Technika Wysokich Częstotliwości

1

Technika Wysokich Częstotliwości Temat: Pomiar impedancji dwuwrotnika za pomocą linii pomiarowej

Wydział: EAIiE Kierunek : EiT Rok: III Wykonał: Paweł Zajdel

Grupa: czwartek 11:00 Data wykonania ćwiczenia: 10.11.2011 r.

Idea pomiaru

Rys.1. Schemat blokowy układu pomiarowego

Wyposażenie stanowiska pomiarowego:

G – generator L – linia pomiarowa X – badany dwuwrotnik D – detektor sondy pomiarowej M – miliwoltomierz napięcia stałego

Pomiar polegał na przesuwaniu sondy pomiarowej i szukaniu minimów i maksimów napięcia czyli węzłów i strzałek fali stojącej. Można w ten sposób mierzyć np. długość fali lub współczynnik fali stojącej. Nie należy zapominać że za pomocą miliwoltomierza dołączonego do diody mierzymy napięcie w kwadracie więc do policzenia SWR musimy wyciągnąć pierwiastek z ilorazu zmierzonych napięć. Częstotliwość pracy generatora wynosiła 1 GHz.

2 Pomiary

Umax [mV] Umin [mV] Odległość minimum od płaszczyzny pomiarowej [cm]

Odległość maksimum od płaszczyzny pomiarowej [cm]

rozwarcie 16.23 0 22.4 29.9

zwarcie 19.40 ^nie

zanotowano nie zanotowano nie zanotowano

Obciążenia zaprojektowane na SWR=1.5

7.08 3.23 26 18.4

antena 1.7 GHz 8.67 0.79 17.8 11.9

Tab.1. Zarejestrowane wyniki pomiarów

a) rozwarcie

Dla rozwarcia zanotowano minimalne napięcie wynoszące 0 czyli fale w tych punktach się redukują. Na podstawie częstotliwości generatora możemy obliczyć długość fali:

λ= c

f = 3⋅10

⁸

10

⁹

=30[ cm ]

.

Wynik ten zgadza się z przeprowadzonym pomiarem gdyż zmierzono położenie sąsiedniego

minimum i maksimum napięcia co odpowiada λ

4 długości fali. W naszym przypadku

λ

4 =29 .9 cm−22 .4 cm=7.5 cm

b) zwarcie

Przy zwarciu linii na końcu zaobserwowaliśmy zwarcie tak jak w poprzednim przypadku, gdyż znaleźliśmy punkty w których fale się redukują czyli napięcie w tych punktach wynosi 0 V.

c) obciążenie zaprojektowane na SWR = 1.5

Pomiar dokonany na laboratorium potwierdza dane podane na obciążeniu, gdyż dla zmierzonych wartości napięcia obliczony współczynnik fali stojącej wynosi

SWR=

√

^UUmaxmin

^{≈1 . 48}

. Jak już wcześniej wspominaliśmy trzeba wyciągnąć pierwiastek z tego stosunku gdyż woltomierz dołączony do diody mierzy napięcie w kwadracie.

d) Antena 1.7 GHz

Współczynnik fali stojącej obliczamy ze wzoru

ρ_l

= √

^{UUsmaxsmin .}

3 Wynosi on po podstawieniu danych:

ρ

_l

≈3.31

_.

Moduł tego współczynnika odbicia wynosi

|Γ

_l

|=

ρ_l

−1

ρ_l

+1 ≈ 0 .536

.

Aby obliczyć argument współczynnika odbicia potrzebujemy najpierw parametr propagacji

wewnątrz linii pomiarowej, który możemy obliczyć ze wzoru:

β=

2 π

c f =

2 π

3⋅10

⁸

10

⁹

= 20 π 3

Argument współczynnika linii pomiarowej w takim razie wynosi:

ϕ=π +2 βl

_min

=π +2 20 π

3 0 . 178≈10 . 6

Zespolony współczynnik odbicia wynosi:

Γ

_l

=0.536 e

^{j10. 6}

=−0.207− j0. 495

Impedancja dwuwrotnika wynosi:

Z_l

=Z

₀

1+Γ

_l

1−Γ

_l

=21− j29 . 1

Wnioski

Celem ćwiczenia był pomiar impedancji dwuwrotnika za pomocą linii pomiarowej. Obliczenie tej impedancji na podstawie zebranych danych dokonano dla anteny 1.7 GHz. Jak widać z

załączonych obliczeń jest to metoda dosyć prosta wymagająca jednak specjalistycznego sprzętu.

Należy też uważać aby nie policzyć źle współczynnika fali stojącej zapominając o

spierwiastkowaniu stosunku napięć. Antena 1.7 GHz badana w ćwiczeniu nie posiada zbyt dobrego współczynnika fali stojącej. Za antenę dobrze zaprojektowaną uznaje się antenę dla której SWR jest mniejszy niż 1.2. Dla naszej anteny SWR wynosi 3.31 co oznacza że 28.7% mocy dostarczanej do anteny zostaje odbite. Są to duże straty na które w profesjonalnych układach nie można sobie pozwolić.

Przyrządy używane w ćwiczeniu:

- linia pomiarowa 900LB firmy General Radio - generator 1105E firmy Polarad

- miliwoltomierz napięcia stałego HP 436A - różne obciążenia