ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEdiplom.utc.sk/wan/647.pdf · 2006-09-04 · LPDA logaritmicko –...
Transcript of ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEdiplom.utc.sk/wan/647.pdf · 2006-09-04 · LPDA logaritmicko –...
Kalibrácia antén vo frekvenčnom rozsahu 200 MHz – 1GHz
DIPLOMOVÁ PRÁCA
Ján Haring
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE Vedúci diplomovej práce: Ing. Pavel Riečan
Stupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.) Dátum odovzdania diplomovej práce: 19.5.2006
Žilina 2006
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
KATEDRA TELEKOMUNIKÁCIÍ
Univerzitná 1, 01026 ŽILINA Školský rok 2005/2006
ZADANIE DIPLOMOVEJ PRÁCE
Meno, priezvisko: Ján Haring
Študijný odbor: Telekomunikácie
Téma diplomovej práce: Kalibrácia antén vo frekvenčnom rozsahu 200 MHz – 1 GHz
Pokyny pre vypracovanie diplomovej práce:
1. Vytvorenie programu na ovládanie prístrojov určených na kalibráciu antén
v zadanom frekvenčnom rozsahu.
2. Vykonanie meraní podľa naštudovanej normy (ANSI C63.5 – 2004 American
National Standard for Calibration of Antennas Used for Radiated Emission
Measurements in Electromagnetic Interference (EMI) Control).
3. Realizovať výpočty kalibračných koeficientov antén.
4. Analyzovať a vypočítať neistoty merania.
5. Celkove vyhodnotiť výsledky meraní a zhrnúť odporúčania zistené pri riešení
predmetnej problematiky.
Vedúci diplomovej práce: Ing. Pavel Riečan, Výskumný ústav spojov, Banská Bystrica Dátum odovzdania diplomovej práce: 19.5.2006
prof. Ing. Milan Dado, PhD.
vedúci katedry Žilina 21. 11.2004
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta,
Katedra telekomunikácií
ANOTAČNÝ ZÁZNAM - DIPLOMOVÁ PRÁCA
Priezvisko a meno: Ján Haring školský rok: 2005/2006
Názov práce: Kalibrácia antén vo frekvenčnom rozsahu 200 MHz – 1 GHz
Počet strán: 49 Počet obrázkov: 23 Počet tabuliek: 3
Počet grafov: 0 Počet príloh: 6 Počet použ. lit.: 17
Anotácia v slovenskom jazyku:
Táto diplomová práca sa zaoberá opisom metódy “troch antén“, ktorá je vhodná na
kalibráciu antén v zadanom frekvenčnom rozsahu 200 MHz – 1 GHz. Meranie je
realizované na základe normy ANSI C63.5 –2004. Kalibrácia je realizovaná na
logaritmicko – periodických anténach. Kalibračné prístroje medzi sebou komunikujú
prostredníctvom programu vytvorenom v Agilent VEE pro 7.0. V závere práce sú zhrnuté
výsledky meraní a odporúčania zistené pri riešení predmetnej problematiky.
Anotácia v anglickom jazyku:
The thesis deals with “three antennas” method which is appropriate for calibration
antennas in the entered frequency scale 200 MHz – 1 GHz. The measurement is executed
on the base ANSI C63.5 - 2004 standard. The calibration is executed at logarithmic-
periodic antennas. Calibration equipments communicate mutually by the program created
in the Agilent VEE Pro 7.0 development environment. The results of measurements and
recommendations obtained during of solve given problems are summarized in the
conclusion of the thesis.
Kľúčové slová: elektromagnetické vlnenie, logaritmicko – periodická anténa, norma
ANSI, riadiaci program, kalibrácia, anténový faktor, neistoty merania
Vedúci práce: Ing. Pavel Riečan, Výskumný ústav spojov, Banská Bystrica
Recenzent: doc. Ing. Ján Klima, CSc.
Dátum: 19. 05. 2005
Obsah
1. Úvod.......................................................................................................................................1
1.1 Všeobecne.......................................................................................................................1
1.2 Cieľ riešenia.....................................................................................................................2
2. Elektromagnetické pole........................................................................................................3
2.1 Vznik elektromagnetického poľa...................................................................................3
2.2 Polarizácia elektromagnetických vĺn.............................................................................4
3. Šírenie elektromagnetických vĺn .........................................................................................7
3.1 Elektromagnetická vlna..................................................................................................7
3.2 Šírenie elektromagnetických vĺn ( všeobecne ) .............................................................7
3.3 Klasifikácia EM vĺn vzhľadom na mechanizmus ich šírenia ......................................9
3.4 Šírenie EM vĺn v zadanom pásme 200 MHz – 1 GHz ................................................11
4. Antény ( kalibračná, logaritmicko - periodická anténa )................................................12
4.1 Základné vlastnosti antén.............................................................................................12
4.2 Základné rozdelenie antén ...........................................................................................12
4.2.1 Vodičové antény ......................................................................................................12
4.2.2 Plošné antény...........................................................................................................13
4.2.3 Anténne rady a sústavy ..........................................................................................13
4.3 Parametre antén ............................................................................................................13
4.3.1 Pracovné frekvenčné pásmo ..................................................................................13
4.3.2 Vstupná impedancia antény...................................................................................14
4.3.3 Polarizácia antény...................................................................................................14
4.3.4 Zisk antény ..............................................................................................................15
4.3.5 Účinnosť antény ......................................................................................................15
4.3.6 Smerovosť antény ...................................................................................................16
4.3.7 Anténový faktor ......................................................................................................17
4.4 Logaritmicko - periodická anténa ...............................................................................18
4.4.1 Rozbor LPDA..........................................................................................................18
4.4.2 Činnosť LPDA ........................................................................................................19
4.4.3 Ďalšie druhy kalibračných antén...........................................................................20
5. Program na ovládanie prístrojov určených na kalibráciu..............................................21
5.1 Celkový pohľad na Agilent VEE pro 7.0 ....................................................................21
5.2 Výhody použitia Agilent VEE pro 7.0 pre testovanie a vývoj ...................................22
5.3 Princíp vytvárania programu na riadenie prístrojov ................................................24
5.4 Vývojový diagram riadiaceho programu....................................................................30
5.5 Opis vývojového diagramu riadiaceho programu....................................................31
5.6 Komunikácia riadiaceho počítača a kalibračných prístrojov .................................33
5.6.1 Rozhranie HPIB......................................................................................................34
6. Kalibrácia antén...................................................................................................................35
6.1 Norma ANSI C63.5 - 2004 ..........................................................................................35
6.2 Štandardná metóda ( metóda troch antén ) ..............................................................36
6.3 Zapojenie meracích prístrojov...................................................................................37
6.4 Použité antény a meracie prístroje ............................................................................38
6.5 Vzájomná poloha kalibrovaných antén ....................................................................40
6.6 Postup kalibračného merania ....................................................................................41
6.7 Výpočet kalibračných koeficientov antén .................................................................44
6.8 Prepočet EDmax vzhľadom na zmenu polohy antén ..................................................45
7. Analýza neistôt merania......................................................................................................46
7.1 Vyhodnotenie typu A štandardnej neistoty ..............................................................46
7.2 Vyhodnotenie typu B štandardnej neistoty...............................................................47
8. Záver .....................................................................................................................................49
Zoznam použitej literatúry..........................................................................................................50
Zoznam obrázkov a tabuliek
Obr. 1. Elektricky nabitá častica v kľudovej polohe
Obr. 2. Pohyb elektricky nabitej častice
Obr. 3. Elektromagnetické pole v okolí vodiča
Obr. 4. Príklady lineárnej polarizácie ( Φ = 2k π )
Obr. 5. Príklady eliptickej polarizácie ( Φ = (2k+1) π/2 )
Obr. 6. Definícia ľavotočivej a pravotočivej polarizácie
Obr. 7. Šírenie rovinnej EM vlny v ideálnom homogénnom dielektriku
Obr. 8. Šírenie rovinnej EM vlny v reálnom nehomogénnom prostredí
Obr. 9. Módy šírenia elektromagnetických vĺn
Obr. 10. Definícia anténneho faktora
Obr. 11. Logaritmicko – periodická dipólová anténa
Obr. 12. Pracovné oblasti logaritmicko – periodickej antény
Obr. 13. Prostredie programu Agilent VEE pro 7.0
Obr. 14. Príklad funkčného bloku FORMULA
Obr. 15. Príklad funkčného bloku TO FILE
Obr. 16. Príklad funkčného bloku SPECTRUM ANALYSER
Obr. 17. Príklad funkčného bloku USER OBJECT
Obr. 18. Vývojový diagram riadiaceho programu
Obr. 19. Dátové prepojenie kalibračných prístrojov Obr. 20. Zapojenie meracích prístrojov
Obr. 21. Vzájomná poloha kalibrovaných antén
Obr. 22. Konfigurácia antén pre jednotlivé merania
Obr. 23. Opis vzájomnej polohy antén pre prepočet EDmax
Tab. 1. Namerané hodnoty tlmení pre jednotlivé frekvencie
Tab. 2. Vypočítané hodnoty anténových faktorov
Tab. 3. Neistoty merania a ich zdroje
Zoznam použitých skratiek
AF anténový faktor
ANSI American National Standard for Calibration of Antennas Used for
Radiated Emission Measurements in Electromagnetic Interference
Control – Americký národný štandard pre kalibráciu antén použitých
pre merania vyžiarenej energie pri kontrole elektromagnetickej interfer.
