POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Podobne dokumenty
Ćwiczenie 2. Badanie strat odbiciowych i własnych wybranych patchcordów światłowodowych. LABORATORIUM OPTOELEKTRONIKI

GRUPA A. 1. Klistron dwuwnękowy jest lampą elektronową wzmacniającą czy generującą? Wzmacniającą (pomogł dla dobekfooto)

POMIARY EFEKTYWNEGO WSPÓŁCZYNNIKA ODBICIA GENERATORÓW MIKROFALOWYCH

Wykonawcy: Data Wydział Elektryczny Studia dzienne Nr grupy:

Pomiar podstawowych parametrów liniowych układów scalonych

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Politechnika Warszawska

WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY.

Polaryzacja anteny. Polaryzacja pionowa V - linie sił pola. pionowe czyli prostopadłe do powierzchni ziemi.

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Badanie przebiegów falowych w liniach długich

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Badanie przebiegów falowych w liniach długich

PRZENOŚNY MIERNIK MOCY RF-1000

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie liniowych układów ze wzmacniaczem operacyjnym (2h)

st. stacjonarne I st. inżynierskie, Energetyka Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki Ćwiczenie nr 4 OBWODY TRÓJFAZOWE

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

POMIARY TŁUMIENIA I ABSORBCJI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH

Elektronika. Wzmacniacz operacyjny

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

1. Technika sprzęgaczy i ich zastosowanie

BADANIE ELEMENTÓW RLC

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Politechnika Warszawska

1. OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Badanie wzmacniacza operacyjnego

Detektor Fazowy. Marcin Polkowski 23 stycznia 2008

ĆWICZENIE NR 1 TEMAT: Wyznaczanie parametrów i charakterystyk wzmacniacza z tranzystorem unipolarnym

Ćwiczenie A1 : Linia długa

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

Stosując tzw. równania telegraficzne możemy wyznaczyć napięcie i prąd w układzie: x x. x x

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I APARATURY ELEKTRONICZNEJ. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych. Numer ćwiczenia: 7

PODSTAWY ELEKTRONIKI I TECHNIKI CYFROWEJ

Źródła zasilania i parametry przebiegu zmiennego

Tranzystor bipolarny LABORATORIUM 5 i 6

Analizator widma i anten Willtek wprowadzenie i teoria

Tranzystory bipolarne. Właściwości wzmacniaczy w układzie wspólnego kolektora.

Wzmacniacze operacyjne

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Badanie wzmacniacza niskiej częstotliwości

Ćwiczenie F3. Filtry aktywne

Wzmacniacze różnicowe

Badanie ultradźwiękowe grubości elementów metalowych defektoskopem ultradźwiękowym

BEZDOTYKOWY CZUJNIK ULTRADŹWIĘKOWY POŁOŻENIA LINIOWEGO

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

Własności i charakterystyki czwórników

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki

Filtry. Przemysław Barański. 7 października 2012

Stanowisko do badania zjawiska tłumienia światła w ośrodkach materialnych

Laboratorium Elektroniki

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI. Prowadzący ćwiczenie 5. Data oddania 6. Łączniki prądu przemiennego.

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

FILTRY AKTYWNE. Politechnika Wrocławska. Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki. Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Ćwiczenie 1. Sprawdzanie podstawowych praw w obwodach elektrycznych przy wymuszeniu stałym

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

LABORATORIUM ELEKTRONIKA. I. Scalony, trzykońcówkowy stabilizator napięcia II. Odprowadzanie ciepła z elementów półprzewodnikowych

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Ćwiczenie 25 Temat: Interfejs między bramkami logicznymi i kombinacyjne układy logiczne. Układ z bramkami NOR. Cel ćwiczenia

Badanie widma fali akustycznej

Mikrofalowe elementy pasywne. Poniżej przedstawiono opis układów mikrofalowych pasywnych wykorzystywanych w technice wysokich częstotliwości.

