Merení impedancí antén

České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická
X17ANT – Antény a šíření vln
Měření impedancí antén
Daniel Tureček
22.10.2008
1
Úkoly měření
• Pro vybrané vzorky antén změřte rezonanční frekvenci a šířku frekvenčního pásma pro
odraz -13 dB.
• Pozorujte vliv kapacitního zakončení dipólu na rezonanční frekvenci a šířku pásma.
• Najděte rezonanční délku čtvrtvlnného monopólu nad odraznou rovinnou deskou.
• Výsledky měření přehledně zpracujte
• Porovnejte šířky pásma měřených antén a výsledek diskutujte s ohledem na typy antén
• Zdůvodněte/diskutujte případné odchylky fyzické délky vytvořených monopólů od čtvrtiny vlnové délky ve volném prostoru
• Z naměřeného průběhu koeficientu odrazu čtvrtvlnného monopólu nad odraznou rovinnou
deskou určete závislost PSV a dále závislost impedance (reálná a imaginární část) tohoto
monopólu na frekvenci.
Zpracování
0
-5
-10
-15
Γ [dB]
2
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
f [M Hz ]
Obrázek 1: Monopól
1
3000
3500
4000
2
Měření impedancí antén
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
3000
3500
4000
f [M Hz ]
Obrázek 2: Zkrácený monopól
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
f [M Hz ]
Obrázek 3: Monopól bez kotouče
3
Měření impedancí antén
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
3500
4000
f [M Hz ]
Obrázek 4: Monopól s malým kotoučem (2 cm)
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
3000
f [M Hz ]
Obrázek 5: Monopól se středním kotoučem (5 cm)
4
Měření impedancí antén
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
f [M Hz ]
Obrázek 6: Monopól s velkým kotoučem (10 cm)
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
f [M Hz ]
Obrázek 7: Šroubová anténa
3000
3500
4000
5
Měření impedancí antén
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
3000
3500
4000
f [M Hz ]
Obrázek 8: RFB10 Anténa
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
f [M Hz ]
Obrázek 9: Malá trychtýřová anténa
6
Měření impedancí antén
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
3500
4000
f [M Hz ]
Obrázek 10: Velká trychtýřová anténa
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
f [M Hz ]
Obrázek 11: Vivaldiho anténa
3000
7
Měření impedancí antén
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
3000
3500
4000
f [M Hz ]
Obrázek 12: Mikropásek
0
-5
-10
Γ [dB]
-15
-20
-25
-30
-35
-40
500
1000
1500
2000
2500
f [M Hz ]
Obrázek 13: GSM anténa
8
Měření impedancí antén
200
Re(Z)
Im(Z)
Z=50
Re(Z), Im(Z) [Ω]
150
100
50
0
-50
-100
-150
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
f [M Hz ]
Obrázek 14: Závislost impedance na frekvenci (monopól bez kotouče)
10
9
8
PSV [-]
7
6
5
4
3
2
1
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
f [M Hz ]
Obrázek 15: Závislost PSV na frekvenci (monopól bez kotouče)
4000
9
Měření impedancí antén
3
Porovnání antén
typ antény
monopól
zkrácený monopól
monopól bez kotouče
monopól s malým kotoučem (2 cm)
Monopól se středním kotoučem (5 cm)
monopól s velkým kotoučem (10 cm)
Šroubová anténa
RFB10 anténa
Malá trychtýřová anténa
Velká trychtřová anténa
Vivaldiho anténa
Mikropásek
GSM anténa
rezonanční frekvence [MHz]
2409
848
1348
1202
2910
1938
1996
2438
3793
3734
2233
2468
936
šířka pásma [%]
4,9
3,5
4,4
2,4
0,03
51,6
8,5
> 36,5
> 97,0
15,8
3,6
0,1
• Délka zkráceného λ/4 dipólu: 82 mm
• Vlnová délka zkráceného dipólu λ = 328 mm
• Vypočítaná délka dipólu z rezonanční frekvence λv = 342 mm
4
Závěr
Z naměřených hodnot vyplívá, že šroubovou anténu a malou a velkou trychtýřovou anténu
můžeme považovat za širokopásmové. Při zkracování monopólu se zmenšuje frekvenční šířka
pásma. Rozdíl mezi naměřenou délkou dipólu a vypočítanou je způsoben nepřesnostmi měření
a také tím, že nebyla vzána v potaz tloušťka drátu, ze kterého je dipól vytvořen.
Z grafu závislosti impedance na frekvenci lze zjisti frekvence, na kterých je anténa přizpůsobena (impedance se blíží 50). Těmto frekvencím také odpovídá graf PSV, který v rezonančních
frekvencích nabývá své minimum.