POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI, TELEINFORMATYKI I AKUSTYKI

Katedra Radiokomunikacji i Teleinformatyki

LABORATORIUM ANTEN

Instrukcja

do ćwiczenia nr 3

Temat: Pomiary parametrów polowych anten w polu

dalekim na zautomatyzowanym stanowisku

pomiarowym.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami pomiaru charakterystyk

promieniowania oraz zysku energetycznego anten w polu dalekim na

zautomatyzowanym stanowisku pomiarowym umieszczonym w komorze

bezechowej. Ćwiczenie dotyczy metodologii pomiaru w dziedzinie częstotliwości

na poligonie bez odbić, tj. typu „free-space range” (umieszczonym w swobodnej

przestrzeni).

Ćwiczenie składa się z dwóch części: części pomiarowej i obliczeniowej. W

pierwszej

części

ćwiczenia

są

wykonywane

pomiary

charakterystyk

promieniowania anteny. Druga część ćwiczenia polega na wyznaczeniu zysku

energetycznego anteny w oparciu o uprzednio otrzymane wyniki pomiarów.

2. Przebieg ćwiczenia

Grupa ćwiczeniowa jest zobowiązana do szczegółowego zapoznania się z

zasadami pomiaru parametrów polowych anten na zautomatyzowanym stanowisku

- 1 -

© Dr Piotr SŁOBODZIAN

Ostatnia aktualizacja: 14 marca 2009

pomiarowym oraz zasadami obsługi systemu pomiarowego. Opis wymienionych zasad znajduje się w Dodatku 1 [1].

Przed przystąpieniem do pomiarów (w dniu wykonywania ćwiczenia) należy

pobrać od prowadzącego następujące dane:

- typ badanej anteny (prowadzący przekazuje grupie antenę do badań),

- zakres częstotliwości pomiaru (lub pojedyncze częstotliwości pomiaru),

- liczbę charakterystyk promieniowania w zadanym paśmie częstotliwości,

- rodzaj polaryzacji zamierzonej (roboczej) badanej anteny,

- normę lub wymagania na poszczególne parametry polowe anteny.

Pomiary obejmują wyznaczenie następujących parametrów polowych anteny:

- charakterystyk promieniowania dla składowej zgodnej (zamierzonej) pola

w głównych płaszczyznach anteny (w płaszczyźnie azymutu i elewacji),

- charakterystyk promieniowania dla składowej ortogonalnej pola

w głównych płaszczyznach anteny (w płaszczyźnie azymutu i elewacji),

- przebiegu zysku energetycznego anteny w funkcji częstotliwości.

3. Zawartość sprawozdania

Sprawozdanie należy przygotować zgodnie z zaleceniami przekazanymi przez

prowadzącego na zajęciach wprowadzających (patrz również strona internetowa).

Do sprawozdania należy dołączyć autoryzowany przez prowadzącego protokół

relacjonujący przebieg ćwiczenia. Sprawozdanie powinno zawierać (oprócz

elementów formalnych) wykresy zmierzonych charakterystyk promieniowania

badanej anteny przy trzech różnych częstotliwościach (chyba, że prowadzący

zdecyduje inaczej). Do każdej charakterystyki promieniowania należy wyznaczyć

następujące parametry (o ile jest to możliwe):

- szerokość listka głównego,

- liczbę listków bocznych,

- poziom listków bocznych,

- położenie pierwszych zer,

- poziom listka wstecznego,

- tłumienie promieniowania wstecznego (w stosunku do listka głównego),

- skrzywienie osi elektrycznej anteny względem jej osi geometrycznych

anteny (w obydwóch płaszczyznach).

W przypadku charakterystyk promieniowania dla składowej ortogonalnej pola

zamiast szerokości listka głównego wyznaczamy (z reguły) położenie głównego

zera. Wymienione powyżej parametry zmieniają się wraz z częstotliwością i z tego

powodu w sprawozdaniu należy zamieścić tabelę zawierającą wartości

parametrów dla trzech częstotliwości z zakresu pomiarowego (np. dla

częstotliwości dolnej, górnej i środkowej). Przykład tabeli pokazano na następnej

stronie. Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać, dodatkowo, następujące

elementy:

1. Opis geometrii anteny oraz układu odniesienia dla charakterystyk

- 2 -

© Dr Piotr SŁOBODZIAN

Ostatnia aktualizacja: 14 marca 2009

promieniowania (geometryczne płaszczyzny i osie odniesienia).

