LABORATORIUM ZAKŁADU MIKROFAL
G r u p a: E5T1S0	O c e n a	Data wykonania ćwiczenia: 11.04.2008r.	Prowadzący ćwiczenie: mgr inż. A. Słowik
IMIĘ I NAZWISKO: Gerard Mycek
				Data oddania sprawozdania: 14.04.2008r.	Potwierdzenie przyjęcia (Nazwisko - podpis)
Sprawozdanie
T e m a t: SYMULACYJNE BADANIE PRZESUWNIKÓW FAZY

1. Układ pomiarowy (symulator ShifterWK1)

Lp	Nazwa przyrządu	Typ	Firma	Nr fabr.
1	komputer klasy PC (Pentium II 333)	-	-	-
2	wirtualne przyrządy pomiarowe: gen. mikrofalowy	-	-	-
3	sprzęgacz(3 i 4), dzielnik mocy x2	-	-	-
4	miernik mocy i fazy x2 badane uk.: strojniki	-	-	-
5	sprzęgacz 3dB/90^o	-	-	-

PRZEBIEG POMIARÓW:

1. Pomiar parametrów amplitudowych i fazowych sygnału dobiegającego do wrót

wejściowych badanego elementu - dla potrzeb wyznaczenia współczynnika odbicia

badanych podzespołów.

Włączyć zwarcie (short) na wyjściu sprzęgacza pomiarowego SK 2W. Ustawiając kolejne częstotliwości sygnału z generatora mikrofalowego pomierzyć i zanotować w tabeli 1a, 1b

i 1c wartości fazy i mocy wskazywane przez przyrządy odpowiednio: miernik różnicy faz PSM AK52 numer SN 55, miernik mocy PM KZ54 numer SN 77. Po zakończeniu tej serii pomiarowej odłączyć zwarcie (short).

2. Pomiar parametrów amplitudowych i fazowych sygnału dobiegającego do wrót

wejściowych badanego elementu - dla potrzeb wyznaczenia transmitancji badanych

podzespołów.

Do wrót pomiarowych podłączyć bezstratne przejście (lossless connection). Ustawiając kolejne częstotliwości sygnału z generatora mikrofalowego pomierzyć i zanotować w tabeli

1a, 1b i 1c wartości fazy i mocy wskazywane przez przyrządy odpowiednio: miernik różnicy faz PSM AK52 numer SN 53, miernik mocy PM KZ54 numer SN 87.

Po zakończeniu tej serii pomiarowej odłączyć bezstratne przejście (lossless connection).

Tabela 1a.

f [MHz]	Ppad [dBm]	pad [ ]	Pwe [dBm]	we [ ]
1000	-53,96	135,5	-32,17	125,7
1200	-53,9	118,8	-31,78	117,9
1400	-53,31	111	-32,16	107,5
1600	-53,86	103,7	-31,53	97,9
1800	-54,22	96,6	-32,16	88,7
2000	-54,07	84,6	-31,37	75,4
2200	-53,64	77,6	-32,05	65,9
2400	-57,77	63,9	-32,13	56,1
2600	-54,42	53,5	-32,09	45,9
2800	-54,69	42	-31,98	31,5
3000	-53,37	37,8	-31,39	21,3
3200	-53,93	25,5	-30,99	11,5
3400	-54,7	18	-30,97	2,8
3600	-54,13	11,1	-31,1	-8,3
3800	-53,58	-4,1	-32,19	-20,9
4000	-53,71	-14,4	-31,62	-30,2

3. Pomiar parametrów mikrofalowego szerokopasmowego przesuwnika fazy

Pomiar współczynnika odbicia od wrót 1 oraz transmitancji mikrofalowego

szerokopasmowego przesuwnika fazy

W układzie pokazanym na rysunku 1 wybrać przesuwnik fazy, który będzie badany.

