Laboratorium Anten

Temat ćwiczenia: Pomiar parametrów obwodowych anten.

Zadanie projektowe:

1. Określić zysk energetyczny anteny potrzebnej do prawidłowego odbioru TVN we Wrocławiu. Korzystając z aplikacji MAPKI_TV obliczyć poziom sygnału na Psim Polu.

Jaki będzie poziom sygnału, obliczyć zysk anteny (zgodny z normami)

2. Z zysku energetycznego oszacować liczbę elementów i „policzyć antenę Yagi”, czyli określić:

1. charakterystykę promieniowania

2. Z_we

Ad. 1

Program telewizyjny TVN jesteśmy w stanie odbierać we Wrocławiu, korzystając z masztu antenowego, umieszczonego w miejscowości Żórawina (15 km w kierunku południowym od Wrocławia).

Rysunek 1. Lokalizacja na mapie obu miejscowości

Parametry:

Typ obiektu: Maszt
Wysokość posadowienia podpory anteny: 135 m n.p.m.
Wysokość obiektu: 258 m n.p.t.

Maksymalna skuteczna moc promieniowana: 20kW

Charakterystyka promieniowania anteny: dookólna

Polaryzacja: pozioma
Wysokość zawieszenia systemów antenowych: Radio: 220; TV: 250 m n.p.t.

Współrzędne geograficzne: 17°01'51"E, 50°59'10"N - Żórawina

Współrzędne geograficzne: 17°07'E, 51°08'N - Psie Pole

Tabela 1. Pasma częstotliwości

Pasmo	Częstotliwość
Band I	41 - 68 MHz
Band III	162 - 230 MHz
Band IV	470 - 582 MHz
Band V	582 - 960 MHz

Stacja telewizyjna ma pracować na kanale 56. Po wpisaniu tej wartości do programu, otrzymuje częstotliwość 751,25 MHz. Na tej częstotliwości możemy odbierać TVN. Analizując tabelę, zaprezentowaną w zaleceniu ITU-R P.417-4 można jednoznacznie stwierdzić, iż mamy do czynienia z pasmem V.

Tabela 2. Natężenie pola dla poszczególnych pasm (teren słabo zaludniony)

Pasmo	I	III	IV	V
dB(μV/m)	+48	+55	+65	+70

Minimalna wartość natężenia pola, która pozwala na bezproblemowy odbiór sygnału w tym paśmie wynosi 70dB(μV/m). Z uwagi na fakt, iż w Polsce mamy system D/K, wartość tą należy zwiększyć o 2dB. W efekcie otrzymujemy 72dB(μV/m).

W związku z powyższym, przyjmujemy natężenie pola na poziomie 72dB(μV/m). Na uwagę zasługuje fakt, iż taka wartość natężenia pola jest stosowana tylko wtedy, gdy mamy do czynienia z silną interferencją.

Wysokość umiejscowienia odbiornika wynosi 10m ponad cyfrową mapą terenu. Wysokość lasu także została przyjęta na poziomie 10m. Maksymalna skuteczna moc promieniowana to 20kW. Metoda użyta do wyznaczenia linii zasięgów oraz wartości natężenia pola - 370 z Δh. Obliczenia były generowane dla 50% czasu.

Rysunek 2. Rozkład natężenia pola (wysokość zawieszenia anteny 250 m.n.p.t)

Rysunek 3. Legenda do poniższego rozkładu pola

Poziom sygnał na Psim Polu wynosi ok.
.

Wartość sygnału na wejściu odbiornika, odczytana z norm wyniosła:

W pierwszej kolejności należało przeliczyć wartość natężenia pola w punkcie odbioru na V/m.

Następnie przeliczono wymaganą wartość sygnału na wejściu odbiornika na moc w watach.

Gęstość mocy w punkcie odbioru przedstawia się wzorem:

Następnie wyliczono skuteczną powierzchnię anteny:

Na podstawie powyższych wielkości, wyliczono kierunkowość anteny:

Zysk energetyczny w mierze liniowej wyliczono z zależności:

,

Ad. 2

Ilość elementów anteny wyznaczono z zależności na zysk energetyczny anteny Uda-Yagi:

gdzie:

γ - współczynnik zależny od szerokości pasma roboczego

n - całkowita liczba elementów anteny

Z tego:

Dlatego też w projekcie przyjęto antenę Yagi-Uda składającą się z trzech elementów.

