1 MESURES
1.1 MESURA DEL GUANY
El guany, com hem vist, és la relació que hi ha entre la densitat de potència que radia
l’antena i la densitat de potència que radiaria l’antena isòtropa. Les diferents geometries
i dimensions de les antenes provoquen que no es comportin igual a totes les freqüències,
per això en aquí mesurarem el guany a les freqüències de 900MHz, 950MHz, 1GHz,
1.05GHz i 1.10GHz.
Per calcular el guany d’una antena necessitem una altra antena de guany conegut, o dos
antenes iguals o 3 antenes. Per a la realització d’aquest apartat seguirem el mètode que
utilitza 3 antenes, i de cara a simplificar el treball, només calcularem el guany en una
direcció de l’espai.
Mètode de mesura del guany amb 3 antenes.
Aquest, és un mètode general per calcular el guany de les antenes quan no es disposa de
cap antena amb guany conegut.
La descripció del mètode és la següent:
S’agafen 3 antenes (en el nostre cas, seran les 3 Yagi-Uda), i n’escollim dues. Una serà
l’antena 1 i l’altra la 2. Col·loquem les antenes en la posició en la qual volem calcular el
guany de cadascuna d’elles (la direcció en la qual volem calcular el guany ve
determinada per la posició que ocupa una antena respecte l’altre). A continuació
injectem potència a una d’elles (per exemple la nº1) i mesurem quina potència rep
l’altra. Anotem aquesta potència rebuda com PR21. Després d’això, canviem l’antena 2
per l’antena 3, la qual col·locarem en la posició en la qual volem calcular el guany
d’aquesta i fem el mateix. La potència rebuda ara l’anotem com PR31. Finalment,
canviem l’antena 1 per la 2 (també orientada en la direcció en la qual li volíem trobar el
guany) i tornem a mesurar quina és la potència que capta l’antena 3 (PR32).
1
En els 3 casos hem subministrat la mateixa potència a les 3 antenes: PT
Llavors, si escrivim l’equació per cada cas queda:
Que com podem observar, amb les mesures realitzades, en aquestes tres equacions
només tenim 3 incògnites (G1, G2 i G3) constituint un sistema solucionable per uns
valors concrets de G1, G2 i G3
Una vegada descrit el mètode, poden mesurar el guany de les nostres antenes:
Primer mesurarem l’atenuació en el senyal que introdueixen els nostres cables. Per fer
això, procedirem de la següent manera:
Connectarem un cable entre la sortida del tracking (TG OUT) i l’entrada (RF INPUT)
de l’analitzador d’espectres (ADVANTEST R3131).
Prement la tecla LEVEL accedirem al menú on es troba tot el que fa referència a la
presentació per pantalla dels nivells mesurats dels senyals.
El nivell de referència (tecla RF Level del menú de pantalla que apareix al prémer la
tecla LEVEL) serveix per indicar el nivell màxim que es visualitzarà per pantalla
(correspon a la part superior de la reixeta de la pantalla). A més a més, dona un nivell de
referència a l’analitzador d’espectres, indicant-li que tots els senyals que entrin a
2
l’analitzador estaran per sota d’aquest nivell (estiguin o no visualitzant-se en aquell
moment). En cap moment ha de haver una senyal amb un nivell per sobre d’aquest
nivell de referència ja que això provocaria que els circuits de l’analitzador d’espectres
funcionessin malament i ens presentéssim per pantalla nivells erronis i senyals
inexistents. En el nostre cas, posarem un nivell de referència de 0dBm (es pot fer
prement LEVEL, REF Level i després introduint 0dBm pel teclat numèric).
La tecla dB/div., que també apareix dintre del menú de LEVEL, serveix per indicar el
número de dB’s que tenim per divisió vertical. En el nostre cas utilitzarem 10dB.
El filtre de freqüència intermitja de l’analitzador d’espectres, el deixarem en AUTO. Per
fer-ho s’ha de prémer la tecla BW, i en el menú que apareix per pantalla , polsar les
tecles corresponents fins que la paraula AUTO del RBW i del VBW estiguin
subratllades.
A continuació indicarem quin marge de freqüències volem estudiar: de cara a centrar-
nos més o menys al voltant de 1GHz, el marge serà de 800MHz a 1200MHz.
Per indicar la freqüència inicial, s’ha de prémer FREQ, després la tecla ‘Start’ que
apareix a la pantalla i finalment introduir 800MHz pel teclat numèric.
Per indicar la freqüència final, s’ha de prémer FREQ, després la tecla ‘Stop’ que
apareix a la pantalla i finalment introduir 1200MHz pel teclat numèric.