Ustawiając kolejne częstotliwości sygnału mikrofalowego (tylko spośród tych jakie zapisano

w tabelach 1a, 1b, 1c w czasie kalibracji) pomierzyć i zanotować w tabeli 2 wartości mocy

i fazy wskazywane przez przyrządy w kanale pomiaru współczynnika odbicia oraz w kanale pomiaru transmitancji. Po zakończeniu pomiarów odłączyć przesuwnik od wrót pomiarowych. Podobnie postępujemy z następnymi elementami. Wyniki pomiarów wpisałem do kolejnych tabel.

Tabela 2 Wyniki pomiarów parametrów przesuwnika fazy PF SR1 (Z_s=92)

f [MHz]	Podb [dBm]	odb [ ]	Pwy2 [dBm]	wy2 [ ]	IS11I [dB]	Arg(S11) [ ]	IS21I [dB]	Arg(S21) [ ]	w [ ]
1000	-55,76	-59,8	-38,31	27,1	-1,8	-195,3	-6,14	-98,6	-29,4
1200	-55,22	-138	-39,76	122,3	-1,32	-256,8	-7,98	4,4	87,5
1400	-59,02	172,5	-33,78	76,1	-5,71	61,5	-1,62	-31,4	65,6
1600	-64,13	142,2	-32,06	44,2	-10,27	38,5	-0,53	-53,7	57,1
1800	-69,18	118,6	-32,36	18,4	-14,96	22	-0,2	-70,3	54,4
2000	-75,38	93,7	-31,45	-9,2	-21,31	9,1	-0,08	-84,6	53,9
2200	-95,04	105,3	-32,09	-32,2	-41,4	27,7	-0,04	-98,1	54,3
2400	-77,76	-141,9	-32,19	-55,5	-19,99	-205,8	-0,06	-111,6	54,6
2600	-70,39	-164,5	-32,26	-79,8	-15,97	-218	-0,17	-125,7	54,4
2800	-65,85	168,2	-32,42	-110,2	-11,16	126,2	-0,44	-141,7	52,2
3000	-60,01	142,7	-32,67	-141,1	-6,64	104,9	-1,28	-162,4	45,4
3200	-55,98	93,6	-36,49	175,7	-2,05	68,1	-5,5	-195,8	25,8
3400	-55,9	23,9	-39,72	-91	-1,2	5,9	-8,75	-93,8	141,7
3600	-59,75	-26,5	-32,77	-138,9	-5,62	-37,6	-1,67	-130,6	118,7
3800	-63,84	-65,4	-32,73	-174,4	-10,26	-61,3	-0,54	-153,5	109,7
4000	-68,68	-92,4	-31,82	159,4	-14,97	-78	-0,2	-170,4	106,6

Długość elektryczna linii odniesienia LO = 152,35 [^o]

na częstotliwości f0 = 2200 [MHz]

Rys. 1 Struktura przesuwnika fazy PF SR1 (Z_s=92)

Tabela 3 Wyniki pomiarów parametrów przesuwnika fazy PF SR2 (Z_s=50)

f [MHz]	Podb [dBm]	odb [ ]	Pwy2 [dBm]	wy2 [ ]	IS11I [dB]	Arg(S11) [ ]	IS21I [dB]	Arg(S21) [ ]	w [ ]
1000	-54,28	-79	-47,17	7,5	-0,32	-214,5	-15	-118,2	-25,1
1200	-54,75	-137,1	-40,2	129,1	-0,85	-255,9	-8,42	11,2	123,0
1400	-56,86	-178,6	-34,87	86,5	-3,55	-289,6	-2,71	-21	109,4
1600	-61,14	148,9	-32,51	52	-7,28	45,2	-0,98	-45,9	103,1
1800	-66,43	121,7	-32,48	22,3	-12,21	25,1	-0,32	-66,4	101,2
2000	-75,41	93,4	-31,45	-9,2	-21,34	8,8	-0,08	-84,6	101,7
2200	-77,38	-119	-32,11	-36,3	-23,74	-196,6	-0,06	-102,2	102,7
2400	-67,83	-147,9	-32,4	-64,3	-10,06	-211,8	-0,27	-120,4	103,1
2600	-62,27	-178,1	-32,94	-94,6	-7,85	-231,6	-0,85	-140,5	101,6
2800	-58,68	145,9	-34,35	-133,3	-3,99	103,9	-2,37	-164,8	96,0
3000	-54,46	108,7	-38,65	-175,3	-1,09	70,9	-7,26	-196,6	82,8
3200	-54,2	54,8	-49,24	-58,4	-0,27	29,3	-18,25	-69,9	-131,9
3400	-56,84	8,1	-35,4	-98,8	-2,14	-9,9	-4,43	-101,6	-145,0
3600	-59,69	-28	-32,63	-138,6	-5,56	-39,1	-1,53	-130,3	-155,1
3800	-63,51	-65,6	-32,72	-173,7	-9,93	-61,5	-0,53	-152,8	-158,9
4000	-70,27	-94,4	-31,76	157,7	-16,56	-80	-0,14	-172,1	-159,6