D, E, F označenie vrstiev ionosféry
EM elektromagnetický ( elektromagnetická )
EMI ElectroMagnetic Interference – Elektromagnetická interferencia
FM frekvenčná modulácia
GPIB General Purpose Instrumentation Bus – Základná zbernica pre meracie
zariadenia
HP Hewlett – Packard
HPIB Hewlett – Packard Interface Bus – Rozhranie Hewlett – Packard
IEEE Institute for Electrical and Electronics Engineers – Inštitút pre elektro –
technické a elektronické inžinierstvo
LPA logaritmicko – periodická anténa
LPDA logaritmicko – periodická dipólová anténa
PA prijímacia anténa
SNAS Slovenský národný akreditačný systém
SÚTN Slovenský ústav technickej normalizácie
TV televízia
UHF Ultra High Frequency – ultra vysoká frekvencia (označenie frek. pásma)
VA vysielacia anténa
VHF Very High Frequency –veľmi vysoká frekvencia (označenie frek.pásma)
VKV veľmi krátke vlny
Zoznam použitých symbolov
a, b osi elipsy
ax, ay označenie veľkosti vektora intenzity elektrického poľa
c rýchlosť šírenia elektromagnetickej vlny vo vákuu ( c = 2,998.108 m .s-1 )
f frekvencia
h výška antény nad povrchom
l dĺžka anténneho prvku logaritmicko – periodickej antény
n počet nezávislých meraní
r pomer poloosí elipsy
s vzdialenosť nasledujúcich prvkov logaritmicko – periodickej antény
uc celková neistota merania
uvys PSV chyba vznikajúca pri vysielaní
x, y, z súrandice karteziánskej súradnicovej sústave
A tlmenie
B šírka pásma
D smerovosť antény
E intenzita elektrického poľa
Ea intenzita elektromagnetického poľa vybudeného skúmanou anténou
Earef intenzita elektromagnetického poľa vybudená referenčnou anténou
Ex zložka vektora intenzity elektrického poľa v smere osy x
Ey zložka vektora intenzity elektrického poľa v smere osy y
G zisk antény
GdB zisk antény uvedený v dB
H intenzita magnetického poľa
K relatívna dielektrická konštanta povrchu
Ps hustota výkonu vyžiareného od skúmanej antény
Pstrat stratový výkon
Pref hustota výkonu vyžiareného od referenčnej antény
Pvst činný výkon zo zdroja do antény
PΣ činný vyžiarený výkon
PΣj celkový jalový výkon
PΣref celkový vyžiarený výkon referenčnou anténou
PΣs celkový vyžiarený výkon skúmanou anténou
R činiteľ odrazu
Rj tepelné straty v anténe prepočítané na vstup antény
R vst vstupný odpor antény
Rz straty v polovodivom zemskom povrchu alebo v zemniacom systéme
Rε dielektrické straty
X vst vstupná reaktancia antény
Z0 vlnový odpor
Z vst vstupná impedancia antény
ZΣ vst vyžarovacia impedancia antény vzťahujúca sa na vstup antény
γ uhol odrazu
ε0 permitivita vákua ( ε0 = 8,854 . 10-12 F . m-1 )
λ vlnová dĺžka
μ0 permeabilita vákua ( μ0 = 4 . 10-7 H . m-1 )
τ parameter štruktúry logaritmicko – periodickej antény
σ relatívna vzdialenosť prvku logaritmicko – periodickej antény
ϕ fázový posun
η účinnosť antény
ωr kruhová ( rezonančná ) frekvencia
Γ koeficient odrazu na konci kábla
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
1. Úvod
1.1 Všeobecne
Ľudia si od nepamäti medzi sebou vymieňali rôzne správy. V správe je
obsiahnuté veľké množstvo informácií. Tieto sa správou prenášajú z jedného miesta, od
odosielateľa, na iné miesto, ku príjemcovi. Správa môže mať rôzny charakter ( reč, obraz,
dáta, text ). Jednotlivé správy sa líšia nie len obsahom, ale aj fyzikálnymi vlastnosťami.
Tieto správy sú medzi odosielateľom a príjemcom prenášané pomocou rôznych metód
a systémov.
V poslednej dobe zažívajú búrlivý rozvoj hlavne mobilné rádiokomunikačné siete
a služby nimi poskytované. Vzhľadom na pevné komunikačné siete nám poskytujú dve
hlavné výhody. Jedna z výhod je mobilita účastníka. Ďalšia je tendencia smerovania
vývoja týchto sietí k vytvoreniu globálnej komunikačnej siete. Čím dokážeme vytvoriť
systém s celosvetovým pokrytím.
Spojenie medzi odosielateľom ( vysielač ) a príjemcom ( prijímač ) je
zjednodušene realizované pomocou rádiokomunikačného reťazca.
Jeho neoddeliteľnou súčasťou je anténa ( vysielacia / prijímacia ). Anténa je
zariadenie, ktoré prijíma elektromagnetické vlnenie zo vzduchu a prevádza časť
zachytenej energie do vlnovodu ( vodiča ), pomocou ktorého túto energiu dovedie
k prijímaciemu zariadeniu. Vysielacia anténa má opačnú funkciu.
Na to aby anténa pracovala efektívne musia byť jej parametre zvolené čo
najpresnejšie. Pri návrhu antény musíme brať do úvahy aj istý kompromis medzi
vlastnosťami, rozmermi a cenou.
Pri návrhu antén a opise ich správania sa využívajú rôzne kalibračné metódy.
Jednu z nich ( metódu troch antén ) opisuje táto diplomová práca. Pri meraniach sú
použité širokopásmové ( logaritmicko - periodické ) antény.
Katedra telekomunikácií 1
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
1.2 Cieľ riešenia
Úlohy, ktoré sa budú v tejto diplomovej práci realizovať sú rozdelené do štyroch
základných bodov.
1. Vytvorenie riadiaceho programu na kalibráciu antén.
Kalibračné meranie opisované touto diplomovou prácou je plne automatizované.
Automatizácia je prevedená na základe riadiaceho programu vytvoreného
v objektovom programovacom jazyku Agilent VEE pro 7.0.
2. Realizácia kalibračných meraní.
Kalibračné merania sú realizované pomocou štandardnej metódy (metóda troch
antén ). Všetky postupy sú vykonané na základe odporúčania ANSI C 63.5 -
2004. Pri meraní boli použité logaritmicko – periodické antény.
3. Výpočet kalibračných koeficientov.
Z nameraných hodnôt sa vypočítajú kalibračné koeficienty ( anténové faktory )
jednotlivých antén. Výpočty sú prevedené na základe vzťahov uvedených
v norme ANSI C 63.5 - 2004.
4. Vyjadrenie neistôt merania.
Neistoty merania sú vyjadrené pomocou odporúčania MSA 0104 – 97. Na
určenie štandardnej a rozšírenej neistoty merania sa použilo vyjadrenie neistôt
typu B.
Katedra telekomunikácií 2
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
2. Elektromagnetické pole
2.1 Vznik elektromagnetického poľa
Podľa súčasných predstáv sú nositeľmi (zdrojmi) elektromagnetického poľa
elementárne častice. Sú to hmotné častice s vlastným elektromagnetickým poľom,
ktorého veľkosť je vyjadrená veličinou elektrický náboj. To znamená, že elektrický náboj
je vlastnosť niektorých elementárnych častíc mať vlastné elektromagnetické pole.
Ak je elektricky nabitá častica v kľudovej polohe, vznikne okolo nej
elektrostatické pole. Toto pole sa rozprestiera teoreticky do nekonečnej vzdialenosti od
častice.
Obr. 1. Elektricky nabitá častica v kľudovej polohe
Ak sa nabitá častica pohne zo svojej polohy, elektrostatické pole ňou vytvorené
bude sledovať jej posun. Pole sa neposunie od častice okamžite, ale bude to trvať určitý
čas.
Obr. 2. Pohyb elektricky nabitej častice
Katedra telekomunikácií 3
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Ak sa bude elektricky nabitá častica pohybovať bude okolo nej vznikať
magnetické pole. Toto pole sa rozprestiera od pohybujúcej sa častice teoreticky až do
nekonečna. Akékoľvek zmeny smeru či rýchlosti častice sa prejavia na zmene
magnetického poľa. Táto zmena sa od častice šíri rýchlosťou svetla.
Obidve zložky poľa elektrická ( elektrostatická ) a magnetická sú spolu
neoddeliteľne spojené a vytvárajú elektromagnetické pole . Elektrická zložka sa označuje
E a magnetická sa označuje H. Tieto zložky sú na seba kolmé. Elektrická zložka sa
vyžaruje rovnobežne s vodičom, ktorým preteká striedavý prúd ( Obr. 3 ). Magnetická
zložka je na vodič kolmá. [1], [14]
Obr. 3. Elektromagnetické pole v okolí vodiča
2.2 Polarizácia elektromagnetických vĺn
Pod pojmom polarizácia elektromagnetických vĺn sa rozumie priestorová
orientácia vektora intenzity elektrického poľa, daná polarizačnými vlastnosťami antén.
Základná polarizácia elektromagnetických vĺn je vzhľadom na zemský povrch
horizontálna alebo vertikálna.
Väčšina antén je navrhnutá tak, aby vyžarovali ( prípadne prijímali ) alebo
horizontálne, alebo vertikálne polarizované elektromagnetické vlny. Takéto antény sa
nazývajú antény s lineárnymi polarizačnými vlastnosťami (Obr.4.) . To znamená, že
lineárna polarizácia je polarizácia elektromagnetickej vlny, pri ktorej koniec vektora E
vzhľadom na pevne určený bod opíše priamku, ktorej stred sa prekrýva s týmto bodom.
Katedra telekomunikácií 4
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Keď sa vektor intenzity elektrického poľa skladá z dvoch na seba kolmých
zložiek s nejakým fázovým posunom medzi nimi, tak antény, od ktorých takéto pole
vzniklo, sú anténami s eliptickými polarizačnými vlastnosťami ( Obr.5. ). To znamená, že
eliptická polarizácia je polarizácia elektromagnetickej vlny, pri ktorej koniec vektora E
vzhľadom na daný bod opíše elipsu, ktorej stred sa stotožňuje s týmto bodom.
Obr. 4. Príklady lineárnej polarizácie ( Φ = 2k π )
Obr. 5. Príklady eliptickej polarizácie ( Φ = (2k+1) π/2 )
Kruhová polarizácia je špeciálnym prípadom eliptickej polarizácie. Pre kruhovú
polarizáciu platí, že zložka vektora intenzity elektrického poľa v smere osi x má rovnakú
veľkosť, ako zložka vektora intenzity elektrického poľa v smere osi y.
Katedra telekomunikácií 5
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Pri eliptickej polarizácii je treba ešte rozlíšiť smer otáčania vektora intenzity
elektrického poľa E v priečnej rovine. Je predpoklad, že vlna sa šíri pozdĺž kladného
smeru osi z. Ak sa vektor E pohybuje od osi Ex k ose Ey, jedná sa o pravotočivú
polarizáciu (Obr.6. b.,). Pri ľavotočivej polarizácii je smer otáčania vektora intenzity
elektrického poľa opačný (Obr.6. a.,).
