1. Cel ćwiczenia
Podczas wykonywania tego ćwiczenia mieliśmy za zadanie poznać metody pomiaru
charakterystyk promieniowania oraz zysku w polu dalekim. Ćwiczenie to odbywało
się w komorze bezechowej na zainstalowanym w nim zautomatyzowanym
stanowisku pomiarowym – pomiary w dziedzinie częstotliwości na poligonie bez
odbić – typu „free-space range”.
Ćwiczenie zostało podzielone na dwie części – część pomiarową oraz część
obliczeniową.
2. Spis przyrządów + schemat stanowiska pomiarowego.
-antena pomiarowa nadawcza – tubowa prostokątna
-antena mierzona odbiorcza – tubowa prostokątna
-obrotowy stolik
-detektor HP85037B
-dalmierz laserowy
-detektor HP11664A
-analizator HPHP8757D
-dzielnik mocy HP11667B
-sweeper HPHP8350B
-komputer
1 – schemat stanowiska pomiarowego – schemat pobrany z http://zstux.ita.pwr.wroc.pl/slobodzian/LabANTEN/PDF/Dodatek1-
LA_cw3.pdf autorstwa mgr. Inż. W. Papierniaka.
1
1
3. Przebieg ćwiczenia :
- część pomiarowa.
Powyższe ćwiczenie było naszym pierwszym ćwiczeniem wykonywanym w
komorze bezechowej. Mgr inż. Witold Papierniak opisał nam urządzenia
wykorzystywane w tym ćwiczeniu, zasadę ich działania oraz udostępnił komorę
bezechową.
Ćwiczenie rozpoczęło się od włączenia aparatury pomiarowej oraz sterownika
stolika i komputera. Na sterowniku pojawił się kąt 0,000 a po zgłoszeniu się na
komputerze systemu DOS (po ustawieniu daty oraz godziny) wywołaliśmy plik –
komora.bat. Mgr inż. Witold Papierniak pokrótce przedstawił zasadę działania
programu, określiliśmy ścieżkę dostępu do zapisywanych plików. Następnie
ustawiliśmy następujące parametry procesu pomiarowego:
-
poziom mocy z generatora – 15dBm
-
częstotliwość dolną – 7700 MHz
-
częstotliwość górną – 9700 MHz
-
liczbę częstotliwości w paśmie – 10
-
krok - 2°
-
współczynnik wygładzania – 16 %
Określiliśmy także nazwy plików wynikowych.
Przeszlismy do procesu kalibracji – zewrzeliśmy kablem w.cz. punkty X i Y na
stanowisku pomiarowym (powyzszy schemat), po czym za pomocą programu
komputerowego wywolalismy opcję kalibracji. Proces ten został wykonany tylko raz.
Zapisaliśmy plik o nazwie: RKAL.cal
Jako, że jest to plik tekstowy o bardzo małej ilości danych możemy umieścić go w
calości w sprawozdaniu:
Opis anteny: POZIOMY KALIBRACYJNE
ITA Politechnika Wroclawska 24.3.2009/9:40
pasmo: 7700.00 MHz.. 9700.00 MHz
stolik: 0.00 10.00 2.00
Fpom: 7700.00 7900.00 8100.00 8300.00 8500.00 8700.00 8900.00 9100.00 9300.00 9500.00 9700.00
Poziomy: -11.83 -12.82 -12.97 -12.79 -12.71 -13.68 -15.55 -17.01 -16.73 -16.16 -14.81
Z powyższego pomiaru możemy odczytać nazwę pomiaru ustawione przez nas datę
o raz godzinę, parametry pomiaru oraz zmierzone poziomy mocy (wartość
uśredniona z 256 pomiarów) dla 10 częstotliwości z przedziału 7700-9700 MHz.