Długość elektryczna linii odniesienia LO = 204,87 [^o]

na częstotliwości f0 = 2200 [MHz]

Rys. 2 Struktura przesuwnika fazy PF SR2 (Z_s=50)

Tabela 4 Wyniki pomiarów parametrów przesuwnika fazy PF SZ1 (Z_s=92)

f [MHz]	Podb [dBm]	odb [ ]	Pwy2 [dBm]	wy2 [ ]	IS11I [dB]	Arg(S11) [ ]	IS21I [dB]	Arg(S21) [ ]	w [ ]
1000	-64,42	-160,5	-32,64	98,5	-10,46	-296	-0,47	-27,2	30,1
1200	-66,62	169,8	-32,06	77,6	-12,72	51	-0,28	-40,3	28,4
1400	-68,48	149,7	-32,33	54,9	-15,17	38,7	-0,17	-52,6	27,6
1600	-71,87	130,9	-31,63	33,6	-18,01	27,2	-0,1	-64,3	27,3
1800	-75,92	113	-32,21	12,9	-21,7	16,4	-0,05	-75,8	27,3
2000	-81,64	91,5	-31,4	-11,7	-27,57	6,9	-0,03	-87,1	27,4
2200	-101,5	114,7	-32,07	-32,4	-47,86	37,1	-0,02	-98,3	27,7
2400	-83,65	-140,3	-32,16	-53,5	-25,88	-204,2	-0,03	-109,6	27,8
2600	-76,84	-159,7	-32,14	-75	-22,42	-213,2	-0,05	-120,9	28,0
2800	-73,25	178	-32,07	-100,9	-18,56	136	-0,09	-132,4	27,9
3000	-69,01	162,2	-31,55	-122,9	-15,64	124,4	-0,16	-144,2	27,6
3200	-67,13	137,8	-31,25	-145	-13,2	112,3	-0,26	-156,5	26,7
3400	-65,59	117,2	-31,4	-166,8	-10,89	99,2	-0,43	-169,6	25,1
3600	-62,77	95,9	-31,82	167,8	-8,64	84,8	-0,72	-183,9	22,2
3800	-59,89	64,1	-33,48	138,8	-6,31	68,2	-1,29	-200,3	17,3
4000	-57,59	33,1	-34,18	109,4	-3,88	47,5	-2,56	-220,4	8,6

Długość elektryczna linii odniesienia LO = 125,95 [^o]

na częstotliwości f0 = 2200 [MHz]

Rys. 3 Struktura przesuwnika fazy PF SZ1 (Z_s=92)