Pętla prądowa 4 20 ma

LABORATORIUM ELEKTRONICZNYCH UKŁADÓW POMIAROWYCH I WYKONAWCZYCH. Badanie detektorów szczytowych

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

BADANIE FILTRÓW. Instytut Fizyki Akademia Pomorska w Słupsku

CEL ĆWICZENIA: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zastosowaniem diod i wzmacniacza operacyjnego

Pomiar tłumienności światłowodów włóknistych

Uśrednianie napięć zakłóconych

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

PROTOKÓŁ POMIAROWY - SPRAWOZDANIE

Ćwiczenie F1. Filtry Pasywne

Łukasz Januszkiewicz Technika antenowa

LABORATORIUM PODZESPOŁÓW ELEKTRONICZNYCH. Ćwiczenie nr 2. Pomiar pojemności i indukcyjności. Szeregowy i równoległy obwód rezonansowy

Ćwiczenie 14. Sprawdzanie przyrządów analogowych i cyfrowych. Program ćwiczenia:

Akustyczne wzmacniacze mocy

STABILIZATORY NAPIĘCIA I PRĄDU STAŁEGO O DZIAŁANIU CIĄGŁYM Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Podstawy Badań Eksperymentalnych

Ćwiczenie nr.14. Pomiar mocy biernej prądu trójfazowego. Q=UIsinϕ (1)

Ćwiczenie ELE. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 3 grudnia Rys.1 Schemat wzmacniacza ładunkowego.

Ćwiczenie Nr 2. Pomiar przewodzonych zakłóceń radioelektrycznych za pomocą sieci sztucznej

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

Ćwiczenie 14. Temat: Wzmacniacz w układzie wspólnego kolektora. Cel ćwiczenia

MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ

Ćwiczenie - 9. Wzmacniacz operacyjny - zastosowanie nieliniowe

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych. Układ całkujący i różniczkujący

Zespół Szkół Łączności w Krakowie. Badanie parametrów wzmacniacza mocy. Nr w dzienniku. Imię i nazwisko

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ TRANSPORTU

Elektronika. Wzmacniacz tranzystorowy

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Tranzystory bipolarne. Podstawowe układy pracy tranzystorów.

Transkrypt:

POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Elektrotechniki Teoretycznej i Stosowanej Laboratorium Podstaw Telekomunikacji Ćwiczenie nr 6 Temat: Sprzęgacz kierunkowy. Dopasowanie falowe anten Rok akademicki: Wydział Elektryczny Studia dzienne Nr grupy: Uwagi: Wykonawcy: 1. 2.. 4. 5. 6. Wykonania ćwiczenia Ocena: Data Oddania sprawozdania 1 Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sprzęgaczem kierunkowym oraz pomiar jego podstawowych parametrów. Zbadany sprzęgacz zostanie następnie wykorzystany do określenia dopasowania falowego anteny dipolowej. 2 Wstęp teoretyczny 2.1 Sprzęgacz kierunkowy Sprzęgacz kierunkowy jest dzielnikiem mocy wykorzystywanym w technice pomiarowej dla systemów telekomunikacyjnych. Najczęściej przyjmuje postać czwórnika, czasami o trzech wyprowadzonych zaciskach. Na jego konstrukcję składają się dwie wzajemnie sprzężone ze sobą linie transmisyjne. Część mocy fali elektromagnetycznej rozchodzącej się w linii głównej zostaje przekazana (poprzez sprzężenie) do jednego z zacisków (wrót) linii wtórnej sprzęgacza. Czynnikiem wpływającym na to do których wrót trafia sygnał sprzężony jest kierunek rozchodzenia się fali w linii głównej. Podczas analizy pracy sprzęgacza wrotom linii głównej przypisuje się numery 1 i 2. Przyjmując kierunek rozchodzenia się fali od wrót 1 do 2, określamy wrota 1 jako wejściowe, a wrota 2 wyjściowe. Natomiast wrotom linii sprzężonej przypisuje się numery i 4. Jeżeli wrota są wrotami sprzężonymi, to wrota 4 są wrotami izolowanymi.

1 2 4 2-1 Widok sprzęgacza kierunkowego z czterema wrotami: 1- wrota wejściowe, 2 - wrota wyjściowe, - wrota sprzężone, 4 - wrota izolowane Bardzo często w sprzęgaczach kierunkowych wrota 4 są od razu wyizolowane, występują wtedy tylko trzy wrota: dwa linii głównej oraz jedne linii wtórnej. W takim przypadku producent od razu narzuca, który zacisk linii głównej jest wejściowy, a który wyjściowy. 1 2 2-2 Widok sprzęgacza kierunkowego z trzema wrotami: 1 - wrota wejściowe, 2 - wrota wyjściowe, - wrota sprzężone 2.2 Parametry sprzęgacza kierunkowego W przypadku idealnego wzmacniacza kierunkowego, podczas propagacji fali z wrót wejściowych do wyjściowych, część fali zostaje przekazana do wrót sprzężonych, natomiast na do wrót izolowanych nie zostaje przekazany żaden sygnał. Technicznie taka realizacja sprzęgaczy jest nieosiągalna. O jakości sprzęgacza decydują wyrażane w decybelach parametry: tłumienność, izolacja, kierunkowość i sprzężenie. Tłumienność IL (ang. Insertion Loss) - jest to stosunek mocy sygnału wejściowego do wyjściwego: gdzie: P 1 - moc sygnału na wrotach wejściowych, P 2 - moc sygnału na wrotach wyjściwych. Określa ona straty mocy sygnału jakie występują w linii głównej sprzęgacza. Izolacja I (ang. Isolation) - jest to stosunek mocy sygnału wejściowego do mocy na wyjściu izolowanym: gdzie: P 1 - moc sygnału na wrotach wejściowych, P 4 - moc sygnału na wyjściu izolowanym. Sprzężenie C (ang. Coupling) - jest to stosunek mocy sygnału wejściowego do mocy sygnału na wyjściu sprzężonym: gdzie: P 1 - moc sygnału na wrotach wejściowych, P - moc sygnału na wrotach wyjściowych.

