Instytut Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej
Wieczorowe Studia Zawodowe RADIOKOMUNIKACJA I TECHNIKI MULTIMEDIALNE	Laboratorium Anten Ćwieczenie nr 1 „Badanie Anten Dipolowych i Aperturowych”
1. Łukasz Chrzanowski	Sprawozdanie
2. Tomasz Błachnio

Celem laboratorium było praktyczne zapoznanie studentów z podstawowymi właściowościami anten dipolowych oraz z charakterystykami anteny do odbioru telewizji satelitarnej.

1. Pomiar charakterystyki promieniowania anteny dipolowej wykonaliśmy w układzie, którego schemat blokowy został przedstawiony poniżej (Rys. 1.) Składa się on z:

• anteny nadawczej,

• generatora sygnału,

• sterowanej obrotnicy,

• analizatora widma,

• oraz badanej anteny.

Rys. 1. Schemat blokowy układu pomiarowego.

1.1. Pomiar charakterystyki kierunkowej anteny w płaszczyźnie prostopadłej do dipola. W tym ćwiczeniu warunkiem koniecznym poprawności pomiarów było zapewnienie stałej odległości między dipolem badanym oraz nadawczym.

1.1.1. Oba dipole (badany oraz nadawczy) ustawiliśmy pionowo, a następnie zmierzyliśmy moc na wyjściu badanej anteny obracając ją wokół własnej osi o 360^o ze skokiem 30^o.

Stopnie	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
Pwy [dBm]	-74	-73,2	-72,5	-72,4	-72,2	-73	-74,9	-76,92	-77	-77,8	-77,9	-75,6	-74,7
Pwy\Pwymax	0,95	0,94	0,931	0,929	0,927	0,937	0,961	0,987	0,988	0,999	1	0,97	0,959

Charakterystykę promieniowania wykreśliliśmy w postaci unormowowanej, a jej kształt jest taki jak się spodziewaliśmy - dipol w płaszczyźnie pinowej promieniuje jednakowo we wszystkich kierunkach.

1.1.2. Oba dipole (badany oraz nadawczy) ustawiliśmy poziomo, a następnie zmierzyliśmy moc na wyjściu badanej anteny obracając ją wokół własnej osi o 360^o ze skokiem 10^o. Pomiary wystarczyło wykonać dla 180 ^o, ponieważ wyniki powtórzą się dla drugiej połowki okręgu, po której poruszał się badany dipol.

Stopnie	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180
Pwy [dBm]	-81,5	-77,4	-76,6	-80,4	-81,41	-76,7	-74,4	-73,7	-74,4	-75,5	-76,4	-72,5	-73,7	-77,5	-79,6	-79,2	-78,8	-80,5	-80,5
Pwy\ Pwymax	1	0,95	0,94	0,99	0,999	0,94	0,91	0,9	0,91	0,93	0,94	0,89	0,9	0,95	0,98	0,97	0,97	0,99	1

Charakterystykę promieniowania dipola w płaszczyźnie pinowej również wykreśliliśmy w postaci unormowanej. Jak widać na wykresie dipol w płaszczyźnie pionowej nie promieniuje równomiernie - w miejscach na wykresie, gdzie występuje „wyszczuplenie” charakterystyki zaobserwować można spadek mocy sygnału.

1.2. Badanie zjawiska polaryzacji anten dipolowych wykonaliśmy w układzie, którego schemat blokowy został przedstawiony na Rys. 1. Oba dipole (badany oraz nadawczy) ustawiliśmy pionowo i początkowe ustawienie dipola nadawczego przyjeliśmy za punkt odniesienia, podczas obracania go wokół własnej osi o 360^o ze skokiem 10^o. Podczas obrotu anteny nadawczej zmierzyliśmy moc wyjściową anteny badanej za pomocą analizatora sieci. W tym punkcie również pomiary wystarczyło wykonać dla 180 ^o, ponieważ wyniki powtórzą się dla drugiej połowki okręgu, po której poruszał się badany dipol.

Stopnie	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180
Pwy [dBm]	-73,64	-74,11	-74,68	-74,82	-75,4	-76,92	-77,64	-79,42	-80,92	-81,25	-81,51	-80,77	-79,64	-78,69	-77,61	-75,22	-75,19	-74,3	-74,48

Charakterystyka powyżej pokazuje zależność między mocą sygnału odbieranego przez dipol odbiorczy a polaryzacją dipola nadawczego . Największy poziom sygnału zarejestrowaliśmy, gdy oba dipole spolaryzowane były pionowo. W miarę obrotu anteny nadawczej do pozycji poziomej, moc sygnału malała a następnie znów rosła, aby osiągnąć maksimum przy pionowej polaryzacji dipola nadawczego. Wykres ten pokazuje, iż próba łączności między róznie spolaryzowanymi antenami może się nie powieść, ponieważ moc sygnału będzie za mała.

2. Pomiar charakterystyki promieniowania anteny satelitarnej wykonaliśmy w układzie, którego schemat blokowy został przedstawiony na Rys. 2. Składa się on z:

• anteny parabolicznej (wraz z konwerterem),

• odbiornika satelitarnego,

• monitora,

• sterownika elewacji,

• oraz sterownika azymutu.

Rys. 1. Schemat blokowy układu do badania charakterystyki promieniowania.

2. 1. Pomiar szerokości listka głównego wykonaliśmy po dostrojeniu odbiornika i uzyskaniu maksymalnej mocy odbieranego sygnału, równej P_Max=76 dB.

