Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Transkrypt

1 Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki Przedmiot: Technologie transmisji bezprzewodowych Numer ćwiczenia: 1 Temat: Badanie dipola półfalowego Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z charakterystykami promieniowania wybranych anten liniowych za pomocą programów komputerowych działających w oparciu o metodę momentów. Metoda momentów wymaga wprowadzenia przybliżeń, do których należą m. in.: zastąpienie elementów nieliniowych sumą elementów liniowych mniejszej wielkości, duża smukłość anteny liniowej, małe rozmiary elementów składowych w stosunku do długości fali. Program WireMoM Zadanie: Przeprowadzić analizę numeryczną dipola półfalowego dla częstotliwości 9.4 GHz: a) przeprowadzić analizę anteny w dziedzinie częstotliwości (charakterystyka częstotliwościowa anteny, rozkład rezystancji i reaktancji w funkcji częstotliwości, wyznaczenie częstotliwości optymalnej), b) przeprowadzić analizę numeryczną anteny w polu bliskim, c) wyznaczyć rozkład prądu w antenie, d) wyznaczyć charakterystykę promieniowania. 1) Uruchomianie programu WireMoM. Wywołać komendę: WireMoM.exe. Pojawi się panel określania geometrii anteny liniowej (ang. Wire structure coordinates) 2) Tworzenie geometrii anteny. Uzupełnić pola w zakładce Structure and excitation/wire structure zgodnie z poniższym rysunkiem. Zapisać projekt pod nazwą: dipol_l2_32mm

2 Tryb określania geometrii anteny promień przewodu Współrzędne początku przewodu Współrzędne końca przewodu Liczba segmentów Opis przewodu Numer przewodu Potwierdzenie poprawności geometrii anteny Sprawdzenie geometrii anteny 3) Zasilanie anteny. Dodać źródło napięciowe 1 V na środku dipola. Tryb określania źródeł napięciowych w modelu Numer przewodu Pozycja źródła względem przewodu przewodu Część rzeczywista napięcia Część urojona napięcia 4) Podgląd utworzonej geometrii. Wybrać polecenie: Wires/ 3D view of structure z menu głównego. Otwarte zostanie okno przedstawiające trójwymiarowy widok struktury anteny.

3 5) Ustawianie parametrów analizy w polu dalekim. Przejść do zakładki Simulation/Farfield directions i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej. Parametry te określają dokładność obliczeń charakterystyki promieniowania anteny. 6) Ustawianie parametrów analizy w polu bliskim. Przejść do zakładki Simulation/Nearfield points i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej. Czynność ta określiła położenie punktów, w których wyznaczone zostaną wartości składowych (x,y,z) pola elektrycznego i magnetycznego. Ponowne wybranie polecenia:

4 Wires/ 3D view of structure z menu głównego i zaznaczenie opcji Near-field pnts. Umożliwi wizualizację położenia określonych punktów (rysunek poniżej). 7) Analiza anteny w dziedzinie częstotliwości. Przejść do zakładki Simulation/ Simulation i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej. Opcje symulacji (Simulation options) pozostawić wyłączone. Uruchomić symulację przez wciśnięcie przycisku Start simulation. 8) Analiza anteny w dziedzinie częstotliwości (c.d.). Przejść do zakładki Results/Current i załadować z pliku dane do analizy (przycisk Load data).

5 9) Analiza anteny w dziedzinie częstotliwości (c.d.). Wcisnąć przycisk Plot I(f). W oknie Plot selection wybrać parametry jak na poniższym rysunku. Potwierdzenie wyboru (przycisk OK) spowoduje wykreślenie poniższej charakterystyki częstotliwościowej. Określić optymalną częstotliwość przy pomocy narzędzia Marker/Screen leader. 10) Wyznaczanie rezystancji i reaktancji anteny w funkcji częstotliwości. Przejść do zakładki Results/Current. Wcisnąć przycisk Plot I(f). W oknie Plot selection wybrać parametry jak na poniższych rysunkach