Tabela 5 Wyniki pomiarów parametrów przesuwnika fazy PF SZ2 (Z_s=50)

f [MHz]	Podb [dBm]	odb [ ]	Pwy2 [dBm]	wy2 [ ]	IS11I [dB]	Arg(S11) [ ]	IS21I [dB]	Arg(S21) [ ]	w [ ]
1000	-60,47	-148,7	-33,46	109,2	-6,51	-284,2	-1,29	-16,5	52,0
1200	-62,48	179,3	-32,57	86,1	-8,58	60,5	-0,79	-31,8	50,4
1400	-64,34	157,3	-32,63	61,2	-11,03	46,3	-0,47	-46,3	49,6
1600	-67,98	136,8	-31,8	37,7	-14,12	33,1	-0,27	-60,2	49,4
1800	-72,76	117,9	-32,31	14,9	-18,54	21,3	-0,15	-73,8	49,5
2000	-81,36	100,9	-31,47	-11,7	-27,29	16,3	-0,1	-87,1	49,9
2200	-82,95	-129,6	-32,14	-34,5	-29,31	-207,2	-0,09	-100,4	50,3
2400	-74,04	-145,3	-32,27	-57,7	-16,27	-209,2	-0,14	-113,8	50,6
2600	-68,98	-167,2	-32,34	-81,4	-14,56	-220,7	-0,25	-127,3	50,8
2800	-66,05	168,1	-32,42	-109,8	-11,36	126,1	-0,44	-141,3	50,5
3000	-62,21	149,5	-32,14	-134,6	-8,84	111,7	-0,75	-155,9	49,6
3200	-60,66	121,9	-32,22	-159,8	-6,73	96,4	-1,23	-171,3	47,9
3400	-59,51	97,5	-32,98	174,7	-4,81	79,5	-2,01	-188,1	44,8
3600	-57,25	71,8	-34,44	145,3	-3,12	60,7	-3,34	-206,4	40,2
3800	-55,27	35,3	-38	112,5	-1,69	39,4	-5,81	-226,6	33,7
4000	-54,4	1	-42,73	83,1	-0,69	15,4	-11,11	-246,7	27,3

Długość elektryczna linii odniesienia LO = 150,7 [^o]

na częstotliwości f0 = 2200 [MHz]

Rys. 4 Struktura przesuwnika fazy PF SZ2 (Z_s=50)

Tabela 6 Wyniki pomiarów parametrów przesuwnika fazy PF SL1 (C=3pF)

f [MHz]	Podb [dBm]	odb [ ]	Pwy2 [dBm]	wy2 [ ]	IS11I [dB]	Arg(S11) [ ]	IS21I [dB]	Arg(S21) [ ]	w [ ]
1000	-64,2	-146,4	-32,61	-66,3	-10,24	-281,9	-0,44	-192	-11,8
1200	-68,21	154,5	-31,94	-116,4	-14,31	35,7	-0,16	-234,3	-18,0
1400	-72,43	107,6	-32,21	-165,9	-19,12	-3,4	-0,05	-273,4	-21,1
1600	-78,81	63,4	-31,54	147,6	-24,95	-40,3	-0,01	-310,3	-21,9
1800	-85,71	20,5	-32,16	102,7	-31,49	-76,1	0	-346	-21,6
2000	-88,23	-26,5	-31,37	54,3	-34,16	-111,1	0	-381,1	-20,6
2200	-82,6	-68,5	-32,06	9,8	-28,96	-146,1	-0,01	-416,1	-19,6
2400	-77,18	-117,6	-32,15	-35,4	-19,41	-181,5	-0,02	-451,5	-18,9
2600	-71,44	-164	-32,17	-81,6	-17,02	-217,5	-0,08	-487,5	-18,9
2800	-67,47	147,7	-32,21	-132,8	-12,78	105,7	-0,23	-524,3	-19,6
3000	-62,82	106	-31,92	179,5	-9,45	68,2	-0,53	-561,8	-21,1
3200	-60,83	55,9	-31,99	131,9	-6,9	30,4	-1	-599,6	-22,8
3400	-59,63	10,8	-32,66	85,6	-4,93	-7,2	-1,69	-637,2	-24,4
3600	-57,61	-32,9	-33,69	37,7	-3,48	-44	-2,59	-674	-25,1
3800	-55,98	-84,1	-35,91	-11	-2,4	-80	-3,72	-710,1	-25,2
4000	-55,28	-129,8	-36,79	-55,6	-1,57	-115,4	-5,17	-745,4	-24,4