Obr. 6. Definícia ľavotočivej a pravotočivej polarizácie
Polarizačný stav je určený troma nezávislými veličinami ax, ay, Φ. Niekedy sa
používajú aj koeficienty a, b, β. Okrem nich sa ešte k vyjadreniu polarizačnému stavu
používa pomer poloosí elipsy ( 2.1). Kde koeficienty a, b sú poloosi elipsy.
b tg = a
r α= ( 2.1 )
Ďalším parametrom je znamienko osového pomeru. Pri znamienku ( + ) je
polarizácia pravotočivá, pri znamienku ( – ) je polarizácia ľavotočivá. [2], [15]
Katedra telekomunikácií 6
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
3. Šírenie elektromagnetických vĺn
3.1 Elektromagnetická vlna
Elektromagnetická vlna je nositeľom informácie, ktorá sa šíri od vysielacej
antény ( vysielača ) ku prijímacej anténe ( prijímaču ). Elektromagnetické vlny majú
zložku elektrickú a magnetickú. Zložky reprezentované vektorom intenzity elektrického
poľa E a vektorom intenzity magnetického poľa H ležia v rovine vlnenia a sú navzájom
kolmé. Obidve zložky sú zároveň kolmé aj na smer šírenia elektromagnetickej vlny.
V dostatočnej vzdialenosti od vysielača je môžné zjednodušene považovať časť guľovej
vlnoplochy za rovinu. Potom sa hovorí o rovinnej elektromagnetickej vlne.
3.2 Šírenie elektromagnetických vĺn ( všeobecne )
Šírenie rovinnej elektromagnetickej vlny v ideálnom homogénnom dielektriku
( Obr. 7. ) možno charakterizovať nasledujúcimi parametrami.
• amplitúda vektorov E a H ostáva počas šírenia vlny konštantná
• Vlnový odpor ( charakteristická impedancia ) ako pomer amplitúd E a H
je konštantný a pre vákuum má hodnotu :
( 3.1 ) 0
00
120.E ZH
μ πε= = =
• rýchlosť šírenia je konštantná co = 3.108 m/s čo je rýchlosť svetla
Obr. 7. Šírenie rovinnej EM vlny v ideálnom homogénnom dielektriku
Katedra telekomunikácií 7
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
V reálnom nehomogénnom prostredí (Obr.8.) dochádza
k exponenciálnemu zmenšovaniu amplitúdy vektorov E a H. Elektrická zložka vlnenia
nie je vo fáze s magnetickou zložkou ( je medzi nimi fázový posun ϕ ) a vlnový odpor nie
je konštantný. Takéto prostredie mení svoje vlastnosti v závislosti od súradníc. Napríklad
ionosféra.
Obr. 8. Šírenie rovinnej EM vlny v reálnom nehomogénnom prostredí
Pri riešení praktických úloh sa dá stretnúť s tým, že rovinná elektromagnetická
vlna prechádza nehomogénnym prostredím, ktoré ovplyvňuje štruktúru vzniknutého
elektromagnetického poľa. Limitným prípadom nehomogénneho prostredia je náhla
zmena, t.j. rozhranie dvoch prostredí, ktorých parametre sa skokom menia. Ak dopadá na
takéto rozhranie rovinná elektromagnetická vlna, čiastočne sa odráža a čiastočne
prechádza.
Odraz elektromagnetickej vlny je charakterizovaný pomocou činiteľa odrazu.
Činiteľ odrazu R je definovaný ako pomer intenzity elektrického poľa odrazenej
elektromagnetickej vlny k dopadajúcej vlne. Vzťahy pre činiteľ odrazu sa líšia pre
vertikálnu a horizontálnu polarizáciu.
Okrem toho môžu nastať ešte ďalšie javy ako napríklad ohyb a lom vlny. [3], [4]
Katedra telekomunikácií 8
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
3.3 Klasifikácia EM vĺn vzhľadom na mechanizmus ich šírenia
Medzi vysielačom a prijímačom sa elektromagnetické vlny šíria
v nehomogénnom prostredí. Šírenie je v takomto prípade ovplyvnené mnohými faktormi (
zemským povrchom, atmosférou ). Pri analýze šírenia elektromagnetických vĺn nie je
možné súčasne zohľadňovať vplyv všetkých faktorov. Niektoré z nich možno zanedbať.
Tým sa analýza podstatne zjednoduší. Vzhľadom na túto skutočnosť možno šírenie
elektromagnetických vĺn rozdeliť na štyri základné módy.
Priama vlna
Je priama vlna, ktorá sa šíri v izotropnom a homogénnom prostredí priamočiaro.
Tento mód sa vyskytuje hlavne pri spojení s družicami. V tomto prípade môže nastať
čiastočná difrakcia, rozptyl a pootočenie polarizačnej roviny, keď priama vlna prechádza
zemskou atmosférou. Tieto vplyvy sa obyčajne zanedbávajú, lebo ich analytické
vyjadrenie je veľmi ťažké.
Prízemná vlna
Elektromagnetická vlna šíriaca sa v blízkosti zemského povrchu, t.j. v blízkosti
rozhrania polovodivý zemský povrch – vzduch. Rozdeľujú sa nasledovne:
• prízenmá ohybová vlna ( povrchová ) vlna. Elektromagnetická vlna šíriaca sa na
rozhraní zem – vzduch, ktorá sleduje zemské zakrivenie. Pri šírení stráca časť
svojej energie vplyvom strát v polovodivom zemskom povrchu. Tlmenie závisí
od parametrov zemského povrchu pozdĺž trasy šírenia.
• prízemná priama a prízemná odrazená vlna. Elektromagnetické vlny dosiahnu
prijímaciu anténu dvoma cestami – priamou vlnou a vlnou odrazenou od
zemského povrchu. Obidve, prízemná priama a prízemná odrazená vlna, sú
ovplyvňovanévlastnosťami troposféry a prízemná odrazená vlna je naviac
ovplyvnená elektrickými parametrami zemského povrchu v mieste odrazu.
Katedra telekomunikácií 9
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Troposferické vlny
Elektromagnetické vlny šíriace sa na veľké vzdialenosti troposferickým
rozptylom a troposferickým vlnovodom. Tento mód šírenia sa vyskytuje len pri
elektromagnetických vlnách kratších ako 10 m. Malá časť vyžiarenej energie rozptýlená
nehomogenitami v nižších vrstvách atmosféry, nazývanými troposféra, dosiahne prijímač.
Ionosferické vlny
Elektromagnetické vlny šíriace sa väčšinou na veľké vzdialenosti jedným alebo
viacerými odrazmi od ionosféry. Šírenie ionosferických vĺn je ovplyvnené predovšetkým
vlastnosťami ionosferických vrstiev. Ionosféra obsahuje plynné zložky ionizované
žiarením z vonkajšieho priestoru, predovšetkým sa jedná o slnečné žiarenie. Ionosféra je
obsiahnutá od vzdialenosti 60 km nad povrchom až do vzdialenosti max. 300 km.
Ionosféra má iné vlastnosti v noci a vo dne, v zime, v lete a je tu aj 11- ročná perióda
slnečnej činnosti určovanej počtom slnečných škvŕn. V ionosfére sú 3 vrstvy D, E, F
poprípade vrstva F sa môže rozdeliť aj na F1, F2. [5]
Obr. 9. Módy šírenia elektromagnetických vĺn
Katedra telekomunikácií 10
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
3.4 Šírenie EM vĺn v zadanom pásme 200 MHz – 1 GHz
Zadané frekvenčné pásmo od 200 MHz – 1 GHz v podstate celé spadá
pod označenie ako VKV pásmo. Pásmo veľmi krátkych vĺn ( VKV ) sa rozdeľuje na
čiastkové subpásma. Na pásmo VHF (30 - 300 MHz ) a UHF (300 MHz - 3 GHz ).
Veľmi krátke vlny sa šíria priamymi priestorovými vlnami. S ionosferickým odrazom sa
dá stretnúť iba veľmi zriedka.
Prípady šírenia veľmi krátkych vĺn, ktoré sa vyskytujú v praxi, je výhodné
rozdeliť na tieto skupiny:
• šírenie na malé vzdialenosti, kedy možno považovať zemský povrch za rovinný.
• šírenie na väčšie vzdialenosti za priamej viditeľnosti pri rešpektovaní
krivosti povrchu Zeme a prihliadnutí na atmosférický lom.
• šírenie na vzdialenosť, ktorá prekračuje dosah priamej viditeľnosti.
VKV ( VHF ) od 30 MHz po 300MHz. Dosah zväčša len na priamu viditeľnosť,
málokedy viac ako 80 km od vysielača. Vyznačujú sa stabilnými podmienkami šírenia a
malým rušením. Využívajú sa na vysielanie FM rozhlasu, TV, dátové a ďalekopisné
služby, letecké a pozemné služby a rádiolokáciu.
VKV ( UHF ) od 300 MHz do 3GHz. Dosah len na priamu viditeľnosť. Vyššie
frekvencie sú citlivé na obsah vodných pár v atmosfére ( vyšší útlm
za dažďa a hmly ). Pri šírení cez prekážky však vznikajú ostré tiene prakticky
bez signálu. Použitie pri TV vysielaní, dátových prenosoch, mobilnej telefónii, leteckej,
kozmickej a pozemnej dopravnej službe, satelitnom vysielaní, rádiolokácii.
Pri šírení vĺn v danom VKV pásme sa do miesta prijímača dostáva vlna nielen
priamou ale aj odrazenou cestou. Odrazený lúč pôsobí v mieste príjmu nežiadúco na
celkovú výslednú intenzitu elektromagnetického poľa. Keďže v mieste odrazu nie je
zemský povrch hladký, dochádza k rozptylu elektromagnetických vĺn. Pre metrové vlny
sa môžu malé nerovnosti povrchu zanedbať, ale v pásme decimetrových a centimetrových
vĺn sú rozmery týchto nerovností porovnateľné s vlnovou dĺžkou. Pri šírení
elektromagnetického žiarenia sa posudzuje drsnosť povrchu Raylighovým kritériom.[6]
Katedra telekomunikácií 11
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
4. Antény ( kalibračná, logaritmicko - periodická anténa )
4.1 Základné vlastnosti antén
Informácie šíriace sa medzi vysielačom a prijímačom sú v súčastnosti prenášané
väčšinou pomocou elektromagnetických vĺn. Tieto vlny sa šíria pomocou
rádiokomunikačného reťazca. Aby mohlo nastať šírenie elektromagnetických vĺn je
potrebné, aby v priestore bolo také miesto, kde sa mení hustota elektrického prúdu.
