Cámara anecoica

Una cámara anecoica (an-ecoica que significa "no reflectante" o "sin ecos") es una habitación diseñada para detener los reflejos o ecos del sonido o de las ondas electromagnéticas. También suelen estar aislados de la energía que entra desde su entorno. Esta combinación significa que una persona o detector escucha exclusivamente sonidos directos (no sonidos reflejados), simulando en efecto estar afuera en un campo libre.

Las cámaras anecoicas, un término acuñado por el experto en acústica estadounidense Leo Beranek, inicialmente se usaban exclusivamente para referirse a las cámaras anecoicas acústicas. Recientemente, el término se ha extendido a otras cámaras anecoicas de radiofrecuencia (RF) y sonar, que eliminan la reflexión y el ruido externo causado por las ondas electromagnéticas.

Las cámaras anecoicas van desde pequeños compartimentos del tamaño de hornos de microondas domésticos hasta otros del tamaño de hangares de aviones. El tamaño de la cámara depende del tamaño de los objetos y los rangos de frecuencia que se prueban.

Cámaras anecoicas acústicas

El requisito de lo que posteriormente se denominó cámara anecoica se originó para permitir la prueba de altavoces que generaban niveles de sonido tan intensos que no podían probarse al aire libre en áreas habitadas.

Las cámaras anecoicas se utilizan comúnmente en acústica para realizar experimentos en condiciones nominales de "campo libre" condiciones, campo libre lo que significa que no hay señales reflejadas. Toda la energía del sonido se alejará de la fuente y casi nada se reflejará. Los experimentos comunes en cámaras anecoicas incluyen la medición de la función de transferencia de un altavoz o la directividad de la radiación de ruido de la maquinaria industrial. En general, el interior de una cámara anecoica puede ser muy silencioso, con niveles de ruido típicos en el rango de 10 a 20 dBA. En 2005, la mejor cámara anecoica midió −9,4 dBA. En 2015, una cámara anecoica en el campus de Microsoft batió el récord mundial con una medición de −20,6 dBA. El oído humano normalmente puede detectar sonidos por encima de 0 dBA, por lo que un ser humano en una cámara de este tipo percibiría el entorno como desprovisto de sonido. Como anécdota, a algunas personas puede no gustarles ese silencio y pueden desorientarse.

El mecanismo por el cual las cámaras anecoicas minimizan el reflejo de las ondas sonoras que inciden en sus paredes es el siguiente: en la figura incluida, una onda sonora incidente I está a punto de incidir en la pared de una cámara anecoica. Este muro está compuesto por una serie de cuñas W con altura H. Después del impacto, la onda incidente I se refleja como una serie de ondas R que a su vez "rebotan hacia arriba y hacia abajo" en el espacio de aire A (limitado por líneas punteadas) entre las cuñas W. Tal rebote puede producir (al menos temporalmente) un patrón de onda estacionaria en A. Durante este proceso, la energía acústica de las ondas R se disipa a través del aire&# 39;s viscosidad molecular, en particular cerca de la esquina C. Además, con el uso de materiales de espuma para fabricar las cuñas, ocurre otro mecanismo de disipación durante las interacciones ola/pared. Como resultado, la componente de las ondas reflejadas R a lo largo de la dirección de I que escapa de los espacios A (y vuelve a la fuente de sonido), denominada R', se reduce notablemente. Aunque esta explicación es bidimensional, es representativa y aplicable a las estructuras de cuña tridimensionales reales que se utilizan en las cámaras anecoicas.

Cámaras semianecoicas y semianecoicas

Las cámaras anecoicas completas tienen como objetivo absorber energía en todas las direcciones. Para hacer esto, todas las superficies, incluido el piso, deben cubrirse con cuñas de la forma correcta. Por lo general, se instala una rejilla de malla sobre el piso para proporcionar una superficie para caminar y colocar el equipo. Este piso de malla generalmente se coloca al mismo nivel que el resto del edificio, lo que significa que la cámara en sí se extiende por debajo del nivel del piso. Este piso de malla está amortiguado y flota sobre amortiguadores absorbentes para aislarlo de vibraciones externas o señales electromagnéticas.