Kierunkowość D (ang. Directivity) - jest to stosunek mocy sygnału na wyjściu sprzężonym do mocy sygnału na wyjściu izolowanym: gdzie: P - moc sygnału na wrotach wyjściowych, P 4 - moc sygnału na wyjściu izolowanym. Kierunkowość jest parametrem decydującym o jakości sprzęgacza w kontekście pomiarowym. Określa poziom wyizolowania wrót izolowanych względem poziomu sprzężenie wrót sprzężonych. Im większa wartość kierunkowości tym większa jest moc sygnału na wrotach zgodnych z kierunkiem (sprzężonych) względem wrót wyizolowanych, czyli z tym lepszą dokładnością możemy określić poziom mocy fali padającej. P 1 -IL P 2 -C -D -I P P 4 Rysunek 2- Wpływ parametrów sprzęgacza na wartości mocy sygnałów na poszczególnych wrotach 2. Dopasowanie falowe anteny W każdej linia transmisyjnej długiej, czyli takiej której długość jest porównywalna do długości fali padającej, może występować zjawisko odbicia się fali. Dzieje się tak gdy impedancja odbiornika (w rozpatrywanym przypadku anteny) różni się od impedancji falowej linii transmisyjnej (przewodów doprowadzających sygnał do anteny). Część fali trafiającej docierającej do końca linii transmisyjnej zostaje wtedy odebrana przez, a część zostaje odbita w kierunku źródła nadawania sygnału. Aby określić jakość dopasowania falowego odbiornika do linii transmisyjne określa się tzw. napięciowy współczynnik fali stojącej VSWR (ang. Voltage standing wave ratio) opisany zależnością: gdzie : V f - jest to amplituda napięcia fali padającej, V r - amplituda napięcia fali odbitej, Γ - współczynnik odbicia fali opisany zależnością: Analizując dopasowanie falowe odbiornika do linii można wyróżnić trzy charakterystyczne stany pracy: zwarcie linii: Następuje całkowite odbicie. Fala odbita jest w przeciw fazie do fali propagującej. Współczynnik Γ = -1, stąd VSWR =. przerwanie linii (brak obciążenia):