Długość elektryczna linii odniesienia LO = 360,5 [^o]

na częstotliwości f0 = 2000 [MHz]

Rys. 5 Struktura przesuwnika fazy PF SL1 (C=3pF)

Tabela 7 Wyniki pomiarów parametrów przesuwnika fazy PF SL2 (C=6pF)

f [MHz]	Podb [dBm]	odb [ ]	Pwy2 [dBm]	wy2 [ ]	IS11I [dB]	Arg(S11) [ ]	IS21I [dB]	Arg(S21) [ ]	w [ ]
1000	-63,53	177,8	-32,68	-102	-9,57	42,3	-0,51	-227,7	-55,6
1200	-64,65	148,2	-31,82	-130,1	-10,75	29,4	-0,04	-248	-41,4
1400	-70,08	76	-32,25	162,6	-16,77	-35	-0,09	-304,9	-63,9
1600	-74,89	33,4	-31,56	117,7	-21,03	-70,3	-0,03	-340,2	-64,8
1800	-79,4	-8	-32,17	74,1	-25,18	-104,6	-0,01	-374,6	-64,7
2000	-81,33	-53,8	-31,38	27	-27,26	-138,4	-0,01	-408,4	-64,1
2200	-79,06	-94,6	-32,06	-16,3	-25,42	-172,2	-0,01	-442,2	-63,5
2400	-76,06	-142,4	-32,16	-60,2	-18,29	-206,3	-0,03	-476,3	-63,2
2600	-71,42	172,7	-32,17	-105	-17	119,2	-0,08	-510,9	-63,3
2800	-67,96	126,1	-32,19	-154,4	-13,27	84,1	-0,21	-545,9	-63,9
3000	-63,56	86,3	-31,83	159,8	-10,19	48,5	-0,44	-581,5	-65,1
3200	-61,66	38,3	-31,8	114,3	-7,73	12,8	-0,81	-617,2	-66,3
3400	-60,44	-4,7	-32,32	70,1	-5,74	-22,7	-1,35	-652,7	-67,4
3600	-58,34	-46,7	-33,18	23,9	-4,21	-57,8	-2,08	-687,8	-68,1
3800	-56,56	-96,5	-35,23	-23,4	-2,98	-92,4	-3,04	-722,5	-68,4
4000	-55,69	-141,3	-35,98	-67,2	-1,98	-126,9	-4,36	-757	-68,4

Długość elektryczna linii odniesienia LO = 344,3 [^o]

na częstotliwości f0 = 2000 [MHz]

Rys. 6 Struktura przesuwnika fazy PF SL2 (C=6pF)

Tabela 8 Wyniki pomiarów parametrów przesuwnika fazy PF SL3 (C=20pF)

f [MHz]	Podb [dBm]	odb [ ]	Pwy2 [dBm]	wy2 [ ]	IS11I [dB]	Arg(S11) [ ]	IS21I [dB]	Arg(S21) [ ]	w [ ]
1000	-62,68	141,6	-32,8	-138,2	-8,72	6,1	-0,63	-263,9	-100,6
1200	-65,69	89,5	-32,07	178,6	-11,79	-29,3	-0,29	-299,3	-103,4
1400	-68,61	47,9	-32,29	134,4	-15,3	-63,1	-0,13	-333,1	-104,5
1600	-73,08	7,8	-31,58	92	-19,22	-95,9	-0,05	-365,9	-104,6
1800	-77,33	-31,6	-32,18	50,5	-23,11	-128,2	-0,02	-398,2	-104,3
2000	-79,68	-75,7	-31,38	5,1	-25,61	-160,3	-0,01	-430,3	-103,7
2200	-78,54	-114,9	-32,06	-36,7	-24,9	-192,5	-0,01	-462,6	-103,4
2400	-76,38	-161,2	-32,16	-79,1	-18,61	-225,1	-0,03	-495,2	-103,3
2600	-72,1	155,4	-32,16	-122,3	-17,68	101,9	-0,07	-528,2	-103,7
2800	-68,76	110,3	-32,15	-170,2	-14,07	68,3	-0,17	-561,7	-104,5
3000	-64,37	72,1	-31,75	145,6	-11	34,3	-0,36	-595,7	-105,8
3200	-62,44	25,8	-31,65	101,8	-8,51	0,3	-0,66	-629,7	-107,2
3400	-61,13	-15,8	-32,09	59	-6,43	-33,8	-1,12	-663,8	-108,6
3600	-58,91	-56,5	-32,86	14	-4,78	-67,6	-1,76	-697,7	-109,9
3800	-57	-105,4	-34,82	-32,3	-3,42	-101,3	-2,63	-731,4	-110,9
4000	-55,98	-149,7	-35,52	-75,6	-2,27	-135,3	-3,9	-765,4	-112,3