Takéto miesto sa nazýva žiarič elektromagnetického poľa alebo anténa. Anténu
zjednodušene predstavuje vodič, v ktorom sa elektrický prúd s časom mení. [1]
Z hľadiska funkcie sa antény delia na vysielacie a prijímacie. Vysielacia anténa je
zariadenie transformujúce elektromagnetické vlnenie šíriace sa napájacím vedením (
koaxiálny kábel ) na elektromagnetické vlny šíriace sa voľným priestorom ( vzduch ).
Prijímacia anténa je zariadenie, ktoré transformuje elektromagnetické vlnenie šíriace sa
voľným prostredím do prípojného vedenia.
4.2 Základné rozdelenie antén
4.2.1 Vodičové antény
Elektromagnetické pole v týchto anténach vzniká v dôsledku prechodu
striedavého prúdu cez relatívne tenký vodič. Vodičové antény patria medzi
najjednoduhšie typy antén. Najjednoduchšou a najpoužívanejšou vodičovou anténou je
polvlnový dipól vyhotovený z kovových tyčí alebo rúrok. Pri polvlnovom dipóle sa
používa bočníkové napájanie. Ďalším variantom polvlnového dipólu je skladaný dipól. Je
to sústava zložená z dvoch rovnakých aktívnych polvlnových dipólov. V oblasti
metrových a decimetrových vĺn sa používajú aj nesymetricky budené antény – monopóly.
Symetrické dipóly možno napájať aj nesymetrickým koaxiálnym káblom. Na to sa
používajú rôzne druhy symetrizačných obvodov.
Katedra telekomunikácií 12
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
4.2.2 Plošné antény
Sú to antény vyžarujúce elektromagnetické vlny z veľkej plochy. Táto plocha sa
nazýva apertúra. Základné druhy apertúry používajúce sa na výpočet sú, kruhová
a obdĺžniková. Plošné antény sa používajú v pásme centimetrových a milimetrových
elektromagnetických vĺn. Základným znakom týchto antén je, že v konečnom dôsledku
vyžarovanie nastáva z pomerne veľkých plôch v porovnaní s vlnovou dĺžkou. Za plošné
antény je možné považovať šošovkové antény, lievikové a reflektorové.
4.2.3 Anténne rady a sústavy
Anténne rady a sústavy vznikajú za účelom zisku výhodnejších smerových
charakteristík. Takéto sústavy tvoria vhodne zoskupené relatívne jednoduché žiariče
diskrétne rozložené v priestore. Anténna sústava môže byť vytvorená z vodičových,
štrbinových alebo iných typov žiaričov. Vo všetkých prípadoch sa využíva interferencia
elektromagnetických vĺn, na základe ktorej sa komplexné amplitúdy vektorov E a H od
jednotlivých žiaričov v každom bode priestoru vektorovo spočítavajú. [5]
4.3 Parametre antén
Pri návrhu antén je snaha dosiahnuť, aby anténa mala určité parametre
a vlastnosti, ktoré sú potrebné pre jej správnu funkciu. Pri kalibrácii antén sa tieto
vlastnosti pomocou rôznych postupov overujú. Pri návrhu a kalibrácii je potrebné poznať
základné parametre antén.
4.3.1 Pracovné frekvenčné pásmo
Tento parameter sa opisuje pomocou frekvenčného pásma v ktorom anténa
pracuje, alebo pomocou frekvencie na ktorej anténa pracuje. Širokopásmové antény sú
väčšinou popísané pomocou frekvenčného pásma, pretože dokážu pracovať na širokom
rozsahu frekvencií. Dokážu pokryť pásmo desiatky až stovky MHz. Tento druh antén sa
používa ako televízne antény, meracie antény ( na meranie elektromagnetickej
kompatibility, elektromagnetickej interferencie ) a podobne.
Katedra telekomunikácií 13
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Úzkopásmové antény pracujú v užších pásmach ako širokopásmové, preto sa
často opisujú pomocou jednej frekvencie na ktorej pracujú. Realizácia týchto antén je
jednoduchšia.
4.3.2 Vstupná impedancia antény
Ak platí: Z Σ vst + R strat vst = Z vst ( 4.1 )
kde Z Σ vst = R Σ vst + j X Σ vst je vyžarovacia impedancia antény vzťahujúca sa na vstup
antény,
R strat vst – stratový odpor vzťahujúci sa na vstup antény,
reprezentujúci celkové straty antény
Potom Z vst = R vst + j X vst je vstupná impedancia antény.
Vidno, že pre bezstratovú anténu sa vstupná impedancia rovná vyžarovacej.
Veličiny v rovnici ( 4.1 ) všeobecne závisia od frekvencie. Takže platí:
Z vst (ω) = R vst (ω) + j X vst (ω) = R Σ vst (ω) + R strat vst (ω) + j X Σ vst (ω) ( 4.2 )
V osobitnom prípade, keď energia nahromadená v blízkosti antény v elektrickom
poli sa rovná energii nahromadenej v magnetickom poli, čo je všeobecná podmienka
rezonancie, jalový výkon PΣj = 0, a teda X Σ vst = 0. Toto platí, keď ω = ωr. Potom:
Z vst = R vst = R Σ vst + R strat vst ( 4.3 )
Frekvencia v ktorej je vstupná impedancia antény reálna sa nazýva rezonančná frekvencia
antény. [5], [16], [17]
4.3.3 Polarizácia antény
Pod pojmom polarizácia rozumieme priestorovú orientáciu vektora intenzity
elektrického poľa ( magnetické siločiary ležia v rovine kolmej na os dipólu a elektrické
siločiary ležia v rovine dipólu ). Opisu polarizácie je venovaná kapitola 2.2.
Katedra telekomunikácií 14
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
4.3.4 Zisk antény
Je veľmi dôležitý parameter definujúci vyžarovacie alebo príjmové vlastnosti
antén. V technických parametroch sa obvykle udáva pre smer maximálneho vyžarovania,
zatiaľ čo pre ostatné smery je treba jeho hodnotu znížiť v porovnaní s diagramami
žiarenia.
Zisk antény G možno definovať ako súčin smerovosti a účinnosti,
alebo ako pomer druhých mocnín intenzít EM poľa vybudeného v rovnakej vzdialenosti
od referenčnej a skúmanej antény.
( 4.4 ) 2
2
*E
DG == ηaref
aE
D – smerovosť antény
η – účinnosť antény
Ea – je intenzita elektromagnetického poľa vybudeného skúmanou anténou
Earef – je intenzita elektromagnetického poľa vybudená referenčnou anténou
Vyjadrenie zisku antén v dB.
aref
adB E
EG log20= ( 4.5 )
Veľkosť zisku antén závisí aj na pomere ich mechanických rozmerov voči
vlnovej dĺžke a optimalizácii ich riešenia a prevedenia. Optimalizácia má svoje hranice
dané fyzikálne. Zisk G sa udáva väčšinou v dB ( rovnica ( 4.5 ) ). [5], [7], [16], [17]
4.3.5 Účinnosť antény
Účinnosť antény sa definuje ako pomer činného vyžiareného výkonu PΣ
k činnému výkonu dodanému zo zdroja do antény Pvst. Podľa Poytingovej – Umovej
teorémy sa tento výkon rozdelí na vyžiarený výkon PΣ a stratový výkon Pstrat, ktorý sa
premení v anténe na teplo. Teda účinnosť antény:
vst strat
P PP P P
η Σ Σ
Σ
= =+
( 4.6 )
Katedra telekomunikácií 15
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Keď sa vyjadrí vyžiarený a stratový výkon druhou mocninou efektívnej hodnoty
vstupného prúdu, účinnosť antény možno určiť zo vzťahu:
vst
vst
vst strat
RR R
η Σ
Σ
=−
( 4.7 )
Stratový odpor možno rozdeliť na niekoľko častí podľa toho, kde straty vznikajú.
Rstrat vst = Rj + Rε + Rz ( 4.8 )
kde Rj – tepelné straty v anténe prepočítané na vstup antény
Rε – dielektrické straty
Rz – straty v polovodivom zemskom povrchu alebo v zemniacom systéme
prepočítané na vstup antény [5], [16], [17]
4.3.6 Smerovosť antény
Smerovosť, ako parameter vysielacej antény, vyjadruje schopnosť antény
sústrediť vyžarovanie do určitého smeru. Smerovosť možno definovať dvojako:
1. Smerovosť v danom smere je určená pomerom hustoty výkonu v bode
pozorovania ležiacom v zóne žiarenia od skúmanej antény Ps k hustote výkonu v tom
istom bode pozorovania od referenčnej antény Pref, za predpokladu, že vyžiarené výkony
od obidvoch antén sú rovnaké a antény sú umiestnené v tom istom mieste.
s
s s
refref
ref
PP PD PP
P
Σ
Σ
= = ( 4.9 )
2. Smerovosť v danom smere je určená pomerom vyžiareného výkonu
referenčnou anténou PΣref k vyžiarenému výkonu skúmanou anténou PΣs, za predpokladu,
že intenzity poľa v bode pozorovania, ležiacom v zóne žiarenia, sú od obidvoch antén
rovnaké. [5], [16], [17]
2
2
ref
ref ref
ss
s
PP E
D PPE
Σ
Σ
ΣΣ
= = ( 4.10 )
Katedra telekomunikácií 16
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
4.3.7 Anténový faktor
Tento parameter antény udáva prevod medzi veľkosťou intenzity poľa
dopadajúceho na anténnu a veľkosťou výstupného napätia meraného na svorkách antény.
Anténový faktor je základným parametrom akejkoľvek antény a jeho veľkosť a závislosť
od frekvencie patrí k základným poskytovaným údajom od výrobcu antén.
Podľa Obr. 10. anténa prijíma elektromagnetické pole s elektrickou zložkou Er
a prevádza ho na výstupné napätie Ur. Toto napätie je možné merať na výstupných
svorkách antény. Uvedené napätie je následne vyhodnocované prijímačom.