6 Uzyskamy wykres przedstawiający rozkład rezystancji i reaktancji anteny w funkcji częstotliwości. Wyznaczyć wartość częstotliwości, dla której reaktancja wynosi 0. 11) Analiza anteny w polu bliskim i polu dalekim. Przejść do zakładki Simulation/ Simulation i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej. Użyć częstotliwości wyznaczonej w punkcie 10 Włączyć analizę w polu bliskim i polu dalekim (opcje symulacji - Simulation options). Uruchomić symulację przez wciśnięcie przycisku Start simulation

7 12) Wyznaczanie rozkładu prądu w antenie. Przejść do zakładki Results/Current. Wcisnąć przycisk Plot I(x). W oknie Plot selection wybrać parametry jak na poniższym rysunku Uzyskamy wykres przedstawiający rozkład prądu w antenie:

8 13) Analiza pola bliskiego anteny. Przejść do zakładki Results/Near-field, wcisnąć przycisk Plot E(x), H(x) i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej: Obliczenia powtórzyć dla składowych x i y wektora pola elektrycznego. W wyniku analizy uzyskamy następujący wykres: Jakie wnioski wynikają z wykresu?

9 14) Analiza w polu dalekim - wyznaczanie charakterystyki promieniowania anteny. Przejść do zakładki Results/Far-field, wcisnąć przycisk Plot 3D i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej: Uzyskamy następujący wykres trójwymiarowej charakterystyki promieniowania:

10 Przejść do zakładki Results/Far-field, wcisnąć przycisk Plot E(alfa) i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej Uzyskamy następującą charakterystykę promieniowania:

11 Program 4nec2 1. Zapoznać się z podstawową obsługą i działaniem programu 4nec2. 2. Z biblioteki programu wybrać model anteny dipolowej (36dip.nec w folderze HFsimple). 3. Z menu programu otworzyć edytor modelowanego układu, wybierając najpierw edytor geometrii w ustawieniach.

12 4. Po zapoznaniu się z możliwościami edytora dokonać potrzebnych zmian w celu uzyskania modelu dipola półfalowego. Dla uzyskania lepszego efektu wizualnego należy po zamodelowaniu układu skorzystać z funkcji 3D (przycisk 3D w menu). 5. Zapisać zmiany w pliku pod nową nazwą. 6. Z menu wybrać polecenie Start optimizer.

13 7. Wybrać funkcję Conv-test. 8. Dokonać doboru odpowiedniej częstotliwości oraz liczby kroków. 9. Uruchomić proces testowania za pomocą przycisku Start. 10. Zapoznać się z otrzymaną charakterystyką oraz wyznaczyć kąt połowy mocy. 11. Zapoznać się z możliwościami optymalizacyjnymi programu ze względu na poszczególne parametry anteny (funkcja Optimize). 12. Powtórzyć kroki 2 11 dla dipola cało- i ćwierćfalowego. 13. Porównać otrzymane charakterystyki. 14. Dokonać zmian w położeniu anteny względem ziemi (zmiana wysokości h w edytorze modelu) oraz zaobserwować jego wpływ na charakterystykę promieniowania anteny. 15. Zamodelować w podobny sposób układy z obciążeniami RLC (parametry podane przez prowadzącego), dodając odpowiednie elementy w edytorze. 16. Porównać otrzymane charakterystyki. 17. *Opcjonalnie: Wykonać kroki 3 11 dla modeli LoopCirc20.nec (antena pętlowa) oraz CoaxEnd.nec w folderze VHF Simple (przewód zakończony kablem koncentrycznym). 18. Porównać otrzymane charakterystyki z poprzednio otrzymanymi. 19. Wykonać samodzielnie układy podane przez prowadzącego, nie korzystając z bibliotek. 20. Porównać charakterystyki z otrzymanymi za pomocą innych programów symulacyjnych (WireMoM, MMana).

14 Sprawozdanie z ćwiczenia Sprawozdanie powinno zawierać: tabelkę z nazwą katedry, nazwą tematu, datą ćwiczenia i składem zespołu z wyróżnioną osobą odpowiedzialną za sprawozdanie; krótki wstęp teoretyczny dotyczący tematu; otrzymane wykresy i charakterystyki; porównanie otrzymanych wyników z wykresami teoretycznymi; dokładne wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia; opracowanie zagadnienia podanego przez prowadzącego.