Długość elektryczna linii odniesienia LO = 326,6 [^o]

na częstotliwości f0 = 2000 [MHz]

Rys. 7 Struktura przesuwnika fazy PF SL3 (C=20pF)

OBLICZENIA

W oparciu o dane z powyższych tabel obliczyłem wartości współczynników odbicia i transmitancji oraz ich argumenty dla każdego z przesuwników z osobna.; posłużyłem się następującymi wzorami:

Wartości |S₁₁|, Arg(S₁₁) oraz |S₂₁| wpisałem bezpośrednio do tabel, natomiast wartości Arg(S₂₁) musiałem „uporządkować” tak aby tworzyły monotoniczną linię bez gwałtownych skoków przekraczających 300^o . Przesuwałem więc odcinki „próbnych charakterystyk”, których wartości na odcinkach krzywej zmieniały się z około +180^o na -180^o . Dodawałem więc bądź odejmowałem wielokrotności 360^o od odpowiednich punktów pomiarowych, które wymagały korekcji. Wszystkie te zabiegi są widoczne na wykresach „przejściowych”. Tak dopiero uporządkowany przebieg argumentu S₂₁ wpisałem do tabel. Jako częstotliwość środkową f₀ wybrałem tę na której moduł transmitancji jest największy. Długość elektryczną θ_L0 [^o] na częstotliwości f₀ wyznaczyłem jako taką przy której względne przesunięcie fazy Φ_w(f) określone poniższym wzorem będzie stałe w możliwie szerokim zakresie wokół częstotliwości f₀ z odchyłką nie większą niż ±3^o :

Dla każdego układu policzyłem długość elektryczną θ_L0 jako współczynnik kierunkowy wzoru funkcji liniowej prostej (leżącej w pobliżu f₀) argumentu transmitancji i wziąłem z tego wartość bezwzględną; aby otrzymać ostateczną wartość długości elektrycznej układu odniesienia należało jeszcze otrzymany współczynnik kierunkowy podzielić przez f₀ co wynika jasno ze wzoru powyżej; z niego też wynika metoda obliczenia tejże długości. Poniżej przedstawiam przykładowe obliczenia dla pierwszego z przesuwników - strojnika równoległego rozwartgo dla Z_s = 92:

- dla f = 1000 [MHz]

-obliczenie θ_L0:

f₀ = 2200 [MHz]

Następnie należało niektóre wartości Φ_w(f) „uporządkować”, a mianowicie jeśli wartośc przesunięcia względnego była mniejsza od -180^o lub większa niż +180^o to należało dodać bądź odjąć odpowiednią wielokrotność 360^o , aby wartość przesunięcia zawierała się w przedziale ±180^o. W moim wypadku znalazło się niewiele takich punktów, które potrzebowałyby poprawy. Tak poprawione wartości wpisałem do tabel.

W sprawozdaniu zamieściłem wykresy:

- na oddzielnych kartkach dla każdego z przesuwników z osobna, dwa wykresy jeden pod drugim, górny dla modułu współczynnika odbicia i transmitancji, a dolny dla względnego przesunięcia fazy,

- ponadto zamieściłem także wykresy „przejściowe” dla Arg(S₂₁) przed i po uporządkowaniu wartości fazy.

---