele înalte – cu lungimi de undă foarte mici – sunt utilizate în numeroase aplicaţii existente sau pe cale de apariţie, aceasta mulţumită rezoluţiei spaţiale îmbunătăţite, a dimensiunii mai mici a componentelor antenelor şi a vitezei mai mari a transferului de date. Există o cerere specială pentru măsurători exacte mai sus de 100 GHz, un domeniu de frecvenţe promiţător pentru viitoarele generaţii de antene de comunicaţii evoluate şi pentru previziuni mai bune ale vremii şi ale schimbărilor climatice.
NIST calibrează antene pentru diverşi clienţi provenind din domeniul industrial şi militar, oferă un curs bianual pentru transferarea tehnologiei near-field către industrie şi alţi utilizatori şi ajută alte organizaţii să-şi amenajeze propriile lor sisteme de măsurare a antenelor. »
* * *
