POLITECHNIKA WARSZAWSKA

Laboratorium

Anten

Ć w i c z e n i e

2

Badanie charakterystyk polaryzacyjnych

Instrukcja

v.1.1

opracowali:

dr inż. Eugeniusz Jaszczyszyn

mgr inż. Henryk Chaciński

Instytut Radioelektroniki

Warszawa 2003

B.1. CEL ĆWICZENIA

Podstawowym celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z metodami pomiaru

polaryzacyjnych charakterystyk anten oraz ze sposobami wytwarzania fali o polaryzacji
eliptycznej (kołowej). W trakcie ćwiczenia wyznaczane są charakterystyki polaryzacyjne fali
o polaryzacji liniowej, kołowej oraz charakterystyki polaryzacyjne anteny spiralnej.

B.2. ZAKRES WYMAGANYCH WIADOMOŚCI

Do poprawnego wykonania ćwiczenia konieczne jest wykonanie pracy domowej oraz

znajomość następujących zagadnień:

a) podstawowe właściwości fali TEM rozchodzącej się w nieograniczonej przestrzeni,
b) dipol elektryczny (magnetyczny) Hertza, element promieniujący Huygens’a,
c) anteny o polaryzacji liniowej, kołowej, eliptycznej,
d) charakterystyki polaryzacyjne anteny (fali),
e) charakterystyka kierunkowa oraz polaryzacyjna anteny,
f) metody pomiaru charakterystyk polaryzacyjnych,
g) metody wytwarzania fali o polaryzacji liniowej, kołowej i eliptycznej,
h) wykorzystanie anten o polaryzacji liniowej i kołowej.

Materiały pomocnicze znajdują się w skrypcie dostępnym w pok. 427 (1 egz. na 1 zespół
i są do zwrotu)

B.3. PRACA DOMOWA

1. Obliczyć wartość współczynnika eliptyczności m oraz wykreślić elipsę polaryzacyjną dla

następujących wartości składowych wektora pola elektrycznego:

E

θ

= (1+K) e

−j5N

[V/m], E

ϕ

= (5

−K) e

j5N

[V/m]

przy czym „N” jest cyfrą jedności a „K” cyfrą dziesiątek numeru kolejnego studenta na
liście. „5N” jest miarą kąta w stopniach.

Uwaga! Wykonanie pracy domowej jest warunkiem koniecznym do pisania sprawdzianu (ok.
15 min.) i realizacji części pomiarowej ćwiczenia

B.4. POMIARY
B.4.1. Opis działania stanowiska pomiarowego

Schemat układu pomiarowego przedstawiono na rys. B.1 Sygnał z generatora poprzez

sprzęgacz jest doprowadzony do falowodu kołowego (przy badaniu polaryzacji fal ). Przy
badaniu polaryzacji anten w miejsce falowodu jest włączana badana antena. Fala
elektromagnetyczna wzbudzana w falowodzie kołowym lub wytwarzana przez badana antenę
jest odbierana za pomocą anteny pomiarowej. Sygnał z anteny pomiarowej jest
doprowadzony do woltomierza wektorowego (wejście B). Za pomocą woltomierza
wektorowego jest mierzona amplituda i faza odbieranego sygnału. Antena pomiarowa jest
wyposażona w podziałkę umożliwiającą odczytanie kąta

α ustawienia anteny. Do wejścia A

woltomierza wektorowego jest doprowadzony sygnał odniesienia. Sygnał odniesienia dla
woltomierza wektorowego jest pobierany z wyjścia generatora za pomocą sprzęgacza.
Sprzężenie pomiędzy wejściem 1 i wyjściem 3 sprzęgacza wynosi 20dB.

W układzie pomiarowym przedstawionym na rys. B.1 ( w wersji z falowodem kołowym)

badaną falę elektromagnetyczną wytwarza się w sposób opisany w rozdziale 4. Fala
elektromagnetyczna jest wzbudzana w falowodzie kołowym za pomocą antenki umieszczonej
w odległości około

λ/4 od zwartego końca falowodu. Antenka ta jest umieszczona ukośnie,

2

pod kątem 45 ° od pionu. Wewnątrz falowodu znajdują się prowadnice umożliwiające
wsunięcie jednej lub dwóch płyt teflonowych. Płyty te są umieszczane pionowo. Po usunięciu
płyt polaryzacja fali u wylotu falowodu odpowiada polaryzacji fali generowanej przez
antenkę i jest bliska liniowej. Włożenie jednej lub obydwu płyt powoduje zmianę fazy
składowej pionowej pola elektrycznego i polaryzacja fali staje się eliptyczna. Przy włożeniu
obydwu płyt polaryzacja zbliża się do kołowej.

x

y

z

Badana antena

Antena pomiarowa

Falowód kołowy

1

3

Woltomierz

wektorowy

A

B

Generator

Sprzęgacz

2

4

L

Rys. B.1. Schemat układu pomiarowego

B.4.2. Pomiary polaryzacji liniowej fali elektromagnetycznej

1. Obliczyć krytyczną długość fali oraz częstotliwość krytyczną fali w falowodzie kołowym

dla podstawowego rodzaju pracy TE

11

przyjmując średnicę falowodu d = 119mm.