2. 1.1. Pomiar szerokości listka głównego w płaszczyźnie poziomej:

P_-3dB=73 dB dla 3305 (antena kierowana ku wschodowi) ===> 3317 - 3305 = 12 ===> α₁ ~ 1,1 ^o

P_Max=76 dB, dla 3317

P_-3dB=73 dB dla 3326 (antena kierowana ku zachodowi) ===> 3326 - 3317 = 9 ===> α₂ ~ 1,3 ^o

Przy P_Max sterownik azymutu był w położeniu 3317 a przy P_-3dB w położeniach 3305 oraz 3326. Po obliczeniu róźnic między stanem początkowym a stanami końcowymi mogę wyznaczyć o jaki kąt obróciliśmy antenę (wiedząc, że skok jedenastu impulsów odpowiada 1 ^o) i w konsekwencji wyznaczyć szerokość listka głównego.

α₁ + α₂ = 1,1 ^o + 1,3 ^o = 2,4 ^o - szerokość listka głównego w płaszczyźnie poziomej.

2. 1.2. Pomiar szerokości listka głównego w płaszczyźnie pionowej:

Punktu tego nie mogliśmy wykonać, ponieważ sterownik elewacji był uszkodzony.

3. Pomiary impedancji wejściowej anteny dipolowej wykonaliśmy w układzie przedstawionym na Rys. 3.

Składa się on z:

• wektorowego analizatora obwodów

• badanej anteny

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

3.1. Pomiar impedancji wejściowej Z₁₁ anteny bez ekranu odbijającego:

• Marker 1: 1,05 GHz, 17,81 Ω - j 634 mΩ

• Marker 2: 1,12 GHz, 36,21 Ω +j 19,96 Ω

• Marker 3: 1,33 GHz 138,5 Ω - j 1,4 mΩ,

• Marker 4: 1,58 GHz, 63,77 Ω - j92,06 Ω

3.2. Pomiar impedancji wejściowej Z anteny z ekranem odbijającym (dla Markera 1.):

Punkt ten wykonaliśmy odsuwając metalowy ekran od badanej anteny, jednocześnie

notując aktualną odległość od anteny oraz wartości impedancji wejściowej układu anten sprzężonych (Z). Znając wartość impedancji wejściowej anteny bez ekranu (Z₁₁), (pomiar w pkt. 3.1.), impedancję wzajemną anten sprzężonych (Z12) obliczyliśmy ze wzoru: Z12=Z-Z₁₁ . Zaś odległość między dipolami anten sprzężonych obliczyliśmy ze wzoru d=2x (x-odległość dipola od ekranu odbijającego). Wyniki pomiarów zostały zamieszczone w tabeli poniżej wraz z wykresami.

x [cm]	Z (Re) [Ω]	Z (Im) [Ω]	d=2x	Z11 (Re)	Z11 (Im)	Z12= Z-Z11 (Re)	Z12= Z-Z11 (Im)	f [Hz]	T=1/f	c[m/s]	ג=T*c [m]	d/ ג
3	2,24	12,88	6	17,81 Ω	-j0,63 Ω	-15,57	13,51	1050000000	9,52381E-10	3,00E+18	2857142857	2,1E-13
3,3	3,77	13,71	6,6									-14,04	14,34					2,31E-11
3,5	6,18	15,28	7									-11,63	15,91					2,45E-11
3,8	6,869	15,55	7,6									-10,94	16,18					2,66E-11
4	8,82	16,43	8									-8,99	17,06					2,8E-11
4,3	10,62	16,93	8,6									-7,19	17,56					3,01E-11
4,5	14,3	17,19	9									-3,51	17,82					3,15E-11
4,9	16,13	17,28	9,8									-1,68	17,91					3,43E-11
5,4	20,5	15,92	10,8									2,69	16,55					3,78E-11
6	24,33	13,92	12									6,52	14,55					4,2E-11
6,3	25,71	12,7	12,6									7,90	13,33					4,41E-11
6,5	26,07	11,08	13									8,26	11,71					4,55E-11
6,9	28,64	8,48	13,8									10,83	9,11					4,83E-11
7,4	29,48	6,32	14,8									11,67	6,95					5,18E-11
7,7	29,62	4,25	15,4									11,81	4,88					5,39E-11
8,3	29,44	1,47	16,6									11,63	2,1					5,81E-11
8,5	29,23	0,5	17									11,42	1,13					5,95E-11
9	28,61	-2,5	18									10,80	-1,87					6,3E-11
10	25,79	-5,8	20									7,98	-5,17					7E-11
11	22,35	-7,5	22									4,54	-6,87					7,7E-11
12	19,42	-8,49	24									1,61	-7,86					8,4E-11
13	16,53	-7,1	26									-1,28	-6,47					9,1E-11
14	14,71	-6,74	28									-3,10	-6,11					9,8E-11
15	12,24	-4,5	30									-5,57	-3,87					1,05E-10
16	11,66	-2	32									-6,15	-1,37					1,12E-10
17	11,62	0,15	34									-6,19	0,78					1,19E-10
18	12,14	2,66	36									-5,67	3,29					1,26E-10
19	14,2	4,2	38									-3,61	4,83					1,33E-10
20	16,55	4,25	40									-1,26	4,88					1,4E-10
21	18,19	3,27	42									0,38	3,9					1,47E-10
22	20,12	1,54	44									2,31	2,17					1,54E-10
23	20,15	0,12	46									2,34	0,75					1,61E-10
24	19,35	-1,33	48									1,54	-0,7					1,68E-10
25	19,45	-1,27	50									1,64	-0,64					1,75E-10
26	17,85	-2,03	52									0,04	-1,4					1,82E-10
27	16,15	-1,13	54									-1,66	-0,5					1,89E-10
28	15,66	-2,95	56									-2,15	-2,32					1,96E-10
29	15,63	0,55	58									-2,18	1,18					2,03E-10
30	16,25	1,46	60									-1,56	2,09					2,1E-10

---