Długość reflektora:

Długość elementu aktywnego:

Długość direktora:

Odległość między reflektorem a elementem aktywnym:

Odległość między direktorem a elementem aktywnym:

Częstotliwość górna i dolna pasma pracy:

W wyniku zastosowania powyższych wzorów otrzymano wartości:

Obliczenia wykonane z użyciem programu Yagi:

GEOMETRY:

Element Length Radius X Y Segments

no. [m] [m] [m] [m]

1 1.8400E-01 1.9875E-02 0.0000E+00 0.0000E+00 20

2 1.9900E-01 5.0000E-03 0.0000E+00 0.0000E+00 20

3 1.6700E-01 5.0000E-03 0.0000E+00 0.0000E+00 20

Impedancja anteny w zależności od częstotliwości:

FREQ(MHz) R(Ohm) X(Ohm) G(mS) B(mS)

714.4370 3.6547E+01 -9.0440E+00 2.5783E+01 6.3804E+00

716.4370 3.3345E+01 -2.3319E+01 2.0140E+01 1.4085E+01

718.4370 2.4230E+01 -2.9865E+01 1.6382E+01 2.0192E+01

720.4370 1.6770E+01 -3.0625E+01 1.3756E+01 2.5121E+01

722.4370 1.1947E+01 -2.9438E+01 1.1836E+01 2.9165E+01

724.4370 8.9081E+00 -2.7885E+01 1.0395E+01 3.2540E+01

726.4370 6.9238E+00 -2.6422E+01 9.2806E+00 3.5415E+01

728.4370 5.5792E+00 -2.5165E+01 8.3971E+00 3.7876E+01

730.4370 4.6235E+00 -2.4094E+01 7.6812E+00 4.0029E+01

732.4370 3.9256E+00 -2.3189E+01 7.0969E+00 4.1922E+01

734.4370 3.3982E+00 -2.2421E+01 6.6078E+00 4.3599E+01

736.4370 2.9884E+00 -2.1759E+01 6.1950E+00 4.5107E+01

738.4370 2.6642E+00 -2.1185E+01 5.8437E+00 4.6467E+01

740.4370 2.4003E+00 -2.0683E+01 5.5364E+00 4.7706E+01

742.4370 2.1846E+00 -2.0241E+01 5.2708E+00 4.8836E+01

744.4370 2.0039E+00 -1.9846E+01 5.0366E+00 4.9880E+01

746.4370 1.8519E+00 -1.9491E+01 4.8311E+00 5.0846E+01

748.4370 1.7220E+00 -1.9172E+01 4.6474E+00 5.1743E+01

750.4370 1.6098E+00 -1.8882E+01 4.4826E+00 5.2578E+01

752.4370 1.5115E+00 -1.8614E+01 4.3338E+00 5.3371E+01

754.4370 1.4260E+00 -1.8371E+01 4.2002E+00 5.4109E+01

756.4370 1.3492E+00 -1.8145E+01 4.0752E+00 5.4807E+01

758.4370 1.2817E+00 -1.7937E+01 3.9635E+00 5.5467E+01

760.4370 1.2204E+00 -1.7742E+01 3.8589E+00 5.6100E+01

762.4370 1.1657E+00 -1.7560E+01 3.7639E+00 5.6698E+01

764.4370 1.1163E+00 -1.7389E+01 3.6768E+00 5.7273E+01

766.4370 1.0716E+00 -1.7229E+01 3.5962E+00 5.7818E+01

768.4370 1.0300E+00 -1.7077E+01 3.5190E+00 5.8345E+01

770.4370 9.9205E-01 -1.6932E+01 3.4483E+00 5.8857E+01

772.4370 9.5621E-01 -1.6797E+01 3.3782E+00 5.9342E+01

774.4370 9.2435E-01 -1.6666E+01 3.3177E+00 5.9818E+01

776.4370 8.9473E-01 -1.6543E+01 3.2598E+00 6.0272E+01

778.4370 8.6683E-01 -1.6424E+01 3.2044E+00 6.0716E+01

780.4370 8.4060E-01 -1.6312E+01 3.1509E+00 6.1143E+01

782.4370 8.1616E-01 -1.6202E+01 3.1012E+00 6.1564E+01

784.4370 7.9338E-01 -1.6098E+01 3.0543E+00 6.1971E+01

786.4370 7.7194E-01 -1.5998E+01 3.0091E+00 6.2362E+01

788.4370 7.5200E-01 -1.5900E+01 2.9679E+00 6.2752E+01

790.4370 7.3257E-01 -1.5806E+01 2.9258E+00 6.3130E+01

1

---