3
El nivell del tracking ( és a dir, el nivell del generador intern de l’analitzador
d’espectres, la freqüència del qual varia de forma sincronitzada amb el ritme i dintre del
marge de freqüències de l’escombrat en el qual rep i visualitza el receptor de
l’analitzador d’espectres) és de –10dBm. Veurem com apareix nivell de senyal, una
divisió per sota de la part superior de la pantalla (la part superior és 0dBm i cada divisió
vertical de la pantalla representa 10dB menys, implica que el senyal té un nivell
d’aproximadament –10dBm. Que és justament el nivell de senyal del nostre generador
de traking).
Per mesurar l’atenuació que presenta el cable en el marge de freqüències d’interès s’ha
de prémer la tecla ‘MKR’ i a continuació 1GHz amb el teclat numèric.
Ara només resta llegir el valor que apareix per pantalla. L’atenuació del cable serà:
Amb això hem obtingut l’atenuació del cable que hem utilitzat, però ens interessarà que
l’atenuació per metre de cable que tenim:
L’atenuació que presenta el cable que va a l’antena d’un trípode i l’atenuació del cable
que va a l’antena de l’altre trípode, la podem calcular mitjançant l’atenuació/m que
acabem de calcular, i multiplicant-la pel número de metres que te el cable en qüestió
(estem suposant que tots els cables que tenim tenen el mateix comportament en
freqüència, afirmació bastant certa ja que estem utilitzant el mateix tipus de cable).
Amb aquestes atenuacions que hem calculat, podem saber quina és la veritable potència
de senyal que arriba a les antenes. Per exemple, si el nostre generador injecta –10dBm, i
el cable que va a l’antena té una atenuació de 4dB, implica que a l’antena li arriben
4
–14dBm. O si per exemple, en l’analitzador mesurem una potència de –20dBm que li
arriba des d’una antena per mitjà d’un cable que atenua 3dB, implica que en borns de
l’antena tenim una potència de –17dBm.
Ara mesurarem pròpiament el guany de les antenes. El connexionat serà el següent:
De les tres antenes Yagi-Uda, escollim dues (les antenes que seran la nº1 i la nº2). Per
seguir el mètode abans explicat, col·locarem l’antena nº1 un dels trípodes, en posició
horitzontal i apuntat a l’ altre trípode. Ara s’agafa la nº2 i la posem en l’altre trípode,
també en posició horitzontal i perfectament encarada cap a l’altre antena.
Després de connectar les antenes com especifica el dibuix, s’ha de mesurar el nivell de
potència que rebem a la freqüència d’interès: 1GHz.
Per visualitzar millor el nivell de senyal que rebem en l’analitzador, posarem un nivell
de referència més adient (Menú de LEVEL, ‘REF Level’ i després mitjançant les tecles
amb fletxes o amb el control rotatori o amb el teclat numèric, introduirem el valor
apropiat pel nivell de referència). S’ha de tenir en compte que el nivell de senyal que
reben és sempre inferior al nivell de senyal del generador de ‘tracking’ (-10dBm), la
qual cosa implica que haurem de posar un nivell més petit com a nivell de referència si
no veiem bé el senyal.
Per mesurar el nivell de senyal que tenim a 1GHz, s’ha de prémer la tecla ‘MKR’ i
després 1GHz amb el teclat numèric. A la pantalla apareixerà el nivell de potència
mesurat sobre 50ohms a l’analitzador d’espectres.
5
Mesurarem també el nivell de senyal que tenim a les freqüències de 900MHz, 950MHz,
1050MHz i 1100MHz.
Anotarem els diferents valors de potència mesurada com ‘PR21’ una vegada hàgim
compensat les pèrdues dels cables.
Per continuar amb el mètode, col·locarem l’antena nº3 (la Yagi-Uda que queda) en lloc
de la nº2, en el trípode i tornem a fer el mateix que en el cas anterior.
Anotarem com ‘PR31’ la potència rebuda després de compensar-la.
Finalment es col·loca l’antena nº2 a la part, en lloc de l’antena nº1 i tornem a mesura la
potència que és rep a l’analitzador. Anotarem el valor compensat com ‘PR32’.
Ara, amb les fórmules del guany comentades anteriorment, podem calcular el guany en
dB que té cada una de les antenes en aquestes 5 freqüències, en una direcció
determinada (no hem d’oblidar que només hem calculat el guany en una direcció de
l’espai).
6
1.2 MESURA DEL DIAGRAMA DE RADIACIÓ.
El diagrama de radiació d’una antena és la representació gràfica de com radia l’antena
en les diferents direccions de l’espai, a una distància determinada.