Otrzymane poziomy mocy P
CAL
są określane poniższą zależnością:
P
CAL
=P
g
-T
kab
P
g
- moc wyjściowa z generatora
T
kab
- tłumienie całego toru kablowego w. cz. w układzie pomiarowym
W następnym kroku rozewrzeliśmy punkty X i Y i podłączyliśmy dokładnie według
schematu stanowiska pomiarowego. Musieliśmy dokonać wizowania anten – tj.
poprawnym zainstalowaniu anteny pomiarowej (nadawczej) i badanej (odbiorczej) na
masztach stanowiskowych. Wizowanie polega na ustawieniu obu anten na
2
2
identycznej wysokości oraz na skierowaniu osi elektrycznej anteny pomiarowej
(wyznaczona przez kierunek maksymalnego promieniowania) przez środek apertury
anteny badanej. Wykorzystaliśmy dalmierz laserowy do określenia odległości
pomiędzy antenami – 2,904 m. Ustawienie poziomu anten odbywało się względem
linii wyznaczonych przez materiały pochłaniające dźwięki, którymi wyłożona była
komora. Nie byliśmy w posiadaniu poziomicy, metoda zaproponowana przez mgr.
inż. Witolda Papierniaka gwarantowała dość dużą dokladność.
2 – osie i płaszczyzny odniesienia – antena tubowa, schemat pobrany z
http://zstux.ita.pwr.wroc.pl/slobodzian/LabANTEN/PDF/Dodatek1-LA_cw3.pdf autorstwa
mgr. Inż. W. Papierniaka.
Następnie przeszliśmy do sedna ćwiczenia – pomiaru charakterystyk promieniowania
a) pomiaru charakterystyk promieniowania anteny badanej dla polaryzacji
podstawowej – w płaszczyznie wektora H.
Schemat ustawienia anten:
Antena nadawcza
Antena
odbiorcza
Zakres kątów – od 0° do 360°.
3
3
xy – płaszczyzna apertury
yz – płaszczyzna azymutu -
wektor H
xz – płaszczyzna elewacji -
wektor E
E
E
E
E
H
E
H
E
Charakterystyka promieniowania anteny badanej przy częstotliwości 7,7 GHz.
-29
-28
-27
-26
-25
-24
-23
-22
-21
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
36
-24,3
50
53
4
4
kąt [°]
E
/E
m
ax
[
dB
]
50
53
-24,3
5
5
Charakterystyka promieniowania anteny badanej przy częstotliwości 8,7 GHz.
-28
-27
-26
-25
-24
-23
-22
-21
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
32
-50
59
-19,12
-23,21
kąt [°]
E
/E
m
a
x
[dB
]
5
5
Charakterystyka promieniowania anteny badanej przy częstotliwości 9,7 GHz.
-25
-24
-23
-22
-21
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
kąt [°]
E
/E
m
a
x
[dB
]
28
-16,5
-37
39
-20,13
6
6
Na podstawie powyższych wykresów wyznaczyliśmy podstawowe parametry:
Parametry
7,7 GHz
8,7 GHz
9,7 GHz
Szerokość listka
głównego
36°
32°
28°
Poziom listków bocznych
---------
-19,12
-16,5
Położenie pierwszych zer
-50°, 53°
-50° i 59°
-37° i 39°
Liczba listków bocznych
---------
22
26
Poziom listka wstecznego
[dB]
-24,3
-23,21
-20,13
b) pomiaru charakterystyk promieniowania anteny badanej dla polaryzacji podstawowej - w płaszczyznie wektora E.
Schemat ustawienia anten:
Antena nadawcza
Antena odbiorcza
Zakres kątów – od 360° do 0°.
Charakterystyka promieniowania anteny badanej przy częstotliwości 7,7 GHz.
7
7
E
E
H
E
E
E
H
E
E
/E
m
a
x
[dB
]
-26
-25
-24
-23
-22
-21
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
8
8
stopnie [°]
36
-43
57
-14,6
-20,5
Charakterystyka promieniowania anteny badanej przy częstotliwości 8,7 GHz.