Następuje całkowite odbicie. Fala odbita jest równa fali propagującej. Współczynnik Γ =1. Współczynnik VSWR = 0. obciążenie linii impedancją falową: Występuje idealne dopasowanie falowe. Cała energia fali zostaje odebrana przez odbiornik, V r = 0, stąd: Γ = 0 i VSWR =. Ze współczynnikiem fali stojącej skojarzone są straty odbiciowe RL (ang. Return Loss) definiowane jako: gdzie: P r - jest to moc fali odbitej, P f - moc fali padającej. Można zauważyć, że RL jest reprezentacją tej samej wielkości co Γ, tylko w wyrażonej w skali logarytmicznej. Na podstawie znanej wartości Γ można więc w łatwy sposób wyznaczyć wartość strat odbiciowych: 2.4 Pomiar strat odbiciowych anteny Do pomiaru strat odbiciowych RL jak i współczynnika VSWR stosuje się reflektometr. Jest to urządzenie radiotelekomunikacyjne skonstruowane ze sprzęgacza kierunkowego i detektorów mocy. Jeżeli sprzęgacz kierunkowy połączymy tak by fala padające przechodziła przez tor główny sprzęgacza w kierunku zgodnym to na wrotach sprzężonych będziemy mieli pomiar mocy fali padającej P mp. Natomiast na wrotach izolowanych sprzężona zostanie część fali odbitej o mocy P mr. Wiedząc, że moc fali padającej jest równa sumie mocy fali odbitej i odebranej przez antenę, przy pominięciu strat w sprzęgaczu, można łatwo wyznaczyć RL w db jako: 1 2 Fala padająca Odbiornik (antena) Odbiornik (antena) 1 2 Fala padająca Fala odbita od odbiornika Miernik Miernik 2-.4 Schemat pomiarowy dla pomiaru mocy fali padającej (po lewej) oraz mocy odbitej od odbiornika (po prawej) Przebieg ćwiczenia W ćwiczeniu wykorzystany będzie sprzęgacz kierunkowy z wyprowadzonymi trzema wrotami: wejściowymi, wyjściowymi i sprzężonymi..1 Pomiar kierunkowość anteny Połączyć układ zgodnie ze schematem ideowym rysunku.1. Pozostawić wyjście sprzęgacza kierunkowego otwarte (stan linii bez obciążenia). Ustawić nadajnik radiowy w pozycji LOW. Zmieniając częstotliwość nadawanego sygnału w zakresie od 500 MHz do 600 MHz co 5 MHz odczytywać z analizatora wartość mocy fali odbitej. Następnie obciążyć linię impedancją falową 75 Ω (stan idealnego dopasowania) i powtórzyć pomiary. Wyniki zapisać w tabeli.1. Obliczyć kierunkowość sprzęgacza jako różnicę sygnału pomiędzy stanem bez obciążenia, a stanem idealnego dopasowania.

Odbiornik 1 Sprzęgacz 2 kierunkowy -.1 Schemat ideowy do pomiaru mocy fali odbitej Nadajnik Analizator Tabela -1Wyniki pomiarów kierunkowości sprzęgacza kierunkowego Z pomiarów Z obliczeń Obciążenie linii f L. p. brak 75 Ohm D MHz dbm dbm db 1 500 2 505 510 4 515 5 520 6 525 7 50 8 55 9 540 10 545 11 550 12 555 1 560 14 565 15 570 16 575 17 580 18 585 19 590 20 595 21 600 ŚREDNIA Sporządzić wykres kierunkowość w funkcji częstotliwości. Wyznaczyć średnią kierunkowość w zadanym zakresie i na jej podstawie określić jakość sprzęgacza..2 Pomiar dopasowania falowego anten Wyznaczyć długość dipola półfalowego dla częstotliwości sygnału równej 550 MHz. Podłączyć sprzęgacz kierunkowy pomiędzy anteną a nadajnikiem w kierunku zgodnym (rys -2). Zmieniać częstotliwość nadawanego sygnału w zakresie z pkt..1, odczytać z analizatora moc P mp sygnału nadawanego do anteny. Wyniki zapisać w tabeli.2. Nadajnik 1 Sprzęgacz 2 kierunkowy -.2Schemat ideowy dla pomiaru mocy fali padającej Odbiornik Analizator

Podłączyć sprzęgacz kierunkowy w kierunku przeciwnym, zgodnie ze schematem z rys. -1. Zmieniać częstotliwość nadawanego sygnału w zakresie z pkt..1, odczytać z analizatora moc P mr sygnału odbitego do anteny. Wyniki zapisać w tabeli.2. 4 Wnioski Tabela -2Wyniki pomiarów i obliczeń dla dopasowanie falowego anteny dipolowej Z pomiarów Z obliczeń L. p. f PmP PmR RL Γ VSWR MHz dbm dbm db - - 1 500 2 505 510 4 515 5 520 6 525 7 50 8 55 9 540 10 545 11 550 12 555 1 560 14 565 15 570 16 575 17 580 18 585 19 590 20 595 21 600 Określić częstotliwość przy, której antena jest najlepiej dopasowana falowo do układu. Spróbować wytłumaczyć ewentualne rozbieżności pomiędzy wartościami wyznaczonymi z pomiarów, a wartościami teoretycznymi dla anteny dipolowej. Wyznaczyć współczynnik skrócenia długości badanej anteny dipolowej. 5 Literatura [1] Jorgesen D., Marki Ch., Directivity and VSWR Measurements, Marki microwave Inc., 2012, Morgan Hill,http://www.markimicrowave.com/Assets/appnotes/directivity_and_vswr_ measurements.pdf [2] How to: Measure Directivity of Directional Couplers:, RF Explorer, https://www.microwaves101.com/encyclopedias/directional-couplers [] Directional Couplers, MicrowavesIOI.com, https://www.microwaves101.com/encycloped ias/directional-couplers