Obr. 10. Definícia anténového faktora
Anténový faktor sa potom vyjadrí pomocou nasledujúceho vzťahu.
r
r
EAF = U
⎛ ⎞⎜⎝ ⎠
⎟ [1/m; V/m, V] ( 4.11 )
Logaritmicky vyjadrené
[ ] [ ] [ ]r rAF dB/m = E dBV/m - U dBV ( 4.12 )
Skutočná hodnota anténového faktora závisí od mnohých faktorov. Napríklad na
podmienkach merania a usporiadania meracieho pracoviska, výšky antén nad zemou,
vodivosťou zeme, odrazov, polarizácie poľa. V praxi sa často udáva ekvivalentný
anténový faktor vo voľnom priestore. Je to hodnota anténového faktora platná pre úplne
voľný priestor bez prekážok, a rušivých faktorov. [11]
Katedra telekomunikácií 17
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
4.4 Logaritmicko - periodická anténa
LPA ( logaritmicko - periodická anténa ) je jeden druh z antén, ktorý rieši
problém širokopásmovosti. Najpoužívanejšou je logaritmicko - periodická dipólová
anténa. Skrátene LPDA. Uvedený druh antény vyvinul na konci päťdesiatych rokov D. E.
Issbell. Teoretický základ k tejto problematike vytvoril R. Carrel v roku 1961.
Logaritmicko - periodická anténa je systém pozostávajúci z budiacich prvkov
navrhnutý pre prácu v širokom frekvenčnom rozsahu. Veľká pracovná šírka pásma je
dosiahnutá tým, že dipóly tejto antény rezonujú každý v inom frekvenčnom rozsahu a sú
umiestnené tak, aby rezonovali postupne. Jednotlivé prvky antény pracujú na
frekvenciách opakujúcich sa s periódou prirodzeného logaritmu. Odtiaľ aj názov celej
antény. Tento druh antény sa vo veľkej miere používa pri kalibrácii a meraní EMC . [8]
4.4.1 Rozbor LPDA
Na Obr. 10. je uvedený príklad logaritmicko - periodickej dipólovej antény.
Anténa je zložená z rady rovnobežných striedavo napájaných dipólov s postupne
narastajúcou dĺžkou a rozostupom. Tieto musia mať charakteristické dĺžky v určitom
pomere.
1 1
n n
n n
R lR l
τ+ +
= = ( 4.13 )
Kde τ je parameter štruktúry a jeho veľkosť je menšia ako jedna. Pri τ blížiacom
sa jednej je štruktúra príliš veľká ( zmenšovanie dĺžky dipólu je pomalé ). Pri príliš
malom τ je síce štruktúra krátka, ale jej vlastnosti medzi jednotlivými rezonančnými
frekvenciami sa príliš menia. Je treba voliť kompromis. [16], [17]
Ďalšie rovnice charakterizujúce LPDA : ( 4.14 ) – maximálna dĺžka prvku LPDA
( 4.15 ) – minimálna dĺžka prvku LPDA
( 4.16 ) – šírka pásma LPDA
( 4.17 ) – relatívna vzdialenosť prvku
Katedra telekomunikácií 18
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
maxmax 2
l λ= ( 4.14 ) max
min
B λλ
= ( 4.16 )
minmin 3
l λ= ( 4.15 )
2.n
n
sl
σ = ( 4.17 )
Obr. 11. Logaritmicko – periodická dipólová anténa
4.4.2 Činnosť LPDA
Celá anténa sa môže rozdeliť na štyri oblasti. Prvú oblasť tvorí napájač, ktorý
predstavuje nezaťažené vedenie s rozloženými parametrami. V ďalšej oblasti je toto
vedenie zaťažené krátkymi dipólmi, ktoré môžeme nahradiť sústredenými kapacitami.
Táto oblasť sa javí približne ako vedenie s menšou fázovou rýchlosťou. Celková kapacita
na jednotku dĺžky je približne konštantná, pretože pri vrchole sú dipóly kratšie, ale sú
usporiadané s väčšou hustotou.
Katedra telekomunikácií 19
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
V tretej oblasti sú dipóly, ktorých dĺžka je približne rovná rezonančnej dĺžke. To
znamená, že ich impedancia má silnú odporovú zložku. Rozostupy dipólov sú väčšie,
takže dovoľujú, aby žiariče mali fázový posun približne 90° s tým, že kratšie majú
posunutie menšie ako 90° a dlhšie väčšie ako 90°. Maximum vyžarovania je smerom
k vrcholu.
Štvrtá oblasť má dipóly dlhšie ako rezonančné, takže ich impedancie majú
indukčný charakter a javia sa ako filter v útlmovej oblasti. Fázový posun na jednotku
dĺžky sa približne rovná nule. Tomu zodpovedá aj nekonečne veľká fázová rýchlosť.
Vlna, ktorá sa v tejto oblasti šíri je odrazená. [2]
Obr. 12. Pracovné oblasti logaritmicko – periodickej antény
4.4.3 Ďalšie druhy kalibračných antén
Logaritmicko – periodické antény majú v oblasti rádiokomunikácií veľké
zastúpenie. Tento typ antén je často používaný hlavne pre svoju širokopásmovosť.
Štruktúra tohto typu antén závisí od podmienok v akých bude pracovať a od
požadovaných vlastností a charakteristík. Preto sa používajú rôzne typy.
Katedra telekomunikácií 20
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
• Logaritmicko – periodická špirálová anténa
• Logaritmicko – periodická “V“ anténa
• Logaritmicko – periodická Yagi anténa
• Logaritmicko – periodická monopólová anténa
V skutočnosti existuje veľké množstvo modifikácií týchto antén. Uvedené typy
sú najpoužívanejšie.
Ako kalibračné antény sa vo veľkej miere používajú aj plošné lievikové antény
a bikonické dipóly.
5. Program na ovládanie prístrojov určených na kalibráciu
Pri kalibrácii antén a rôznych meraniach sa v súčasnej dobe dbá na
automatizáciu. Pri veľkom objeme vstupných dát by bolo nepraktické zadávať ich ručne.
Tak isto by nebolo praktické týmto spôsobom zapisovať výstupné ( namerané ) hodnoty.
Použitie výpočtovej techniky zjednodušuje každý proces vykonávaný počas merania.
Jedná sa o zadávanie vstupných hodnôt, odčítavanie výstupných hodnôt, vytváranie
tabuliek a grafov. Na vytváranie programov pomocou ktorých meracie zariadenia
komunikujú sa používa veľké množstvo textových alebo grafických programovacích
jazykov. Ja som sa pre svoju aplikáciu rozhodol použiť grafický programovací jazyk
Agilent VEE pro 7.0.
5.1 Celkový pohľad na Agilent VEE pro 7.0
Agilent VEE pro 7.0 je grafický programovací jazyk optimalizovaný pre
vytváranie testovacích a meracích aplikácií. Jeho výhoda je kompatibilita s mnohými
komunikačnými rozhraniami. Vďaka tejto výhode dokážu pomocou programov takto
vytvorených komunikovať rôzne meracie zariadenia. Tento grafický programovací jazyk
( Agilent VEE pro 7.0 ) je určený hlavne vývojárom a používateľom, ktorý pri svojej
práci potrebujú komplexný testovací a merací systém.
Katedra telekomunikácií 21
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
5.2 Výhody použitia Agilent VEE pro 7.0 pre testovanie a vývoj
Agilent Vee pro 7.0 ponúka veľa výhod pre použitie pri vývoji a testovaní. Pri
jeho použití na vytvorenie aplikácie slúžiacej na ovládanie kalibračných prístrojov som
vychádzal z nasledujúcich poznatkov.
1. Tento programovací jazyk zvyšuje produktivitu. Z praxe sa zistilo, že svojou
jednoduchosťou a prehľadnosťou znižuje dobu ladenia programu. Vďaka svojej
jednoduchosti a názornosti je vhodný nielen pre vývojárov, ale aj pre široké
spektrum používateľov. 2. Používa sa v širokej oblasti vrátanie testov funkčnosti zapojení meracích sústav,
overovania projektu, kalibrovania zariadení, zbere dát a riadení. 3. Pomocou tohto programovacieho jazyka je možná komunikácia s externými
zariadeniami. Táto komunikácia je tvorená prostredníctvom rôznych kariet,
portov a rozhraní. Ďalšou podmienkou pre komunikáciu je inštalácia „knižníc“ ,
ktoré dovoľujú spoluprácu s rôznymi typmi zariadení. Činnosť niektorých
zariadení je možné simulovať aj bez ich skutočného pripojenia. Dajú sa vytvoriť
z funkčných blokov ( generátory, zobrazovače priebehov ), ktoré obsahuje priamo
Agilent VEE pro 7.0. Vďaka týmto funkciám je možné riadiť spoluprácu
použitého generátora od firmy HP ( Hewlett - Packard ) a spektrálneho
analyzátora tej istej značky. Na základe tejto spolupráce kalibračných zariadení sa
môžu kalibračné merania realizovať automaticky bez väčších zásahov a korekcií.
To znamená, že stačí do programu zadať len vstupné hodnoty ( počiatočnú /
koncovú frekvenciu pásma, krok merania ) a kalibračné meranie prebehne
automaticky pre zadaný rozsah. 4. Použitím funkcie Active X ( technológia vyvinutá Microsoftom, umožňujúca
zdieľanie informácií medzi rôznymi aplikáciami ) na riadiacom počítači je možné
pracovať aj s aplikáciami určenými na prácu s nameranými dátami. Medzi takéto
programy patria Microsoft Excel, Microsoft Acces, Microsoft Word. Pomocou
Katedra telekomunikácií 22
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
týchto aplikácií sa dá pracovať s nameranými dátami, vytvárať tabuľky
s nameranými hodnotami, grafy, robiť štatistika. Takto spracované údaje je
možné vkladať do databáz. Hodnoty uvedené v databázach sa dajú použiť pri
ďalších meraniach, alebo môžu slúžiť na archiváciu. 5. Agilent VEE pro 7.0 obsahuje kompilátor a profesionálne vývojové prostredie
vhodné aj pre veľké a komplexné programy. Pri meraniach poskytuje široké
možnosti riadenia pripojených meracích prístrojov. 6. Tento programovací jazyk podporuje vizuálne programové prostriedky. To
znamená, že dokáže spolupracovať aj s vizualizačnými jazykmi prostredia
Internet. Takto môže spolupracovať aj so sieťovými prostriedkami. 7. Pri práci s Agilent VEE pro 7.0 nie je potrebné používanie externých
kompilátorov do textových programovacích jazykov. Agilent priamo podporuje
programovacie jazyky C / C ++, Visual Basic, Pascal, Fortran. Takisto
bezproblémovo pracuje aj so všetkými verziami MATLABu. Matlab je využitý
pri výpočtoch rovníc anténneho faktora. 8. Ďalšou výhodou uvedeného programovacieho jazyka je možnosť vytvorenia
ovládacieho panela. Po vytvorení programu a po jeho následnom odladení sa dajú
jednotlivé funkčné bloky po označení vložiť do ovládacieho panela.