-26
-25
-24
-23
-22
-21
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
9
9
E
/E
m
a
x
[dB
]
stopnie [°]
29
11,8
23,7
-38
-44
Charakterystyka promieniowania anteny badanej przy częstotliwości 9,7 GHz.
-24
-23
-22
-21
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
10
10
E
/E
m
a
x
[dB
]
stopnie [°]
26
-12,3
-19,28
-28
44
Na podstawie powyższych wykresów wyznaczylismy podstawowe parametry:
Parametry
7,7 GHz
8,7 GHz
9,7 GHz
Szerokość listka
głównego
36°
29°
26°
Poziom listków bocznych
-14,6
-11,8
-12,3
Położenie pierwszych zer
-43°, 57°
-38° i 44°
-28° i 44°
Liczba listków bocznych
------
17
30
Poziom listka wstecznego
[dB]
-23,6
-23,7
-19,28
c) pomiaru charakterystyk promieniowania anteny badanej dla polaryzacji
ortogonalnej – w płaszczyźnie wektora E.
Schemat ustawienia anten:
Antena
nadawcza
Antena odbiorcza
Zakres kątów – od -70° do 70°.
E
E
E
E
E
H
E
E
E
H
E
11
11
Charakterystyka promieniowania anteny badanej przy częstotliwości 7,7 GHz.
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
3
stopnie [°]
E
/E
m
a
x
[dB
]
12
12
Charakterystyka promieniowania anteny badanej przy częstotliwości 8,7 GHz.
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
0
E
/E
m
a
x
[dB
]
stopnie [°]
13
13
Charakterystyka promieniowania anteny badanej przy częstotliwości 9,7 GHz.
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
1
stopnie [°]
E
/E
m
a
x
[dB
]
14
14
Na podstawie powyższych wykresów wyznaczyliśmy podstawowe parametry:
Lp.
Parametr
Wartość
f=7,7GHz
f=8,7GHz
f=9,7GHz
1
Położenie głównego
zera
3°
0°
1°
Porównaliśmy charakterystyki dla polaryzacji zamierzonej w płaszczyznach
wektora E i H.
przy częstotliwości 7700 MHz.
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
pł.wek.H
pł.wek.E
przy częstotliwości 8700 MHz.
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
-180
-160 -140 -120 -100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
pł. wek. H
pł. wek. E
,,
stopnie [°]
stopnie [°]
E
/E
m
ax
[d
B
]
E
/E
m
ax
[d
B
]
15
15
- przy częstotliwości 9700 MHz
-25
-20
-15
-10
-5
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
pł. wek. H
pł. wek. E
Następnie przedstawiliśmy charakterystyki promieniowania
- dla polaryzacji zamierzonej w płaszczyznie wektora H dla częstotliwości dolnej i
górnej.
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
fd=7700 MHz
fg=9700 MHz
E
/E
m
ax
[d
B
]
stopnie [°]
stopnie [°]
E
/E
m
ax
[d
B
]
16
16
- dla polaryzacji zamierzonej w płaszczyźnie wektora E dla częstotliwości dolnej i
górnej.
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
fd=7700MHz
fg=9700 MHz
Dla trzech częstotliwości porównaliśmy charakterystykidla polaryzacji zamierzonej w
płaszczyznie wekotora E i H oraz dla polaryzacji ortogonalnej w zakresie kątowym,
dla którego badaliśmy charakterystyki przy polaryzacji ortogonalnej
Dla częstotliwości 7700 MHz:
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
polaryzacja zamierzona w pł. H
polaryzacja zamierzona w pł. E
polaryzacja ortogonalna
Dla częstotliwości 8700 MHz:
stopnie [°]
E
/E
m
ax
[d
B
]
E
/E
m
ax
[d
B
]
stopnie [°]
17
17
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
polaryzacja zamierzona w pł.H
polaryzacja zamierzona w pł.E
polaryzacja ortogonalna
Dla częstotliwości 9700 MHz:
-25
-20
-15
-10
-5
0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
polaryzacja zamierzona w pł.H
polaryzacja zamierzona w pł.E
polaryzacja ortogonalna
- część obliczeniowa:
stopnie [°]
stopnie [°]
E
/E
m
ax
[d
B
]
E
/E
m
ax
[d
B
]
18
18
Następnym punktem ćwiczenia było obliczenie zysku anteny odbiorczej, który wyraża
się wzorem:
L
G
P
G
a
dat
o
+
−
=
gdzie:
G
o
– zysk anteny badanej (odbiorczej)
G
a
– zysk anteny wzorcowej (nadawczej)
L – tłumienie swobodnej przestrzeni między antenami
Wartość P
dat
jest największą wartością z każdej kolumny danych pliku *.dat – czyli dla
każdej częstotliwości.
