Apostila - Antena Corneta

  • Published on
    02-Dec-2015

  • View
    225

  • Download
    14

Transcript

  • Antenas em corneta: diagramas polares e calculo da directividade 1

    TRABALHO PRATICO No 2ANTENAS EM CORNETA: DIAGRAMAS POLARES E CALCULO DA

    DIRECTIVIDADE

    Material: Kit de antenas da Lab-Volt.

    Tempo de realizacao: Uma aula pratica de 2 horas.

    Objectivos:

    1. Observacao das perdas de propagacao em espaco livre.

    2. Estudar as caractersticas de uma antena em corneta:

    (a) diagrama de radiacao horizontal e vertical

    (b) largura de feixe de meia potencia

    3. Calculo da directividade e area efectiva maxima, utilizando o metodo absoluto.

    Informacao geral:

    A fonte de sinal de que dispoe emite nas bandas de 1 GHz e de 10 GHz, ou mais precisamentea 915 MHz e a 10.5 GHz. A potencia radiada e tipicamente 2 mW a 1 GHz e 10 mW a 10 GHz.A ttulo comparativo um telefone celular pode emitir 300 mW a 850 MHz. Embora o nvel deradiacao nao seja elevado, devera evitar posicionar-se na direccao do emissor e nunca deveraolhar directamente para o interior de uma fonte de microondas seja ela uma antena ou guia deondas, quando a alimentacao dos sistema esta ligada.

    A fonte de sinal, quando ligada, emite um apito intermitente, que recorda o utilizador queuma fonte de radiacao esta activa.

    O sistema de recepcao esta preparado para adquirir dados para sinais modulados em ampli-tude a` frequencia de 1 KHz. Sempre que efectuar medidas nao se esqueca de colocar a fontenesse modo.

    Ao proceder a` aquisicao de um diagrama de radiacao, podera acontecer que o valor maximoesteja fora do diagrama de radiacao (ou seja um sinal demasiado forte), ou que esse valor maximose encontre dentro do diagrama de radiacao, mas bastante afastado do exterior deste (ou sejaum sinal demasiado fraco). Nestes casos podera utilizar o controle de atenuacao (software) paraoptimizar a recepcao do sinal, de forma a obter o valor maximo dos seus diagramas proximo (eno interior) da circunferencia dos 0 dB.

    Outra forma de optimizar a recepcao do sinal e indicar o angulo em que deseja que sejainiciada a aquisicao do sinal (Set Plotting Start), normalmente numa zona de baixa intensidadede radiacao, de forma a evitar descontinuidades no tracado.

    Ao salvar a informacao relativa a cada antena nao se esqueca de referir qual a antena utilizada(o software utilizado tem uma lista das antenas que constituem o kit).

    DEEC-FCTUC: Antenas Trabalho Pratico 2

  • Antenas em corneta: diagramas polares e calculo da directividade 2

    IMPORTANTE:

    As fichas SMA so deverao ser apertadas depois de bem alinhadas! Antes de alterar a posicao das antenas devera sempre desapertar as fichas de forma a queo cabo se possa mover com a antena.

    Os mastros e as antenas sao ajustados ao respectivo suporte rodando um parafuso deplastico ou metalico. Utilize a sua forca moderadamente!

    Sempre que manipular equipamento ligado ao sistema de recepcao da Lab-Volt devera tercolocada a pulseira anti-estatica que se encontra ligada a esse equipamento.

    Os adaptadores coaxial/guia de onda sao sensveis ao choque mecanico: manipule-os como devido cuidado!

    Figura 1: Configuracao da antena receptora.

    DEEC-FCTUC: Antenas Trabalho Pratico 2

  • Antenas em corneta: diagramas polares e calculo da directividade 3

    Procedimento:

    1. Os elementos principais do sistema de medicao ja se encontram instalados, ou seja a fontede alimentacao, a fonte de sinal, o posicionador da antena, e o interface de aquisicao dedados.

    2. Encontrara sobre a mesa, junto do suporte para a antena transmissora, um mastro, umaantena em corneta piramidal, um adaptador coaxial/guia de onda.

    O adaptador coaxial/guia de onda deve ser ligado a` sada de 10 GHz utilizando o cabolongo com fichas SMA.

    3. No outro mastro, colocado sobre a base ligada ao sistema de recepcao, encontrara a outraantena em corneta identica a` transmissora que funcionara como antena receptora. Garantaque ambas a antenas estao preparadas para transmitir/receber no mesmo plano.

    4. Utilizando o suporte deslizante, garanta que a sua antena receptora se encontra alinhadacom o centro de rotacao do posicionador da antena e orientada para rodar no plano H (verFigura 1).

    Encontrara um atenuador de 10 dB ja aparafusado na entrada de RF do posicionador daantena. Ligue a antena a esse atenuador utilizando o cabo SMA de tamanho intermedio.

    5. Coloque as antenas a 1 m de distancia. Ajuste-as de forma a que se encontrem a` mesmaaltura e de frente uma para a outra.