Por el contrario, las cámaras semianecoicas o hemianecoicas tienen un piso sólido que actúa como una superficie de trabajo para soportar artículos pesados, como automóviles, lavadoras o maquinaria industrial, que no podrían ser soportados por la rejilla de malla en una cámara anecoica completa. Los estudios de grabación suelen ser semianecoicos.

La distinción entre "semianecoico" y "semianecoico" no esta claro. En algunos usos son sinónimos, o se utiliza un solo término. Otros usos distinguen uno por tener un piso idealmente reflectante (creando condiciones de campo libre con una sola superficie reflectante) y el otro simplemente por tener un piso plano sin tratar. Otros usos los distinguen por su tamaño y rendimiento, siendo uno probablemente una sala existente adaptada con un tratamiento acústico, y la otra una habitación especialmente diseñada que probablemente sea más grande y tenga un mejor rendimiento anecoico.

Cámaras anecoicas de radiofrecuencia

La apariencia interna de la cámara anecoica de radiofrecuencia (RF) a veces es similar a la de una cámara anecoica acústica; sin embargo, las superficies interiores de la cámara anecoica de RF están cubiertas con material absorbente de radiación (RAM) en lugar de material acústicamente absorbente. Los usos de las cámaras anecoicas de RF incluyen la prueba de antenas y radares, y normalmente se utilizan para albergar las antenas para realizar mediciones de los patrones de radiación de la antena y la interferencia electromagnética.

Las expectativas de rendimiento (ganancia, eficiencia, características del patrón, etc.) constituyen desafíos principales en el diseño de antenas independientes o integradas. Los diseños son cada vez más complejos con un solo dispositivo que incorpora múltiples tecnologías como celular, WiFi, Bluetooth, LTE, MIMO, RFID y GPS.

Material absorbente de radiación

La RAM está diseñada y formada para absorber la radiación RF incidente (también conocida como radiación no ionizante) de la manera más eficaz posible, desde tantas direcciones incidentes como sea posible. Cuanto más eficaz sea la memoria RAM, menor será el nivel resultante de radiación RF reflejada. Muchas mediciones de compatibilidad electromagnética (EMC) y patrones de radiación de antena requieren que las señales espurias que surgen de la configuración de prueba, incluidas las reflexiones, sean insignificantes para evitar el riesgo de causar errores de medición y ambigüedades.

Efectividad sobre frecuencia

Las ondas de frecuencias superiores tienen longitudes de onda más cortas y son más altas en energía, mientras que las ondas de frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas y son inferiores en energía, según la relación λ λ =v/f{displaystyle lambda =v/f} donde lambda representa longitud de onda, v es velocidad de fase de onda, y f{displaystyle f} es frecuencia. Para proteger una longitud de onda específica, el cono debe ser de tamaño adecuado para absorber esa longitud de onda. La calidad de rendimiento de una cámara anecoica RF se determina por su frecuencia de prueba más baja de operación, en la que las reflexiones medida de las superficies internas serán las más significativas en comparación con las frecuencias más altas. RAM piramidal es en su más absorptivo cuando la onda de incidencia está en la incidencia normal a la superficie de la cámara interna y la altura de la pirámide es aproximadamente igual a λ λ /4{displaystyle lambda /4}, donde λ λ {displaystyle lambda } es la longitud de onda espacial libre. En consecuencia, el aumento de la altura de la pirámide de la RAM para el mismo tamaño base (cuadra) mejora la eficacia de la cámara a bajas frecuencias, pero resulta en mayor costo y un volumen de trabajo reducido sin obstáculos que está disponible dentro de una cámara de tamaño definido.