2. Wykresy charakterystyk promieniowania (dla co najmniej 3 częstotliwości):

a) w płaszczyźnie azymutu (dla polaryzacji zamierzonej i ortogonalnej),

b) w płaszczyźnie elewacji (dla polaryzacji zamierzonej i ortogonalnej),

c) porównanie charakterystyk dla polaryzacji zamierzonej i ortogonalnej

przy danej częstotliwości (na wspólnym wykresie),

d) porównanie charakterystyki elewacyjnej i azymutalnej dla polaryzacji

zamierzonej przy danej częstotliwości (na wspólnym wykresie).

UWAGA: w sprawozdaniu nie zamieszczać tabeli z wynikami pomiarów !

3. Oznaczenie na wykresach charakterystyk promieniowania z pkt.2a i 2b

szerokości listka głównego, poziomu listków bocznych, położenie pierwszych

zer oraz poziomu listka wstecznego.

4. Opis procedury wyznaczenia zysku, zawierający:

a) wzór do wyznaczania zysku z opisem poszczególnych wielkości,

b) przykładowe obliczenia zysku (dla jednej z wybranych częstotliwości),

c) przykładowe obliczenia dokładności metody (wartości błędu

pomiarowego),

d) tabelę z danymi wejściowymi do wzoru (w funkcji częstotliwości)

zawierającą kolumnę z wynikami obliczeń zysku oraz wartością błędu

pomiarowego,

e) wykres zysku anteny badanej wyznaczony na podstawie azymutalnej i

elewacyjnej charakterystyki promieniowania (w funkcji częstotliwości).

5. Wnioski końcowe:

Wyniki uzyskane w procesie pomiaru parametrów polowych badanej

anteny należy porównać z normą (zadaną przez prowadzącego), a rezultaty

porównania opisać w postaci krótkich wniosków końcowych.

Tab.1 Wyniki pomiary podstawowych parametrów charakterystyk promieniowania anteny badanej

w płaszczyźnie elewacji.

Wartość

Lp.

PARAMETR

fd=1.40 GHz

fs=1.55 GHz

fg=1.81 GHz

1. Szerokość listka głównego

30.5°

29.2°

27.8°

2. Poziom listków bocznych

-19.4 dB

-16.9 dB

-15.7 dB

3. Położenie pierwszych zer

-78.5° i +79.1° -77.8° i +78.0° -76.2° i +76.1°

4. ... i tak dalej.

4. Wymagane przygotowanie

Każdy student w grupie ćwiczeniowej musi być przygotowany do zajęć i mieć

opanowany zakres wiedzy teoretycznej związanej z realizowanym ćwiczeniem.

W ćwiczeniu wymagana jest znajomość następujących zagadnień (patrz literatura

w pkt.5):

- zasady konfigurowania stanowiska pomiarowego w polu dalekim [2,5-7,9],

- 3 -

© Dr Piotr SŁOBODZIAN

Ostatnia aktualizacja: 14 marca 2009

- idea komory bezodbiciowej oraz jej podstawowe parametry [8-10],

- zasada pomiaru charakterystyki promieniowania (schemat układu pomia-

rowego) [1-5],

- metody pomiaru zysku energetycznego anten [4-7].

5. Literatura

[1] Dodatek 1- ćw.3: Zasady pomiaru charakterystyk promieniowania oraz zysku anten. Opis dostępny na stronie internetowej pod adresem:

https://lst.ita.pwr.wroc.pl/kursy/file.php/85/DYDAKTYKA/LabANTEN/pomoce.htm

[2] 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).

[3] R. Borowiec, W. Krzysztofik, Z. Langowski, W. Papierniak, P. Słobodzian, Stanowisko poligonowe do pomiaru anten w strefie pola dalekiego metodą częstotliwościową, Wojskowa Konferencja Telekomunikacji i Informatyki, WKTiŁ-98, VII Międzynarodowa Konferencja Naukowa, Zegrze, 7-9.10.1998, cz.3, s.345-354 (artykuł).

[4] M. Orski, Pomiar zysku energetycznego anten na stanowisku do pomiaru w strefie pola dalekiego, Praca Dyplomowa Magisterska, TEL-TRU, Wydział Elektroniki, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2001.

[5] J. Modelski, Pomiary parametrów anten, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2004.

[6] IEEE standard test propcedures for antennas, sopnsored by Antena Standard Committee, IEEE Std 149-1979, IEEE Press, Inc., New York, 1977.

[7] G.E. Evans, Antenna measurement techniques, Artech House, Inc., Boston, 1990.

[8] L.H. Hemming, Electromagnetic Anechoic chambers: fundamental design and specification guide, IEEE Press/Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, Inc., New York, 2002.

[9] C. Balanis, Antenna theory: analysis and design, 2nd ed., John Wiley & Sons, Inc., New York, 1997.

[10] J. Szóstka, Fale i anteny, WKiŁ, wyd.2., Warszawa 2001.

- 4 -

© Dr Piotr SŁOBODZIAN

Ostatnia aktualizacja: 14 marca 2009