    6. Faca os seguintes ajustamentos no gerador de RF:

    Modo do oscilador de 10 GHz: 1 KHz. Potencia do oscilador de 1 GHz: desligado. Potencia do oscilador de 10 GHz: desligado. Ligue a fonte da alimentacao do Gerador de RF. Ligue a fonte de alimentacao do posicionador da antena. Ligue o computador e arranque com o software LDVAM-Antenas.

    7. Sabendo que as antenas se encontram a` distancia r1, podemos calcular a atenuacao dosinal se as colocarmos a` distancia r2 = 2r1:

    A = 20 logr2r1

    (dB) (1)

    8. Coloque o interruptor de potencia do gerador de 10 GHz na posicao de ligado. Inicie aaquisicao no plano H.

    Utilize o controle de atenuacao para optimizar a recepcao do sinal. Tome nota do valorde atenuacao introduzido: At1.

    Armazene o diagrama de radiacao na caixa de dados anten1, nao se esquecendo deseleccionar o plano correcto (H). Uma vez completada a aquisicao salve o seu diagramapara um ficheiro com o nome corneta1na pasta C:\AnXX\T?g?. Desligue a fonte.

    DEEC-FCTUC: Antenas Trabalho Pratico 2

  • Antenas em corneta: diagramas polares e calculo da directividade 4

    Em que XX representa os dois ultimos dgitos do ano em que nos encontramos e T?g?sera T1g2 para ao grupo 2 da turma 1.

    9. Afaste as antenas para 2 m de distancia. Repita o procedimento do ponto anterior.

    Coloque o interruptor de potencia do gerador de 10 GHz na posicao de ligado. Inicie aaquisicao.

    Tome nota do valor de atenuacao introduzido: At2.

    Armazene o diagrama de radiacao na caixa de dados anten2. Uma vez completada aaquisicao salve o seu diagrama para um ficheiro com o nome corneta2na mesma pastaque antes. Desligue a fonte.

    10. Com base nos valores obtido nas caixas anten1 e anten2 e dos valores de atenuacaoAt1 e At2, pode verificar experimentalmente a validade da formula (1).

    Calcule A pela formula (1), e atraves dos valores medidos, quando r1 = 1 m e r2 = 2m.Compare os resultados.

    11. Va para a caixa de dados anten3e abra o ficheiro corneta2. Salve-o no ficheiro cor-neta3.

    Mantendo a distancia entre as antenas (2 m) oriente as antenas emissora e receptora deforma a fazer a aquisicao no plano E.

    Utilize o controle de atenuacao para optimizar a recepcao do sinal. Tome nota do valorde atenuacao introduzido: At3 (igual a At2).

    Inicie a aquisicao e guarde-a na caixa de dados anten3, no plano E e coloque o MSP(Maximum Signal Position) a 0 graus, para ambos os diagramas nessa caixa de dados.Desligue a fonte.

    Salve o diagrama no ficheiro com nome corneta3.

    12. Possui neste momento, na caixa de dados anten3 os diagramas de radiacao no plano Ee H da antena de corneta. Imprima os diagrama que obteve.

    Observe em 2D e 3D os diagramas de radiacao da antena em corneta.

    13. Calcule a largura de feixe de meia potencia nos planos E e H e registe o seu valor.

    Registe tambem a direccao em que ocorrem esses valores, em cada um desses planos.

    14. Nas aulas teoricas foi-lhe apresentado o metodo absoluto de medicao da directividade,usando duas antenas identicas:

    D =4pir

    (Wr)max

    Wt(2)

    Neste momento precisa apenas de determinar o valor da potencia transmitida, Wt:

    (a) Desmonte as antenas em corneta dos respectivos mastros, e desligue-as dos respectivosadaptadores coaxial/guia de onda.

    DEEC-FCTUC: Antenas Trabalho Pratico 2

  • Antenas em corneta: diagramas polares e calculo da directividade 5

    Figura 2: Ligacao directa dos adaptadores coaxial/guia de onda.

    (b) Ligue os adaptadores face a face (sem qualquer espaco entre eles, conforme a figura2).Tenha cuidado ao fazer esta operacao: para nao deixar cair os adaptadores coax-ial/guia de onda preste atencao aos cabos coaxiais que muitas vezes se movimentamdepois de pousados!

    (c) Ligue o gerador de RF de 10 GHz. Optimize o sinal utilizando o controlo de atenuacao.

    (d) Tome nota de:

    At0 = (dB) Wrecebida = (dB) (3)

    Tem-se que Wt =Wrecebida +At0Com base nos diagramas armazenados na caixa de dados antena3 (ou no ficheiro cor-neta3), pode agora utilizar o metodo absoluto para calcular a directividade da antena,pois conhece o maximo de intensidade de radiacao recebida pela antena de corneta (quefoi colocado na direccao 0 graus): Wr =MSL+At3 .

    MSL Maximum Signal Level.

    15. Pode agora calcular a area efectiva maxima da antena em corneta:

    Aemax =D2

    4pi(4)

    e a eficiencia da abertura, ap =AemaxAp

    , em que Ap e a area fsica da abertura.

    DEEC-FCTUC: Antenas Trabalho Pratico 2