Z praktického hľadiska je do panela vhodné dávať bloky, ktorých obsah
používateľ pred každým meraním mení a prvky potrebné pre kontrolu
prebiehajúceho merania. Napríklad bloky s rozsahmi meraných hodnôt, bloky
zobrazujúce aktuálny stav merania. Vytvorením ovládacieho panela sa práca
s programom pri samotnom meraní zjednoduší. [9]
Katedra telekomunikácií 23
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Obr. 13. Prostredie programu Agilent VEE pro 7.0
5.3 Princíp vytvárania programu na riadenie prístrojov
Programovací jazyk Agilent VEE pro 7.0 patrí medzi grafické programovacie
jazyky. To znamená, že na pracovnej ploche sa nepracuje priamo s príkazmi v textovej
forme, ako napríklad v jazyku C alebo Pascale. Program sa skladá z objektov. Tieto
objekty majú rôzne funkcie. Základné objekty s ktorými som pracoval boli:
FORMULA
FORMULA je základný objekt, ktorý sa používa ako blok pre zápis a spracovanie
matematických operácií a funkcií. Pod matematickými operáciami sa rozumejú
aritmetické operácie, logické operácie, porovnávanie hodnôt ( relácie ). Funkcie sa
rozdeľujú na:
• preddefinované - práca s dátovými poľami
- Besselove funkcie
- bitovo orientované funkcie
Katedra telekomunikácií 24
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
- komplexné funkcie
- maticové funkcie
- logaritmické funkcie
- štatistické a pravdepodobnostné funkcie - funkcie na prácu s reťazcami
• funkcie MATLABu - grafy - transformácie
- funkcie pre IIR / FIR filtre
- špeciálne matematické funkcie
• používateľom definované funkcie
• používateľom importované funkcie
• funkcie pre zariadenia pripojené cez rôzne typy rozhraní
Vstupné dáta sa do objektu FORMULA dostávajú pomocou vstupov
umiestnených na ľavej strane objektu. Tieto vstupy si môže používateľ pomenovať,
pridávať a odoberať podľa potreby. Výstup dát z objektu je umiestnený na pravej strane.
Názov a parametre výstupu dát sa taktiež dajú meniť. Po vložení funkcie do objektu
FORMULA je umožnené používateľovi do zápisu zasahovať ( meniť čísla a matematické
symboly ). Objekt je možné minimalizovať pre ušetrenie miesta na pracovnej ploche. Tak
isto je možné s objektom pohybovať po pracovnej ploche.
Katedra telekomunikácií 25
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Obr. 14. Príklad funkčného bloku FORMULA
DELAY
Objekt oneskorovacieho člena DELAY slúži na realizáciu časového oneskorenia.
Toto oneskorenie sa používa ak behom programu je potrebné získať čas na vykonanie
určitej operácie ( napríklad ustálenie prístroja ), alebo ak je potrebné aby sa operácia
vykonávala určitý čas a potom nasledovala ďalšia. Oneskorenie ( DELAY ) má v praxi
viacero možností použitia.
Objekt DELAY je vytvorený v podobe štvorca v ktorom je číselná hodnota
oneskorenia. Táto hodnota sa uvádza v sekundách. Názov tohto bloku je možné
používateľovi meniť. Blok oneskorenia sa pripája medzi objekty pomocou „ konektorov“,
ktoré sa nachádzajú na hornej a dolnej strane bloku. Objekt DELAY sa dá minimalizovať,
maximalizovať a je možné ho premiestňovať po pracovnej ploche.
ALPHANUMERIC DISPLAY
V programe Agilent VEE pro 7.0 je veľké množstvo rôznych druhov blokov
slúžiacich na zobrazovanie spracovávaných hodnôt. Tieto sa dajú rozdeliť na niekoľko
skupín. Sú to:
• alfanumerické zobrazovače – Zobrazujú pozorované hodnoty v číselnej forme.
Pozorované hodnoty sú zoradené pod sebou postupne od hora dole.
Tento alfanumerický display bol v programe použitý na zobrazovanie dát (
hodnôt ) vystupujúcich z generátora a na zobrazovanie hodnôt zapisovaných do
súboru. Alfanumerický display bol použitý len na názorné overenie správnosti
hodnôt.
• grafické zobrazovače – Grafické zobrazovače zobrazujú sledované priebehy
a grafy. Medzi najčastejšie používané grafické zobrazovače patria: x/y PLOT,
POLAR PLOT, COMPLEX PLANE. Grafické zobrazovače sa dajú použiť ako
obdoba osciloskopu.
Katedra telekomunikácií 26
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
• indikátory – slúžia na zvukové, svetelné indikovanie dosiahnutého stavu
Práca s blokmi všetkých druhov zobrazovačov je rovnaká ako u predchádzajúcich
blokov. Pri grafických zobrazovačoch sa dajú meniť názvy osí, opis osí a ich škálovanie.
TO FILE
Agilent VEE pro 7.0 obsahuje funkcie zápisu ( čítania ) do ( zo ) súboru. Blok TO
FILE je blok zápisu do súboru. Výsledné namerané hodnoty je potrebné pretransformovať
do formy vhodnej na ďalšie spracovanie. V tomto prípade to znamená pretransformovanie
na taký tvar, aby som mohol z nameraných hodnôt vypočítať koeficienty anténneho
faktora. Namerané hodnoty sú zapísané do súboru programu Microsoft Excel. Zápis je
realizovaný v tabuľke smerom od hora dole.
Práca s blokom TO FILE je rovnaká ako u predchádzajúcich blokov. Tento blok
sa dá minimalizovať, maximalizovať. Používateľ môže meniť jeho názov, veľkosť. Podľa
potreby je možné pridávať, alebo odoberať vstupy.
Pri bloku zápisu do súboru je potrebné definovať:
• meno súboru do ktorého sa zapisuje ( aj s cestou umiestnenia súboru )
• názov vstupu bloku ( vstup hodnôt, ktoré sa zapisujú do súboru )
• akciu, ktorá sa má vykonať (v mojom prípade WRITE).
• kódovanie ( v mojom prípade TEXT )
• formát zapisovaných údajov ( v mojom prípade REAL 64 FORMAT )
• nastavenie zápisu textu ( zobrazovanie znamienok, koniec riadku, formát čísel )
Pri zápise do súboru je dôležité nastavenie opätovného prepísania súboru. Ak je
táto položka označená, tak po novom spustení programu dôjde k prepísaniu obsahu
súboru určeného na zápis.
Katedra telekomunikácií 27
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Obr. 15. Príklad funkčného bloku TO FILE
GENERATOR, SPECTRUM ANALYSER
Ako bolo uvedené programovací jazyk Agilent VEE pro 7.0 môže byť použitý na
tvorbu riadiacich aplikácií. V mojom prípade takáto aplikácia riadi meracie prístroje.
Tieto prístroje sú:
• generátor Hewlett – Packard ( Agilent ) 83640B
• spektrálny analyzátor Hewlett – Packard ( Agilent ) 8564E
Na riadiaci počítač pripojené kalibračné zariadenia figurujú v prostredí Agilent
VEE pro 7.0 ako funkčné bloky. Do týchto blokov používateľ zadá nastavovacie
parametre a funkcie, ktoré má uvedené zariadenie vykonať. Napríklad ( v tomto prípade )
sú v bloku spektrálneho analyzátora nastavené tieto hodnoty: funkcia reštartovania
zariadenia pred meraním, frekvencia ohraničujúca zadané pásmo z dola, frekvencia
ohraničujúca zadané pásmo z hora, funkcia MAX HOLD. Jednotlivé nastavovacie
parametre a funkcie sa do bloku zariadenia vkladajú pomocou príkazov, ktoré majú
jednoznačný syntax. Tieto príkazy sa nachádzajú v manuály reálneho programovateľného
zariadenia.
Obsluha funkčných blokov GENERATOR a SPECTRUM ANALYSER je taká
istá, ako u predchádzajúcich blokoch. Požívateľ môže meniť ich názov, opis, farbu bloku,
Katedra telekomunikácií 28
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
dajú sa minimalizovať a maximalizovať. K ostatným blokom sa pripájajú pomocou
konektorov, ktoré je možné pridávať, odoberať, meniť ich názov.
Obr. 16. Príklad funkčného bloku SPECTRUM ANALYSER
CONSTANT
Blok CONSTANT slúži na pevné nastavenie hodnoty. Zadaná hodnota môže byť
číselná, textová. Tento funkčný blok bol použitý na nastavenie hodnôt, ktoré sa v
priebehu vykonávania programu nemenia. Je to napríklad hodnota počiatočnej úrovne,
frekvencia ohraničujúca zadané pásmo z dola, frekvencia ohraničujúca zadané pásmo
z hora.
USER OBJECT
Programovací jazyk Agilent VEE pro 7.0 umožňuje vytvoriť funkčný blok USER
OBJECT ( POUŽÍVATEĽSKÝ OBJEKT). Je to prvok, ktorý si používateľ vytvorí ak
chce používať určitý súbor objektov opakovane. Takýto objekt bol použitý pre zápis do
súborov pre jednotlivé merania.
Pri vytváraní USER OBJECTu sa postupuje nasledovne:
1. Vytvoria sa objekty, ktoré budú vložené do bloku USER OBJECT.
2. Nastavia sa ich parametre a definujú sa vstupy a výstupy.
3. Objekty sa navzájom pospájajú
4. Objekty sa označia.
5. Edit → CreateUserObject
Katedra telekomunikácií 29
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
6. Zadá sa názov objektu.
Po „kliknutí“ na USER OBJECT sa otvorí okno s jeho obsahom. Potom je možné
na tento blok pridávať vstupy a výstupy. Uvedený objekt je možné premenovať,
minimalizovať, maximalizovať, meniť jeho polohu na pracovnej ploche, editovať jeho
obsah ( pridávať alebo odoberať objekty ).
