POLITECHNIKA WARSZAWSKA

Laboratorium

Anten

Ć w i c z e n i e

3

Pomiar impedancji własnej

oraz

sprzężeń wzajemnych między radiatorami

Instrukcja

v.1.1

opracowali:

dr inż. Eugeniusz Jaszczyszyn

mgr inż. Henryk Chaciński

Instytut Radioelektroniki

Warszawa 2003

C.1. CEL ĆWICZENIA

Podstawowym celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z metodami pomiaru

impedancji własnej anteny a także zapoznanie studentów ze zjawiskiem sprzężeń pomiędzy
antenami wraz z metodami obliczenia tych impedancji. W trakcie ćwiczenia wyznaczane są
impedancja własna anteny oraz sprzężenia pomiędzy antenami, wykonanych w postaci anten
pionowych. W pracy domowej obliczane są wymienione powyżej impedancji, które
porównują się z impedancjami, uzyskanymi doświadczalnie.

C.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, antena

liniowa,

c) szyki antenowe, wieloelementowe, liniowe, charakterystyka grupowa szyku oraz jej

właściwości,

d) charakterystyka kierunkowa oraz polaryzacyjna anteny,
e) sprzężenia między antenami, impedancja własna oraz wzajemna,
f) metody pomiaru impedancji własnej oraz wzajemnej.

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

C.3. PRACA DOMOWA

1. Obliczyć wartość impedancji własnej anteny pionowej, o wysokości L = 58mm,

umieszczonej nad idealnie przewodzącym ekranem (rys. C.1). Obliczenia wykonać dla
częstotliwości określonej wzorem F= (1.15 + 0.1 K)GHz. „K” jest cyfrą dziesiątek
numeru kolejnego studenta na liście.

2. Obliczyć wartość impedancji wzajemnej (Z

21

= R + jX) dwóch anten pionowych nad

ekranem idealnie przewodzącym (rys. 6.7.) przyjmując odległość d pomiędzy dipolami
równą d = 0.1(1+N)

λ. „N” jest cyfrą jedności numeru kolejnego studenta na liście.

Obliczenia wykonać dla częstotliwości i wysokości dipoli określonych w poleceniu 1.

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

C.4. Pomiary
C.4.1. Pomiary impedancji własnej anteny pionowej
C.4.1.1. Stanowisko pomiarowe

Badana

antena

Wektorowy

analizator

obwodów

A

A

Rys. C.1. Schemat blokowy układu do pomiaru impedancji własnej anteny

Schemat blokowy układu do pomiaru impedancji własnej przedstawiono na rys. C.1.

Układ pomiarowy składa się z wektorowego analizatora obwodów oraz badanej anteny.

2

Impedancja własna badanej anteny jest mierzona w płaszczyźnie dołączenia anteny do toru
pomiarowego, w płaszczyźnie A-A.

Na rys. C.2 przedstawiono widok płyty czołowej wektorowego analizatora obwodów.

Rys. C.2. Widok płyty czołowej wektorowego analizatora obwodów

W celu zmierzenia żądanej wielkości należy wykonać czynności wymienione poniżej:
1. Zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem zamieszczonym na rys. C.1,
2. Włączyć zasilanie wektorowego analizatora obwodów.
3. Zaprogramować analizator do pomiaru żądanej wielkości, w tym przypadku, do

pomiaru impedancji wejściowej Z

11

.W celu osiągnięcia zamierzonego celu należy

wykonać następujące czynności:

- z bloku poleceń CHANNEL wybrać nr ekranu na którym będą prezentowane

wyniki pomiarów, np. ekran nr 4 – wcisnąć przycisk CH4, po wciśnięciu
zaświeci się lampka pod przyciskiem;

- wybrać jako port pomiarowy PORT 1;
- format mierzonych wielkości ustalamy w bloku poleceń RESPONSE

przyciskiem FORMAT a następnie przyciskiem COMPLEX znajdującym się z
boku ekranu wybieramy postać zespoloną mierzonej wartości;

- rodzaj zobrazowania mierzonych wartości ustalamy w bloku poleceń

RESPONSE przyciskiem DIAGRAM a następnie przyciskami z boku ekranu
wybieramy zobrazowanie na wykresie Smitha przyciskiem SMITH, włączamy
siatkę i opis na wykresie przyciskami GRID, ANNOTATION GRID;

- ile wykresów będzie na ekranie jednocześnie w bloku poleceń RESPONSE

przyciskiem DISPLAY, dla przypadku pojedynczego wykresu naciskamy
przycisk SINGLE CHANNEL.