Instalación en una habitación protegida

Por lo general, una cámara anecoica de RF se construye en una sala protegida, diseñada según el principio de la jaula de Faraday. Esto se debe a que la mayoría de las pruebas de RF que requieren una cámara anecoica para minimizar los reflejos de las superficies internas también requieren las propiedades de una sala protegida para atenuar las señales no deseadas que penetran hacia el interior y causan interferencias en el equipo bajo prueba y evitar fugas de las pruebas que penetran hacia el exterior.

Tamaño de la cámara y puesta en servicio

A frecuencias radiadas más bajas, la medición de campo lejano puede requerir una cámara grande y costosa. A veces, por ejemplo, para las mediciones de la sección transversal del radar, es posible reducir la escala del objeto bajo prueba y reducir el tamaño de la cámara, siempre que la longitud de onda de la frecuencia de prueba se reduzca en proporción directa mediante la prueba a una frecuencia más alta.

Las cámaras anecoicas de RF normalmente están diseñadas para cumplir con los requisitos eléctricos de uno o más estándares acreditados. Por ejemplo, la industria aeronáutica puede probar equipos para aeronaves de acuerdo con las especificaciones de la empresa o especificaciones militares, como MIL-STD 461E. Una vez construido, las pruebas de aceptación se realizan durante la puesta en servicio para verificar que se cumplan los estándares. Siempre que lo sean, se expedirá un certificado a tal efecto. La cámara deberá volver a probarse periódicamente.

Uso operativo

Las configuraciones de equipos de prueba y de apoyo que se utilizarán dentro de las cámaras anecoicas deben exponer la menor cantidad posible de superficies metálicas (conductoras), ya que corren el riesgo de causar reflejos no deseados. A menudo, esto se logra mediante el uso de estructuras de plástico o madera no conductoras para soportar el equipo bajo prueba. Cuando las superficies metálicas sean inevitables, se pueden cubrir con piezas de RAM después de la configuración para minimizar tal reflexión en la medida de lo posible.

Es posible que se requiera una evaluación cuidadosa en cuanto a si el equipo de prueba (a diferencia del equipo bajo prueba) debe colocarse dentro o fuera de la cámara. Por lo general, la mayor parte se encuentra en una sala protegida separada adjunta a la cámara de prueba principal, para protegerla tanto de la interferencia externa como de la radiación dentro de la cámara. El cableado de señal de prueba y alimentación de red en la cámara de prueba requiere un filtrado de alta calidad.

Los cables de fibra óptica se utilizan a veces para el cableado de señales, ya que son inmunes a la RFI ordinaria y también provocan poca reflexión dentro de la cámara.

Riesgos para la salud y la seguridad asociados con la cámara anecoica de RF

Los siguientes riesgos para la salud y la seguridad están asociados con las cámaras anecoicas de RF:

• Riesgo de radiación RF
• Riesgo de incendios
• Personal contratado

Normalmente, no se permite el ingreso de personal dentro de la cámara durante una medición, ya que esto no solo puede causar reflejos no deseados del cuerpo humano, sino que también puede ser un riesgo de radiación para el personal involucrado si las pruebas se realizan a altas potencias de RF. Dichos riesgos provienen de la RF o de la radiación no ionizante y no de la radiación ionizante de mayor energía.

Como la memoria RAM absorbe mucho la radiación de radiofrecuencia, la radiación incidente generará calor dentro de la memoria RAM. Si esto no se puede disipar adecuadamente, existe el riesgo de que se desarrollen puntos calientes y que la temperatura de la RAM aumente hasta el punto de combustión. Esto puede ser un riesgo si una antena transmisora se acerca demasiado a la RAM sin darse cuenta. Incluso para niveles de potencia de transmisión bastante modestos, las antenas de alta ganancia pueden concentrar la potencia lo suficiente como para generar un flujo de alta potencia cerca de sus aperturas. Aunque la memoria RAM de fabricación reciente normalmente se trata con un retardador de fuego para reducir tales riesgos, estos son difíciles de eliminar. Las normas de seguridad normalmente exigen la instalación de un sistema de extinción de incendios por gas que incluya detectores de humo.