Obr. 17. Príklad funkčného bloku USER OBJECT
5.4 Vývojový diagram riadiaceho programu
Vývojový diagram na Obr. 17. predstavuje algoritmus logickej postupnosti
krokov v riadiacom programe určenom na ovládanie kalibračných prístrojov.
Katedra telekomunikácií 30
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Obr. 18. Vývojový diagram riadiaceho programu
5.5 Opis vývojového diagramu riadiaceho programu
Riadiaci algoritmus zobrazený vývojovým diagramom opisuje postupnosť
nasledujúcich krokov:
Katedra telekomunikácií 31
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
1. RESET – vykonanie reštartu kalibračných prístrojov. RESET je potrebné
vykonať pred každým meraním, pretože v pamäti prístrojov môžu byť uložené
rôzne dáta. Tieto by mohli skresliť namerané hodnoty, alebo mať negatívny vplyv
na samotné meranie.
2. NASTAVENIE f1 – nastavenie dolnej frekvencie ( 200 MHz ) zadaného
frekvenčného pásma. Túto frekvenciu je potrebné nastaviť na spektrálnom
analyzátore.
3. NASTAVENIE fN – nastavenie hornej frekvencie ( 1000 MHz ) zadaného
frekvenčného pásma. Tak isto sa nastavuje na spektrálnom analyzátore.
4. NASTAVENIE POČTU VZORIEK N – nastavenie počtu frekvencií na ktorých
sa bude merať. V programe sa tieto frekvencie zadávajú do bloku CONSTANT.
Podľa ich počtu sa nastaví cyklus opakovania merania. Týchto meracích
frekvencií je desať.
5. NASTAVENIE REF. ÚROVNE – nastavenie referenčnej hodnoty ( P = 0 dBm )
signálu vysielaného generátorom.
6. NASTAVENIE MXMH – nastavenie funkcie MAX HOLD. Táto funkcia
spektrálneho analyzátora zabezpečuje zobrazenie a zachytenie maximálnej
hodnoty pozorovaného signálu.
7. SÚ HODNOTY OK? – Tento krok má len logickú funkciu. V samotnom
riadiacom programe nie je konkrétne realizovaný. Jedná sa o to, že ak nie sú
vykonané predchádzajúce body nemá význam a ani nie je možné vo vykonávaní
programu pokračovať.
8. VYSLANIE f1 GENERÁTOROM – generátor vyšle merací signál o frekvencii f1
( 200 MHz ) s trvaním 100ms. Následne sa pomocou cyklu budú vysielať meracie
signály na ostatných frekvenciách.
Katedra telekomunikácií 32
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
9. ONESKORENIE – oneskorenie potrebné na prijatie meracieho signálu
spektrálnym analyzátorom.
10. PRIJATIE f1 – merací signál na frekvencii f1 je prijatý spektrálnym
analyzátorom.
11. VYHODNOŤ. f1 ( MXMH ) – merací signál na frekvencii f1 je vyhodnotený
a zobrazený na spektrálnom analyzátore pomocou funkcie MAX HOLD. Táto
funkcia spektrálneho analyzátora je podrobnejšie popísaná v bode 5.
12. ZÁPIS DO SÚBORU – hodnota získaná pomocou funkcie MAX HOLD je
zapísaná do súboru. Tieto dáta sú zapisované do súboru programu Microsoft
Excel. Takto spracované namerané hodnoty sú už pripravené na nasledujúci
výpočet anténneho faktora.
13. CYKLUS ( N–1 ) – zabezpečuje opakovanie merania pre všetky skúmané
frekvencie. Počet frekvencií pri mojom meraní je desať ( N ). To znamená, že po
zmeraní signálu na frekvencii f1 sa bude meranie ešte deväťkrát ( N-1 ) opakovať.
V uvedenom cykle sa opakovane realizujú body 7, 8, 9, 10, 11. Hodnota N je do
funkčného bloku cyklu privedená. Tak isto môže byť nastavená aj pevne. Použitý
cyklus je typu FOR RANGE.
5.6 Komunikácia riadiaceho počítača a kalibračných prístrojov
Ako už bolo vyššie uvedené programovací jazyk Agilent VEE pro 7.0 dokáže
spolupracovať aj s externými zariadeniami. V tomto prípade je to generátor signálov
Katedra telekomunikácií 33
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
a spektrálny analyzátor. Obidve meracie zariadenia sú od firmy Hewlett – Packard (
Agilent ). Pre pripojenie iných typov zariadení sú potrebné zodpovedajúce knižnice, ktoré
sa pred meraním nainštalujú.
Na to, aby bolo možné použité kalibračné prístroje riadiť, vysielať a prijímať
merané hodnoty je potrebná ich vzájomná komunikácia. Tak isto musia tieto zariadenia
komunikovať s počítačom na ktorom sa vykonáva riadiaci program.
Všetky spomenuté prvky spolupracujú vďaka rozhraniu HPIB. Cez kartu
obsahujúcu toto rozhranie je pripojený riadiaci počítač na generátor. Spojenie počítača
s generátorom je vytvorené pomocou dátového kábla HP 10833 B. Generátor je podobne
pripojený pomocou dátového kábla HP 10833 B na spektrálny analyzátor. Zjednodušená
schéma zapojenia je uvedená na Obr. 18.
Obr. 19. Dátové prepojenie kalibračných prístrojov
5.6.1 Rozhranie HPIB
Spoločnosť Hewlett – Packard vyvinula v roku 1960 rozhranie pre počítačmi
riadené meracie systémy. Toto rozhranie nazvali HPIB (Hewlett – Packard Interface
Bus). HPIB sa rýchlo stalo populárnym, preto z neho organizácia na tvorbu noriem IEEE
Katedra telekomunikácií 34
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
( Institute for Electrical and Electronics Engineers ) vytvorila štandard s označením GPIB
( General Purpose Instrumentation Bus ).
IEEE 488 ( štandard opisujúci toto rozhranie ) bol prvý krát zavedený v roku
1978. V roku 1980 bol tento štandard doplnený o nové skutočnosti. To viedlo k jeho
premenovaniu na IEEE 488.1. Najnovší štandard má označenie IEEE 488.2.
IEEE 488.2 zahŕňa minimálne požiadavky pre ovládače (kontroléry) a možnosti
(funkcie) zariadení (vysielač, prijímač, kontrolér). Takisto je v novej špecifikácii (oproti
IEEE 488.1) podrobnejšie definovaný formát, kódovanie údajov, štruktúra
komunikačného protokolu a správ medzi kontrolérom a zariadením.
Vlastnosti rozhrania HPIB
• prenosová rýchlosť 1 MB/s
• maximálne 14 meracích zariadení pripojených na 1 riadiaci počítač
• maximálna dĺžka zbernice je 20 m
• maximálna vzdialenosť medzi zariadeniami je 2 m
• dáta sa vysielajú po 1 bajte ( 8 bitov súčastne - paralelný prenos )
24 zbernicových vodičov sa delí na 4 skupiny:
• informačné / adresné vodiče ( DIO 1 – DIO 8 ) – prenos dát obojsmerne
• vodiče riadenia prenosu dát ( DAV, NDAC, NRFD )
• vodiče riadenia obecných funkcií sústavy ( ATN, IFC, REN, SRQ, EOI )
• uzemňovacie a tieniace vodiče
Zariadenia môžu byť pripojené na riadiaci počítač pomocou zbernice do hviezdy
alebo sériovo ( sekvenčne ) za sebou. V praxi je možné zapojiť maximálne tri konektory
jeden na druhý ( vzhľadom na dĺžku prepojovacieho kábla ). [10]
6. Kalibrácia antén
6.1 Norma ANSI C63.5 - 2004
Katedra telekomunikácií 35
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Všetky merania, výpočty, a postupy spojené s kalibráciou antén spracovanou
v tejto diplomovej práci sú realizované podľa normy ANSI C63.5 - 2004. Tento
dokument bol vydaný americkým národným štandardizačným inštitútom a opisuje
kalibračné merania antén určených na merania elektromagnetickej interferencie.
Opisované postupy kalibrácie sú pre antény pracujúce vo frekvenčnom rozsahu od 9 kHz
až do 40 GHz.
Na základe tohto štandardu sú prevedené :
• vzájomná poloha antén pri meraní
• vzájomná konfigurácia antén pri meraní
• postup kalibračného merania
• výpočty anténového faktora
• prepočty anténového faktora vzhľadom na vzájomnú polohu antén a prostredie
• spracovanie nameraných a vypočítaných hodnôt
• určenie neistôt merania ( typ B )
Uvedené odporúčanie opisuje tri metódy kalibrácie antén. Tieto metódy sú určené
pre rôzne typy antén a rôzne frekvenčné rozsahy.
Opisované kalibračné metódy:
• Metóda s použitím referenčnej antény ( Reference Antenna Method )
• Kapacitne – substitučná metóda ( Equivalent Capacitance - Substitution Method )
• Štandardná metóda ( Standard Site Method )
Pre konkrétny zadaný frekvenčný rozsah a typ antén je najvhodnejšie použiť
Štandardnú metódu. Táto metóda je známa aj pod názvom Metóda troch antén. Jej opisu
sa podrobnejšie venuje nasledujúca kapitola.
6.2 Štandardná metóda ( metóda troch antén )
Štandardná metóda je vhodná na zisťovanie anténového faktora antén vo
frekvenčnom rozsahu od 30 MHz do 1000 MHz. Uvedený postup opisuje norma ANSI C
63.5 – 2004. Už z názvu vyplýva, že pri meraní sa používajú tri antény. Tieto antény
Katedra telekomunikácií 36
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
nemusia byť rovnakého typu a od rovnakého výrobcu. Ich parametre sa však musia
zhodovať. Metóda je schopná bez nutnosti poznania parametrov ktorejkoľvek antény
zistiť a matematicky vyhodnotiť anténový faktor, ako významný parameter antén.
Štandardnú metódu je možné rozdeliť na dve meracie procedúry.
• procedúra s využitím diskrétnych frekvencií ( Discrete Frequency Method )
• procedúra s využitím rozmietaného generátora ( Swept Frequency Method )
Pri prvej procedúre sa signáli vysielajú po jednotlivých frekvenciách (diskrétne ).
