Ćwiczenie nr4 - ZST - Politechnika Wrocławska

Wydział Elektroniki
Katedra Telekomunikacji i Teleinformatyki, W4/K3
LABORATORIUM ANTEN
Instrukcja
do ćwiczenia nr 4
Temat:
Metodyka konfigurowania poligonu
do pomiaru parametrów polowych anten
w polu dalekim. Źródła błędów pomiaru.
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadami pomiaru charakterystyk
promieniowania anten w dziedzinie częstotliwości w polu dalekim. Kluczowym
elementem ćwiczenia jest badanie wpływu podstawowych źródeł błędów pomiaru
na kształt charakterystyki promieniowania anteny.
2. Przebieg ćwiczenia
Ćwiczenie składa się z dwóch części, tj. części obliczeniowej i pomiarowej.
2.1 Obliczenia – zadanie domowe
Pierwsza część ćwiczenia polega na oszacowaniu charakterystyk promienio-1–
© dr hab. inż. Piotr SŁOBODZIAN, prof. PWr.
Ostatnia aktualizacja: 28 marca 2014
wania anteny tubowej pracującej w paśmie częstotliwości X (geometria anteny jest
opisana na rys.1 – patrz strona 3). Ta część ćwiczenia jest realizowana w formie
przygotowania do ćwiczeń (zadanie domowe przed ćwiczeniami) i musi być
przedstawiona prowadzącemu na początku zajęć. Obliczenia przeprowadzić dla
składowej zamierzonej pola EM w dwóch głównych płaszczyznach apertury
anteny. Do obliczeń zastosować uproszczoną teorię [5-6] (patrz również Dodatek1
do ćw.4 pt. „Charakterystyka promieniowania piramidalnej anteny tubowej” –
zakładka „Pomoce” na stronie internetowej). Przed przystąpieniem do pomiarów
grupa ćwiczeniowa jest zobowiązana do przedstawienia prowadzącemu wykresów
z obliczonymi charakterystykami promieniowania.
2.2 Pomiary
Druga część ćwiczenia polega na pomiarze jednej i tej samej charakterystyki
promieniowania anteny tubowej przy różnych konfiguracjach stanowiska
pomiarowego, a mianowicie:
1) dla konfiguracji stanowiska typu „free-space range”
 konfiguracja bez odbić – absorbery ułożone na powierzchni poligonu
pomiarowego, tj. pomiędzy anteną nadawcza i odbiorczą (na wysokości ok.
60-70cm)
 pomiary wykonujemy dla trzech różnych odległości między antenami:
0.5 x odległość z warunku na pole dalekie (użyć tłumika za gen.)
1 x odległość z warunku na pole dalekie
2 x odległość z warunku na pole dalekie
2) dla konfiguracji stanowiska typu podniesionego „elevated range” (pomiar w
odległości 2 x pole dalekie)
 zastąpienie absorberów (z pkt. 1) arkuszem blachy w celu wywołania
zamierzonych odbić fali EM
 pomiary wykonać dla dwóch różnych wysokości zawieszenia anteny nad
blachą, tj. dla wysokości powodującej odbicia oraz dla wysokości minimalizującej wielkość odbić
 w celu minimalizacji odbić zastosować technikę wycelowania zera
charakterystyki promieniowania anteny nadawczej w centralna część
powierzchni poligonu (tu będą potrzebne charakterystyki promieniowania
anteny nadawczej – charakterystyka elewacyjna)
3) w ostatniej (trzeciej) części ćwiczenia przeprowadzić obserwacje zmiany
poziomu odbieranego sygnału w zależności od odległości pomiędzy antenami
na poligonie podniesionym z odbiciem
 konfiguracja stanowiska jak w pkt. 2
 pomiar wykonać przy zwiększaniu odległości pomiędzy antenami zaczynając od odległości 2 x pole dalekie
 rejestrować poziomu sygnału odbieranego w listku głównym charakterystyki promieniowania anteny (na kierunki max. promieniowania)
-2–
© dr hab. inż. Piotr SŁOBODZIAN, prof. PWr.