2. Obliczyć długość fali w falowodzie bez płyty teflonowej dla częstotliwości 1750MHz.

Ustawić częstotliwość pracy generatora równą 1750 MHz oraz taki poziom sygnału, aby

woltomierz osiągnął stan synchronizacji (lampka sygnalizacyjna powinna zgasnąć). Dla fali o
polaryzacji liniowej zmierzyć poziom sygnału oraz jego fazy w funkcji kąta położenia anteny
pomiarowej w zakresie od 0° do 360° (fala o polaryzacji liniowej jest wytwarzana, gdy płyty
dielektryczne są usunięte z falowodu). Wyniki pomiarów zanotować w tabeli podanej poniżej.
Tabela nr 1

α

o

U

mV

ϕ

o

gdzie:

α - położenie anteny pomiarowej, ϕ - przesunięcie fazy mierzonego napięcia.

Zanotować pozycję anteny, przy których uzyskuje się maksymalną i minimalną amplitudę

sygnału mierzonego.

3

Sporządzić wykres we współrzędnych biegunowych zależności poziomu amplitudy

sygnału oraz we współrzędnych prostokątnych zależności fazy od kąta położenia anteny.
Naszkicować elipsę polaryzacji i wyznaczyć kąt nachylenia elipsy. Obliczyć współczynnik
eliptyczności m w dB.

B.4.3.. Pomiary polaryzacji kołowej fali elektromagnetycznej

1. Obliczyć długość płyty teflonowej, umieszczenie której w falowodzie kołowym

spowoduje powstanie fali o polaryzacji kołowej. Obliczenia wykonać dla częstotliwości
określonej wzorem: F = 1.55 + 0.03N. „N” jest cyfrą jedności numeru kolejnego studenta
na liście,

ε

w

teflonu przyjąć 2.

Należy umieścić w falowodzie kołowym obie płyty dielektryczne. Przeprowadzić

analogiczne pomiary jak powyżej. Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli podanej poniżej.
Tabela nr 2

α

o

U

mV

ϕ

o

gdzie:

α - położenie anteny pomiarowej, ϕ - przesunięcie fazy mierzonego napięcia.

Dodatkowo należy naszkicować elipsę polaryzacji, wyznaczyć wielkość współczynnika

eliptyczności i kąt nachylenia elipsy. Porównać wartości współczynnika eliptyczności dla
polaryzacji liniowej i kołowej.

B.4.4. Pomiary współczynnika eliptyczności w funkcji częstotliwości

Wykonać pomiary współczynnika eliptyczności w funkcji częstotliwości.. Pomiary należy

wykonać dla kilku punktów w zakresie częstotliwości 1.5GHz do 1.75GHz. Wyniki
pomiarów zamieścić w tabeli podanej poniżej.
Tabela nr 3

F

GHz

U

max

mV

U

min

mV

m

-

Sporządzić wykres we współrzędnych prostokątnych uzyskanej zależności, wyjaśnić

przyczynę zaobserwowanych zmian.

B.4.5. Pomiary charakterystyki polaryzacji anteny

Zmierzyć charakterystykę polaryzacji anteny spiralnej dla częstotliwości 1.5GHz. Jako

antenę pomiarową zastosować antenę o polaryzacji liniowej (antenę dipolową z możliwością
obrotu). Antenę badaną umieścić możliwie daleko od przedmiotów mogących zniekształcać
pole elektromagnetyczne. Zmierzyć poziom sygnału oraz jego fazę w funkcji kąta położenia

4

anteny pomiarowej w zakresie od 0° do 360. Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli podanej
poniżej.

Tabela nr 4

α

o

U

mV

ϕ

o

gdzie:

α - położenie anteny pomiarowej, ϕ - przesunięcie fazy mierzonego napięcia.

Naszkicować elipsę polaryzacji i wyznaczyć kąt nachylenia elipsy. Obliczyć

współczynnik eliptyczności m w dB.

5