3

4. Zaprogramować zakres częstotliwości w którym będzie mierzona żądana wielkość.

- częstotliwość początkową (startu) programujemy w bloku poleceń

STIMULUS przyciskiem START, następnie z klawiatury wprowadzamy
żądaną wartość częstotliwości i jej jednostki, np. naciskając kolejno przyciski
[0] [.] [8] [Gn] - (0.8GHz)

- częstotliwość końca zakresu (stopu) programujemy w bloku poleceń

STIMULUS przyciskiem STOP, następnie z klawiatury wprowadzamy żądaną
wartość częstotliwości i jej jednostki, np.: [2] [Gn] – (2GHz).

5. Kalibracja wektorowego analizatora. Proces kalibracji jest poprawnie realizowany dla

otwartego portu pomiarowego, toteż przed procesem kalibracji należy odłączyć antenę
od kabla łączącego z wektorowym analizatorem.

- proces kalibracji jest rozpoczynany przyciskiem CAL z bloku poleceń CAL, a

następnie poprzez kolejne naciskanie przycisków znajdujących się z boku
ekranu – START NEW CAL, REFL NORM, PORT1, OUPEN, PORT1 i APPLY
CAL,

- jeżeli po zakończonym procesie kalibracji położenie kursora jest w

niewłaściwym miejscu więc można uruchomić opcję korekty położenia
kursora przyciskiem OFFSET z bloku poleceń CAL, przyciskiem
MAGNITUDE uaktywnić opcję wprowadzania zmiany amplitudy z klawiatury
numerycznej lub przyciskiem PHASE zmiany fazy,

- wybierając przycisk MARKER kończy się proces kalibracji.

6. Po zakończonym procesie kalibracji należy dołączyć badaną antenę do toru

pomiarowego. Pomiar impedancji będzie realizowany w płaszczyźnie przyłączenia
anteny do kabla łączącego badaną antenę z wektorowym analizatorem obwodów.

C.4.1.2. Wyniki pomiarów

Pomiar impedancji wejściowej Z

11

anteny bez ekranu odbijającego wykonać dla czterech

częstotliwości, blisko częstotliwości rezonansowej badanej anteny (X

≈ 0). Wybrane

częstotliwości oznaczyć markerami i odczytać wartości mierzonych impedancji badanej
anteny. Położenia markerów nie zmieniać przez cały czas wykonywania badań.
Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli poniżej oraz przedstawić na wykresie.
Tabela C.1

F

GHz

Z

11

Ω

Wyniki pomiarów porównać z wynikami obliczeń w pracy domowej.

4

C.4.2. Pomiar impedancji sprzężeń wzajemnych między wibratorami
C.4.2.1. Stanowisko pomiarowe

Schemat blokowy układu do pomiaru impedancji sprzężeń wzajemnych między

wibratorami przedstawiono na rys. C.3.

Badana

antena

x

Wektorowy

analizator

obwodów

2x

Rys. C.3. Schemat blokowy układu do pomiaru impedancji sprzężeń wzajemnych

Układ pomiarowy składa się z wektorowego analizatora obwodów oraz badanej anteny z

przesuwaną ścianą metalową.

W celu zmierzenia żądanej wielkości zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem

zamieszczonym na rys. C.3. Zaprogramować wektorowy analizator obwodów oraz
przeprowadzić kalibracje stanowiska zgodnie z opisem podanym w punkcie C.4.1.1.

W układzie pomiarowym przedstawionym na rys. C3. można zmierzyć impedancję

wejściową układu anten sprzężonych. Na podstawie wykonanych pomiarów, korzystając ze
wzoru 6.16, można wyznaczyć wartość impedancji wzajemnej.

C.4.2.2. Wyniki pomiarów

Dla częstotliwości pomiarowych przyjętych w pierwszej części ćwiczenia, zmierzyć

impedancję wejściową Z układu anten sprzężonych w funkcji odległości pomiędzy
wibratorami. Wyniki pomiarów i obliczeń zamieszczać w tabelach o wzorze podanym
poniżej.
Tabela C.2

x

mm

2x mm

Z

Ω

Z

12

Ω

Wyniki pomiarów przedstawić na wykresie oraz porównać z wynikami obliczeń w pracy
domowej.

5