Testeurs VNA: Outils indispensables dans la conception, le test et l'optimisation des antennes.

Les testeurs VNA offrent une méthode précise et polyvalente pour analyser les performances des antennes dans les gammes de fréquences prévues et dans des conditions réelles.

Dans le monde de l'ingénierie RF et micro-ondes, les analyseurs de réseaux vectoriels (VNA) sont des instruments essentiels pour évaluer le comportement des composants de radiofréquence, y compris l'un des composants les plus critiques de tout système sans fil: l'antenne, de la simple antenne fouet aux réseaux phasés complexes.

Un analyseur de réseau vectoriel est un instrument électronique utilisé pour mesurer les paramètres de réseau des réseaux électriques, principalement dans les gammes de fréquences RF, micro-ondes et ondes millimétriques. Les VNA évaluent la façon dont les signaux RF sont transmis et réfléchis à travers un dispositif testé (DUT), en présentant généralement des données sous la forme de paramètres S (paramètres de diffusion).

Principales capacités des VNA:

• S11 (perte de retour / coefficient de réflexion) – La quantité de signal réfléchie par l'antenne.
• S21 (perte d'insertion / gain direct) – La quantité de signal qui passe d'un port à un autre.
• Phase et amplitude des réponses du signal.
• Diagnostic d'adaptation d'impédance.
• Graphique de Smith en temps réel, VSWR et visualisation des gains.

Pourquoi utiliser un VNA pour tester une antenne?

Les antennes sont des composants passifs conçus pour rayonner ou recevoir efficacement des signaux électromagnétiques à des fréquences spécifiques. Les tests avec un VNA permettent de s'assurer que l'antenne:

• Est correctement adapté à sa ligne d'alimentation (généralement 50 ohms).
• Fonctionne dans les limites de sa bande passante annoncée (gamme de fréquences).
• Minimise la perte de retour (réflexions qui gaspillent de l'énergie).
• Fonctionne avec les niveaux de ROS souhaités (idéalement ≤ 2:1).

Une antenne mal réglée peut entraîne:

• Portée réduite
• Qualité du signal inférieure
• Génération de chaleur dans les transmetteurs
• Augmentation de l'épuisement de la batterie des appareils mobiles

Tests VNA courants pour les antennes:

Configuration typique de test VNA pour les antennes

Composants:

• VNA (par exemple, Keysight, Rohde & Schwarz, NanoVNA)
• Kit d'étalonnage (normes ouvertes, courtes, de charge)
• Câbles et adaptateurs de test RF
• Antenne testée (AUT)
• Chambre anéchoïque ou environnement d'essai ouvert (pour les mesures en champ lointain)

Étapes de base:

1. Étalonnez le VNA à l'extrémité du câble de test à l'aide de SOLT (Short, Open, Load, Through) ou équivalent.
2. Connectez l'antenne au port 1 du VNA (test S11 à port unique).
3. Mesurer et analyser:
   • Courbe S11
   • Trace d'impédance du Smith Chart
   • ROS sur toute la gamme de fréquences
4. Comparez éventuellement les spécifications de la fiche technique ou les normes connues.

Exemples de cas d'utilisation

• Les laboratoires de développement d'antennes testent de nouvelles conceptions de modules sans fil embarqués (LoRa, GPS, Wi-Fi, LTE).
• Les ingénieurs de terrain utilisent des VNA portables pour vérifier et régler les antennes sur les systèmes installés (stations de base, appareils IoT, drones).
• L'assurance qualité de la fabrication garantit que chaque lot d'antennes répond aux spécifications de perte de retour et d'impédance.

Avantages de l'utilisation d'un VNA pour les antennes

• Haute précision ou outils plus simples comme les TOS mètres ou les analyseurs de spectre
• Large gamme de fréquences (de nombreux VNA prennent en charge MHz à GHz)
• Diagnostics visuels (par exemple, les cartes de Smith aident à l'ajustement)
• Retour d'information en temps réel pour ajuster les éléments d'antenne ou faire correspondre les réseaux

Conseils pratiques

• Calibrez toujours à proximité du DUT pour éliminer les effets de câble.
• Utilisez des câbles RF flexibles et à faible perte pour maintenir l'intégrité du signal.
• Évitez les objets conducteurs à proximité lors des tests, en particulier à haute fréquence.
• Pour tester les diagrammes de rayonnement en champ lointain, associez le VNA à une platine vinyle et à une antenne de test dans une chambre anéchoïque.

Les modèles VNA (Common Vector Network Analyzer), leurs plages de fréquences, leurs ports, leurs cas d'utilisation typiques et leurs niveaux de prix:

Conclusion

Les VNA fournissent des informations approfondies sur le comportement des antennes en fonction de la fréquence et sur la façon dont elles sont adaptées à leurs systèmes. Qu'il s'agisse de construire des appareils IoT, d'installer une infrastructure sans fil ou de résoudre des problèmes de portée, la maîtrise des tests d'antennes VNA est une compétence cruciale pour les ingénieurs et les techniciens RF.