Ostatnia aktualizacja: 28 marca 2014
 w sprawozdaniu wyznaczyć dodatkowo promień 1, 2 i 10-tej strefy Fresnela
oraz naszkicować strefy na schemacie stanowiska pomiarowego – wyciągnąć
odpowiednie wnioski
3. Zawartość sprawozdania
Sprawozdanie należy przygotować zgodnie z zaleceniami przekazanymi przez
prowadzącego na zajęciach wprowadzających (patrz strona internetowa).
Sprawozdanie powinno zawierać (oprócz elementów formalnych):
- dołączony do sprawozdania autoryzowany przez prowadzącego protokół
relacjonujący przebieg ćwiczenia z wynikami pomiarów,
- dokładny opis zastosowanych konfiguracji poligonu pomiarowego (rysunki z
wymiarami w [mm] oraz odpowiadające im długości elektryczne – te ostatnie
tylko dla istotnych elementów układu pomiarowego),
- wyznaczenie częstotliwości odcięcia (częstotliwości granicznej) zakresu pracy
anteny na podstawie wymiarów falowodu zasilającego antenę,
- wyniki pomiaru charakterystyk promieniowania w formie wykresów,
- odpowiednie porównania (zestawienia) charakterystyk promieniowania,
- wykresy dla pozostałych wyników pomiarów,
- patrz polecenie z pkt.2.2-3).
10.0
22.6
75.0
13.3
25.8
APERTURA
145.0
52.0
15.0
Rys. 1 Wymiary anteny tubowej wykorzystywanej w ćwiczeniu.
4. Wymagane przygotowanie
Każdy student w grupie ćwiczeniowej musi być przygotowany do zajęć i mieć
opanowany zakres wiedzy teoretycznej związanej z realizowanym ćwiczeniem.
-3–
© dr hab. inż. Piotr SŁOBODZIAN, prof. PWr.
Ostatnia aktualizacja: 28 marca 2014
W ćwiczeniu wymagana jest znajomość następujących zagadnień (patrz literatura
w pkt.5):
- rodzaje poligonów pomiarowych,
- zasady konfigurowania stanowiska do pomiaru parametrów polowych anten w
strefie pola dalekiego [1-4,6] (warunki na odległość pomiędzy antenami oraz
wysokość ich zawieszenia nad poligonem),
- warunek pola dalekiego (opis zjawisk i ich uproszczeń zastosowanych przy
wyprowadzaniu warunku) [2-4],
- zjawisko odbicia fal EM o różnej polaryzacji od granicy ośrodków [5,6]
(dodatkowo wykład z teorii pola EM),
- źródła błędów pomiarowych oraz ich wpływ na charakterystyki
promieniowania [1-4],
- zasada działania anteny tubowej (częstotliwość odcięcia).
5. Literatura
[1] R. Borowiec, P. Słobodzian, Pomiary anten w strefie pola dalekiego. Stanowisko poligonowe do
pomiaru anten w dziedzinie częstotliwości., Krajowe Sympozjum Telekomunikacji, KST-1996,
Bydgoszcz, 12-14.09.1996, s.155-164 (artykuł).
[2] J. Modelski, Pomiary parametrów anten, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,
Warszawa, 2004.
[3] IEEE standard test propcedures for antennas, sopnsored by Antena Standard Committee, IEEE Std
149-1979, IEEE Press, Inc., New York, 1977.
[4] G.E. Evans, Antenna measurement techniques, Artech House, Inc., Boston, 1990.
[5] D.J. Bem, Anteny i rozchodzenie się fal radiowych, WNT, Warszawa 1973.
[6] C. Balanis, Antenna theory: analysis and design, 2nd ed., John Wiley & Sons, Inc., New York, 1997.
(można
również
skorzystać
z
książki
zamieszczonej
na
stronie
internetowej:
http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/)
-4–
© dr hab. inż. Piotr SŁOBODZIAN, prof. PWr.
Ostatnia aktualizacja: 28 marca 2014