Płaszczyzna wektora H – parametry anteny
Częstotliwość
[MHz]
P
dat
[dB]
G
a
[dB]
Tłum. [dB]
G
o
[dB]
7700
-23,79
22,99
59,43
12,65
7900
-23,14
23,4
59,65
13,11
8100
-22,97
23,59
59,87
13,31
8300
-22,34
23,99
60,08
13,75
8500
-22,17
24,38
60,29
13,74
8700
-22,8
24,72
60,49
12,97
8900
-22,94
25,03
60,69
12,72
9100
-22,21
24,88
60,88
13,79
9300
-22,9
23,92
61,07
14,25
9500
-23,48
23,9
61,25
13,87
9700
-24,69
24,5
61,44
12,25
Płaszczyzna wektora E – parametry anteny
Częstotliwość
[MHz]
P
dat
[dB]
G
a
[dB]
Tłum. [dB]
G
o
[dB]
7700
-26,18
22,99
59,43
10,26
7900
-25,5
23,4
59,65
10,75
8100
-25,79
23,59
59,87
10,49
8300
-25,18
23,99
60,08
10,91
8500
-24,25
24,38
60,29
11,66
8700
-24,48
24,72
60,49
11,29
8900
-23,69
25,03
60,69
11,97
9100
-22,73
24,88
60,88
13,27
9300
-23,63
23,92
61,07
13,52
9500
-24,46
23,9
61,25
12,89
9700
-25,84
24,5
61,44
11,10
Przykładowe obliczenia
Np. dla f=9300 MHz, w przypadku polaryzacji w płaszczyznie wektora H.
19
19
Odczytaliśmy maksymalną wartość mocy P
dat
z danych uzyskanych z części
pomiarowej dla częstotliwości 7700 MHz -> -22,90 dB
G
a
– zysk anteny wzorcowej – wartość znana z materiałów pomocniczych do
ćwiczenia – 23,92 dB
Tłumienie swobodnej przestrzeni między antenami opisane jest poniższym wzorem
)
log(
20
)
log(
20
44
.
32
]
[
km
MHz
R
f
dB
L
+
+
=
gdzie:
MHz
f
- częstotliwość [MHz],
km
R
- odległość między antenami pomiarowymi [km].
W naszym przypadku R=0.002904km byliśmy w stanie obliczyć:
dB
R
f
dB
L
km
MHz
07
,
61
)
002904
,
0
log(
20
)
9300
log(
20
44
,
32
)
log(
20
)
log(
20
44
,
32
]
[
=
+
+
=
+
+
=
Chcąc obliczyć zysk badanej anteny, posłużyliśmy poniższą zależnością:
dB
dB
L
dB
G
dBm
P
dB
G
a
dat
o
25
,
14
07
,
61
92
,
23
90
,
22
]
[
]
[
]
[
]
[
=
+
−
−
=
+
−
=
Wykres przedstawiający zysk anteny badanej wyznaczony na podstawie azymutalnej
i elewacyjnej charakterystyki promieniowania – w funkcji częstotliwości.
10
11
12
13
14
15
7700
7900
8100
8300
8500
8700
8900
9100
9300
9500
9700
pł.wek.H
pł. wek E
G
o
[d
B
]
Częstotliwość [MHz]
20
20
Document Outline