Nosaltres, per dibuixar el diagrama de radiació, utilitzarem coordenades esfèriques, amb
l’antena situada en l’origen i mantenint constant la distància respecte l’antena,
mesurarem el camp elèctric que tenim en aquells punts. Com ja hem dit, degut a les
diferents formes i geometries de les antenes, aquestes no radien de forma uniforme en
totes les direccions de l’espai, per això el camp elèctric mesurat tampoc serà uniforme,
sinó que dependrà de la direcció, és a dir, dels angles i de les coordenades
esfèriques.
Com que el guany( i ) està definit com, quanta més densitat de potència radia la
nostra antena en comparació amb la isòtropa, calculant el guany en les diferents
direccions de l’espai, ja obtenim directament la densitat de potència que radia la nostra
antena, i per tant podem dibuixar la forma que té el diagrama de radiació.
Així doncs, per dibuixar el diagrama de radiació, mesurarem el guany que tenim en les
diferents direccions de l’espai i a una distància concreta. Per mesurar aquest guany,
utilitzarem la mateixa configuració que hem fet servir a l’apartat anterior per calcular el
guany de les antenes en una direcció concreta.
Deixarem fixa l’antena a un dels trípodes, que ja coneixem el seu guany en l’orientació
que té, i es tracta de calcular el guany( , ) que té l’antena que col·locarem en l’altre
trípode.
Mesurar el guany en totes les direccions de l’espai seria quasi impossible, el mesurarem
només en uns determinats talls, seccions. La primera secció o tall serà per =90º i
movent l’antena receptora en el pla horitzontal, és a dir desplaçant-la en .
Però només mesurarem de –90º a 90º (Agafant con angle 0º quan l’antena del trípode
està encarada cap a l’antena de la paret) i en salts de 10º. A cada salt mesurarem quina
potència rep l’analitzador d’espectres.
7
Com que:
on ho coneixem tot menys GR( , ) (recordeu de compensar les pèrdues dels cables):
És a dir, estem calculant el guany que te l’antena en transmissió i que ara mateix està
col·locada en el trípode rebent. Això ho podem fer gràcies a que, com hem vists a les
transparències, relaciona els paràmetres de transmissió i recepció.
Per dibuixar els valors de guany mesurats, normalitzarem tots els valors respecte al
màxim guany trobat.
8
Després farem el mateix però en un altre tall, el pla vertical. És a dir, movent l’antena
del trípode (que és l’antena a la qual estem mesurant el seu diagrama de radiació) cap a
dalt i cap a baix, per =0º i desplaçant-la de =0º fins a =180º a salts de 10º en 10º.
1.3 POLARITZACIÓ
Com ja hem esmentat, la densitat de potència que radia una antena també pot ser
expressada en forma d’un camp magnètic (H) i un camp elèctric (E).
La polarització d’una antena ve donada per la figura geomètrica que descriu l’extrem
del vector camp elèctric de l’ona radiada, en el pla perpendicular al sentit de propagació,
en un punt determinat, al transcórrer el temps.
Per ones amb variació temporal sinusoïdal (que és el nostre cas) la figura general que
descriu la punta del vector és una el·lipse, girant a dretes o a esquerres (dependrà de
l’antena).
Com casos particulars de l’el·lipse tenim la polarització circular (en la qual la punta del
vector del camp elèctric descriu una circumferència al transcórrer el temps) i la
polarització lineal (un dels eixos de l’el·lipse és tant petit que l’el·lipse és veritablement
una línia recta).
Tipus de polarització lineal:
- Horitzontal (el vector de camp elèctric és paral·lel al terra)
- Vertical (el vector de camp elèctric és perpendicular al terra)
- Inclinada (el vector de camp elèctric està inclinat respecte al pla del terra)
9
Les antenes Yagi-Uda són antenes de polarització lineal.
Importància de la polarització:
10
La importància radica en que si l’antena transmissora no té la mateixa polarització que
l’antena receptora, aquesta no captarà tota la densitat de potència que li arriba. És més,
pot no captar res.
És per aquest motiu que durant la mesura del guany es va insistir en que tant l’antena
emissora com l’antena receptora estiguessin posades de forma vertical.
En aquest apartat mesurarem l’efecte de que l’antena emissora i receptora tinguin
polaritzacions diferents. Farem servir la mateixa configuració que l’utilitzada per
mesurar el guany. Però ara, primer mesurarem la potència que rep l’analitzador
d’espectres estant totes dues antenes en posició horitzontal. Finalment, mesurarem la
potència rebuda quan l’antena del trípode està polaritzada horitzontalment (col·locada
horitzontalment).
11
Top Related