1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było poznanie metody pomiaru charakterystyk promieniowania oraz zysku w polu dalekim. Ćwiczenie odbywało się w komorze bezechowej na zainstalowanym w nim zautomatyzowanym stanowisku pomiarowym – pomiary w dziedzinie częstotliwości na poligonie bez odbić – typu „free-space range”.

Urządzenia wykorzystane podczas ćwiczenia:

• dalomierz HILTI

• generator sygnału w.cz. HP8350B

• dekoder obwiedni sygnału HP11664A

• analizator HP8757D

• komputer

2. Pomiary

Rys. 1 Schemat stanowiska pomiarowego¹

Ustawiono następujące parametry procesu pomiarowego:

Poziom mocy z generatora:	15 dBm
Częstotliwość dolna:	7,4 GHz
Częstotliwość górna:	9,4 GHz
Współczynnik wygładzenia:	16 %
Krok:	co 2º
Liczba częstotliwości w paśmie:	10
Odległość między antenami:	2,775 m

Rys. 2 Osie i płaszczyzny odniesienia antena tubowa²

Tłumienie swobodnej przestrzeni:

Odległość między antenami: 2,775m = 0,002775 km

Tłumienie swobodnej przestrzeni dla wybranych częstotliwości w płaszczyźnie H

F [MHz]	7400	8400	9400
Lfb [dB]	58,68	59,79	60,76

Zysk energetyczny anteny tubowej dla wybranej częstotliwości w płaszczyźnie H

F [MHz]	7400	8400	9400
Ga [dB]	21,86	20,86	22,98

2.1 Pomiary charakterystyk promieniowania anteny badanej dla polaryzacji podstawowej w płaszczyźnie wektora H

Rys. 3 Schemat ustawienia anten.

Rys. 4 Charakterystyka promieniowania anteny badanej dla polaryzacji podstawowej w płaszczyźnie wektora H

Lp.	Parametr	Wartości
		7400	8400	9400
1.	Szerokość listka głównego	10°	8°	8°
2.	Liczba listków bocznych	0	0	1
3.	Poziom listków bocznych	-	-	-17 dB
4.	Położenie pierwszych zer	-52° i 50°	40°	-38° i 36°
5.	Poziom listka wstecznego	-	-	-
6.	Tłumienie promieniowania wstecznego	-22,3 dB	-24 dB	-20,2 dB

7.

Skrzywienie osi elektrycznej anteny względem jej osi mechanicznej

0

0

0

2.2 Pomiary charakterystyk promieniowania anteny badanej dla polaryzacji podstawowej w płaszczyźnie wektora E

Rys. 5 Schemat ustawienia anten

Rys. 6 Charakterystyka promieniowania anteny badanej dla polaryzacji podstawowej w płaszczyźnie wektora E

Lp.	Parametr	Wartości
		7400	8400	9400
1.	Szerokość listka głównego	12°	10°	10°
2.	Liczba listków bocznych	3	1	1
3.	Poziom listków bocznych	-12,8 dB	-13,9 dB	-14,9 dB
4.	Położenie pierwszych zer	-48° i 46°	-38° i 42°	-40° i 36°
5.	Poziom listka wstecznego	-	-	-
6.	Tłumienie promieniowania wstecznego	-21,4 dB	-22,6 dB	-22,0 dB

7.

Skrzywienie osi elektrycznej anteny względem jej osi mechanicznej

0

0

0

2.3 Pomiary charakterystyk promieniowania anteny badanej dla polaryzacji ortogonalnej w płaszczyźnie wektora E

Rys. 7 Schemat ustawienia anten

Rys. 8 Pomiar charakterystyk promieniowania anteny badanej dla polaryzacji ortogonalnej w płaszczyźnie wektora E

Lp.	Parametr	Wartości
		7400	8400	9400
1.	Szerokość listka głównego	49˚	44˚	43˚
2.	Liczba listków bocznych	-	-	-
3.	Poziom listków bocznych	-	-	-
4.	Położenie pierwszych zer	-38° i 30°	-30° i 22°	-20° i 16°
5.	Poziom listka wstecznego	-	-	-
6.	Tłumienie promieniowania wstecznego	-	-	-
7.	Skrzywienie osi elektrycznej anteny względem jej osi mechanicznej	0	0	0

2.4 Porównanie charakterystyk promieniowania pionowej i poziomej

Rys. 9 Porównanie charakterystyk promieniowania dla polaryzacji zamierzonej i ortogonalnej

Rys. 10 Porównanie charakterystyk dla polaryzacji zamierzonej w płaszczyznach wektora E i H dla f= 8,4 GHz

3. Wyznaczenie zysku energetycznego

Dla naszego układu pomiarowego bilans energetyczny łącza określa wzór:

w procesie kalibracji wyznaczyliśmy wartość:

Podstawiając dwa powyższe wzory uzyskamy:

przenosząc P_cal na drugą stronę uzyskamy:

w trakcie ćwiczenia wykonaliśmy pomiary:

zatem uzyskamy:

stąd

gdzie:

P_dat- zmierzone wartości

L_bf – tłumienie swobodnej przestrzeni

G_a – zysk anteny nadawczej

Przykład obliczenia:

dla częstotliwości 7,4 GHz, pomiar charakterystyki mamy P_dat = -25,21, z charakterystyki anteny nadawczej odczytano G_a = 21,86 dBi, wartość tłumienia swobodnej przestrzeni wynosi: L_bf = 58,69 dB.

Zysk anteny odbiorczej wynosi:

Rys. 11 Zysk anteny

Wnioski:

Analizując charakterystykę w płaszczyźnie H można zauważyć jedną główną wiązkę dla częstotliwości 7,4 GHz oraz 8,4 GHz. Dla częstotliwości 9,4 GHz pojawiają się listki boczne na poziomie -17 dB.

Wraz ze wzrostem częstotliwości występuje mniejsze tłumienie wsteczne. Dla 9,4 GHz wyniosło -20,2 dB.

W przypadku charakterystyki w płaszczyźnie E występują listki boczne o większym poziomie porównując do charakterystyki w poziomie H. Poziom listków bocznych dla częstotliwości 7,4 8,4 9,4 GHz wynoszą odpowiednio -12,8 dB, -13,9 dB, 14,9 dB. Charakterystyka nie jest symetryczna względem punktu zero.

Podczas badania charakterystyki ortogonalnej antenę nadawczą ustawiono poziomo natomiast antenę odbiorczą ustawiono pionowo. Pomiary wykonano zgodnie z poleceniem od -70º do 70º co 2º.

Punkt maksymalny nie znajduje się dokładnie w punkcie 0º, spowodowane to może być błędnym ustawieniem przez nas anten, które nie były względem siebie ustawione równolegle.

Największy zysk energetyczny dla anteny odbiorczej w badanym paśmie 7,4 – 9,4 GHz uzyskaliśmy dla częstotliwości ~8,7 GHz wynoszący 18 dBi.

1Dodatek do ćwiczenia nr 3. - Zasady pomiaru charakterystyk promieniowania i zysku anten na zautomatyzowanym stanowisku pomiarowym. Witold Papierniak.

2Schemat pobrany z Dodatek1_LA_cw3.pdf autor: mgr inż Witold Papierniak