1
Technika Wysokich Częstotliwości
Temat: Pomiar parametrów odbiciowych dwuwrotników za pomocą analizatora skalarnego
Wydział: EAIiE Kierunek : EiT Rok: III Wykonał: Paweł Zajdel
Grupa: czwartek 11:00 Data wykonania ćwiczenia: 10.11.2011 r.
Idea pomiaru
Schemat wykorzystanego układu pomiarowego przedstawiono poniżej.
Rys.1. Układ pomiarowy
Poszczególne elementy tego układu to:
G – generator R – rozgałęźnik 3dB
SK – sprzęgacz kierunkowy 20 dB X – badany czwórnik
D1,D2,D3 – układy pomiaru mocy P – układ pomiarowy
Pomiar przeprowadzono za pomocą układu w którym z wyjścia generatora przestrajanego sygnał był podawany na rozgałęźnik 3dB który rozdziela moc na dwie równe części. Generator został ustawiony na przemiatanie częstotliwości od 2 GHz do 3 GHz ( może on przemiatać częstotliwości w zakresie od 2 GHz do 18 GHz). Połowa mocy z generatora jest dostarczana do układu pomiarowego a druga połowa do badanego czterowrotnika od którego część mocy może się odbić i wrócić do sprzęgacza kierunkowego. Dzięki temu w układzie pomiarowym można wyznaczyć stosunek mocy odbitej do mocy sygnału podawanego na dwuwrotnika.
2 Pomiary
a) rozwarcie
Dla rozwarcia występuje pełne odbicie. Obserwujemy wtedy na ekranie linie na wysokości 0 dB. Po ustawieniu generatora na przemiatanie wyższych częstotliwości widać że linia ta w okolicach 14 – 18 GHz staje się poszarpana.
b) 50 Ω
Przy obciążeniu 50 Ω na ekranie widać linię na wysokości około 30 dB . Oznacza to że w linii odbija się 1000 razy mniej mocy niż w przypadku zwarcia. Można przyjąć że przy stosunku mocy
dostarczanej do obciążenia do mocy odbitej równym :
P
fP
r=1000
występuje dopasowanie linii do obciążenia czyli brak odbić. Widoczny na wykresie jest jedynie szum. Dla zakresu od 2 – 10 GHz współczynnik odbicia rośnie do około -25 dB czyli około 0.3 % mocy dostarczanej do czwórnika jest odbijane.
Rys.2. Przy dopasowaniu linii do obciążenia widać jedynie szum na poziomie -30 dB.
c) 50 Ω (wg producenta obciążenie to ma spełniać swoje parametry tylko do około 5 GHz) Przeprowadzone pomiary potwierdziły dane producenta. Od częstotliwości około 5 GHz współczynnik odbicia rośnie aż do wartości -20 dB dla częstotliwości 10 GHz.
d) zwarcie + tłumik 10dB
Po dołączeniu do linii tłumika i zwarcia fala dochodząca do tłumika zostaje stłumiona o 10 dB (czyli odbiciu ulega około 0.31Uf) po czym przechodząc przez obciążenie i wracając zostaje ponownie stłumiona o 10 dB w wyniku czego na analizatorze skalarnym obserwujemy linię na wysokości około -20 dB.
e) Antena firmy D-LINK
Parametry anteny (pobrane ze strony producenta):
3 Zakres częstotliwości : 2.4 GHz do 2.5 GHz
Impedancja: 50 Ω Zysk: 5dBi
Po przebadaniu anteny okazało się że spełnia ona dane producenta. Dla częstotliwości 2.42 GHz wystąpił minimalny współczynnik odbicia co oznacza że dla tej częstotliwości i jej pobliskich antena nie odbija sygnału.
Rys.3. Zależność współczynnika odbicia od częstotliwości dla anteny Wi-Fi firmy D-LINK
f) antena mikropaskowa z promiennikiem kołowym
Generator został ustawiony na przemiatanie częstotliwości od 2.4 do 2.483 czyli na przemiatanie wszystkich kanałów systemu Wi-Fi. Na poniższym wykresie widać że antena działa poprawnie chociaż jej ch-ka nie jest równomierna w całym zakresie częstotliwości.
Rys.4. Zależność współczynnika odbicia od częstotliwości dla anteny mikropaskowej z promiennikiem kołowym.
Antena ta najmniejszy współczynnik odbicia ma dla częstotliwości 2.457 GHz wynoszący -24 dB. Jak
wiadomo
Γ= U
rU
f a w przypadku skali decybelowejΓ
dB=20 log( U
rU
f)
. Dla współczynnika
4
odbicia wynoszącego -24 w skali decybelowej otrzymujemy współczynnik odbicia wynoszący 0.0631
w skali linowej. Pamiętając że
SWR= 1+|Γ|
1−|Γ|
otrzymujemy współczynnik fali stojącej równy 1.13.Współczynnik ten jest bardzo dobrym współczynnikiem gdyż mówi nam że niewiele mocy odbija się od anteny (ideałem byłby SWR=1). Dla częstotliwości 2.4 GHz współczynniki fali stojącej wynosi 1,67 a dla częstotliwości 2.483 GHz SWR = 1.28.
g) antena mikropaskowa zasilana przez szczelinę
Dla anteny tej uzyskaliśmy podobną ch-kę jak dla anteny z poprzedniego punktu z tą jednak różnicą że współczynniki odbicia na końcach badanego przedziału są równe.
Wnioski
Za pomocą układu o schemacie podanym na rys.1. można mierzyć współczynnik odbicia dla różnych dwuwrotników z zakresie częstotliwości od 2 GHz do 18 GHz. Jak widać na rys.2. dla dopasowania linii współczynnik odbicia wynosi około -30 dB czyli ponad 1000 razy mniej sygnału się odbija niż przy rozwartej linii. Głównym punktem ćwiczenia było zbadanie anteny mikropaskowej z
promiennikiem kołowym dla której uzyskano bardzo dobre współczynniki fali stojącej w paśmie obejmującym wszystkie 13 kanałów Wi-Fi standardu 802.11b. SWR tej anteny w paśmie Wi-Fi standardu 802.11b wynosi od 1.13 do 1.67.
Wykaz głównych przyrządów używanych w ćwiczeniu - analizator skalarny
- generator przestrajany (generator ten umożliwia przestrajanie w zakresie od 2GHz do 18 GHz) - wyświetlacz (rozdzielczość ustawiona została na 5 dB na działkę )