Na strane prijímacej antény sa tento signál vyhodnotí ( napr. pomocou výchylky
meracieho prístroja ). Potom sa medzi generátor a prijímač zapojí tlmiaci člen (atenuátor),
nastaví sa na ňom taká hodnota aby prijímač vykazoval rovnakú výchylku ako pri
pripojených anténach. Hodnota tlmenia z tlmiaceho člena ( atenuátora ) sa zaznamená.
Pri procedúre s rozmietaným generátorom sa vysiela celé spektrum. Toto
spektrum je na strane prijímacej antény vyhodnotené spektrálnym analyzátorom pomocou
funkcie MAX HOLD. Táto procedúra je jednoduchšia, ale je potrebný rozmietaný
generátor a spektrálny analyzátor s funkciou MAX HOLD prípadne PEAK SEARCH.
Anténový faktor bol pri tomto meraní určovaný pre horizontálnu polarizáciu.
Takto vykonané meranie je relatívne nezávislé od zmien polohy a výsledný anténny
faktor má prípustné hodnoty aj keď nie je vytvorené dokonale voľné prostredie pri
kalibrácii. Horizontálna polarizácia je pri kalibrácii metódou troch antén preferovaná
hlavne pre nasledujúce dôvody:
• Horizontálne polarizované odrazy od zeme sú menej citlivé na zmeny vodivosti
a permitivity roviny zeme ako vertikálne polarizované odrazy.
• Odrazy na rozhraní zeme sú menšie pre horizontálnu polarizáciu.
6.3 Zapojenie meracích prístrojov
Pri kalibračnom meraní boli použité prístroje uvedené v kapitole 6.4. Použité
meracie prístroje musia obsahovať rozhranie HPIB ( GPIB ) na ich vzájomnú
Katedra telekomunikácií 37
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
komunikáciu. Ďalšou podmienkou je aby mali všetky použité zariadenia nominálnu
impedanciu 50Ω. Pri zlom impedančnom prispôsobení môže dojsť k chybám merania.
Obr. 20. Zapojenie meracích prístrojov
Z obrázku vidno, že generátor signálu je pripojený na vysielaciu anténu.
Prijímacia anténa je pripojená na spektrálny analyzátor. Merací signál sa šíri z generátora
pomocou koaxiálneho kábla do prijímacej antény. Táto transformuje vlnenie šíriace sa
káblom na elektromagnetické vlny šíriace sa voľným prostredím. Vyslaný signál sa
dostane na prijímaciu anténu. Táto ho prevedie na vlnenie, ktoré sa bude šíriť koaxiálnym
káblom pripojeným na spektrálny analyzátor. Tu sa prijatý merací signál vyhodnotí.
Všetky kalibrované antény sú pripojené ku koaxiálnemu káblu pomocou
konektora typu N. Tento typ konektora je vhodný pre prenos signálov na frekvenciách až
do 18 GHz. Vyrába sa v 50 Ω a 75 Ω modifikácii. Vyznačuje sa konštantnou
impedanciou a veľmi dobrým tieniacim účinkom. Patrí medzi najkvalitnejšie
vysokofrekvenčné konektory.
Zapojenie riadiacej časti ( riadiaci počítač – generátor – analyzátor ) je popísané
v kapitole 5.6 na Obr. 18.
6.4 Použité antény a meracie prístroje
ANTÉNA 1
Typové označenie: CHASE CBL 6112 A
Katedra telekomunikácií 38
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Konštrukcia: kombinovaná anténa ( logaritmicko – periodická + bikonická )
Frekvenčné pásmo: 30 MHz – 2 GHz
Impedancia: 50 Ω
Maximálny výkon: 150 W
Typ konektoru: N
ANTÉNA 2
Typové označenie: ROHDE & SCHWARZ HL 223
Konštrukcia: logaritmicko – periodická anténa
Frekvenčné pásmo: 200 MHz – 1,3 GHz
Impedancia: 50 Ω
Maximálny výkon: 600 W – 1,5 kW
Typ konektoru: N
ANTÉNA 3
Typové označenie: NEZNÁMY VÝROBCA
Konštrukcia: logaritmicko – periodická anténa
Frekvenčné pásmo: 200 MHz – 1,3 GHz
Impedancia: 50 Ω
POSUVNÝ STOJAN PRIJÍMACEJ ANTÉNY
Typové označenie: ROHDE & SCHWARZ STAND
Minimálna dosiahnuteľná výška: 1 m
Maximálna dosiahnuteľná výška: 4 m
GENERÁTOR SIGNÁLU
Typové označenie: HEWLETT - PACKARD ( AGILENT ) 83640 B
Frekvenčné pásmo: 10 MHz – 40 GHz
SPEKTRÁLNY ANALYZÁTOR
Typové označenie: HEWLETT - PACKARD ( AGILENT ) 8564 E
Frekvenčné pásmo: 30 Hz – 40 GHz
Katedra telekomunikácií 39
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
RIADIACI POČÍTAČ
Typové označenie: HEWLETT – PACKARD VECTRA
Procesor: PENTIUM III
Operačný systém: MS WINDOWS NT
RAM: 128 MB
RIADENIE POSUVNÉHO STOJANU
Typové označenie: ROHDE & SCHWARZ POSITIONING CONTROLLER
Výrobné číslo: 836620/003
6.5 Vzájomná poloha kalibrovaných antén
Katedra telekomunikácií 40
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Presnosť kalibrácie antén je ovplyvňovaná ich vzájomnou polohou pri meraní.
Vzdialenosť R medzi anténami musí byť dostatočne veľká, aby sa kalibrované antény
navzájom negatívne neovplyvňovali. Odstupná vzdialenosť R je vzdialenosť medzi
anténami, na ktorých je myslene navrhnutý bod, medzi ktorými je táto vzdialenosť
odmeraná. U logaritmicko - periodických antén je tento bod umiestnený na základniach
pozdĺžnych osí. Vzájomná vzdialenosť je R =10 m. Pri iných odstupoch sa musia
realizovať korekčné prepočty ( kapitola 6.8 ). V praxi sa často používa vzájomná
vzdialenosť 3 m.
Výška vysielacej antény je konštantná ( h1 = 2m ). Prijímacia anténa je
umiestnená na stojane s vertikálnym posuvom. Pohybuje sa vo výške 1 – 4 m. Tento
posuv je realizovaný preto, aby bola v mieste prijímacej antény zabezpečená maximálna
intenzita elektrického poľa ( intenzita, ktorá vzniká interferenciou priamej a odrazenej
vlny ).
Čo sa týka meracieho priestoru, mal by mať rovinný povrch a veľkú plochu.
V priestore a v jeho blízkosti sa nesmú nachádzať objekty, ktoré by mohli spôsobiť odraz
elektromagnetických vĺn. Preto je vhodné celé meranie realizovať v bezodrazovej
komore, alebo na dostatočne rozľahlej ploche určenej na kalibráciu antén.
Obr. 21. Vzájomná poloha kalibrovaných antén
6.6 Postup kalibračného merania
Katedra telekomunikácií 41
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
1. Generátor signálu, spektrálny analyzátor a všetky meracie zariadenia sa uvedú do
pohotovostného stavu. Meranie je doporučené začať až po dobe, ktorá je potrebná
na stabilizáciu meracích prístrojov. Tento čas je špecifikovaný výrobcom.
Rozsahy meracích prístrojov nie je potrebné nastavovať manuálne. Po spustení
programu sa toto vykoná automaticky.
2. Pomocou vhodného adaptéra sa priamo prepojí kábel spájajúci generátor signálu
a vysielaciu anténu s káblom spájajúcim prijímaciu anténu a spektrálny
analyzátor. Po spustení podprogramu na meranie tlmenia kábla sa z generátora
vyšlú meracie signály na jednotlivých frekvenciách. Pomocou spektrálneho
analyzátora budú vyhodnotené. Týmto postupom sa zmeria tlmenie použitého
koaxiálneho kábla.
3. Meranie A1 - Na vzdialenosť R = 10m od seba sa umiestnia antény ( Obr. 20. ).
Vysielacia anténa je vo výške h1 = 2m. Prijímacia anténa sa umiestni na
vertikálne posuvný stojan ( h2 = 1m ). Anténa č. 1 je vysielacia, anténa č. 2
prijímacia. Po spustení podprogramu na meranie A1 sa dá do pohybu stojan
prijímacej antény a zároveň generátor začne vysielať meracie signály na
jednotlivých frekvenciách. Po dosiahnutí maximálnej výšky ( h2 = 4m ) stojanom
prijímacej antény bude meranie na tomto páre antén ukončené. Hodnoty tlmenia
pre jednotlivé frekvencie vyhodnotené spektrálnym analyzátorom pomocou
funkcie MAX HOLD budú zapísané do súboru. Čas merania trvá približne 500
sekúnd. Behom tohto intervalu ( posun stojanu z výšky 1m do 4m ) generátor
neustále vysiela meracie signály na všetkých frekvenciách. Takto spektrálny
analyzátor zaznamená hodnoty tlmení pri maximálnej intenzite elektrického poľa
v oblasti prijímacej antény. Toto meranie bolo zopakované aj pri posuve
prijímacej antény smerom dole.
4. Meranie A2 - Postup z kroku 3 sa opakuje. Anténa č. 1 je zapojená ako
vysielacia, anténa č. 3 prijímacia. Meranie sa realizuje po spustení podprogramu
na riadenie merania A2.
Katedra telekomunikácií 42
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
5. Meranie A3 - Postup z kroku 3 sa opakuje. Anténa č. 2 je zapojená ako
vysielacia, anténa č. 3 prijímacia. Meranie sa realizuje po spustení podprogramu
na riadenie merania A3.
6. Hodnoty tlmenia káblom namerané v kroku 2 sa odčítajú od hodnôt tlmení
nameraných v krokoch 3, 4, 5.
7. Na základe nameraných hodnôt sa vypočítajú kalibračné koeficienty ( anténové
faktory ) pre každú z troch kalibrovaných antén.
Obr. 22. Konfigurácia antén pre jednotlivé merania
meranie A1 meranie A2 meranie A3 fm [MHz] A1 [dB] A2 [dB] A3 [dB] tlmenie kábla [dB]
200 28,67 29,67 30,50 6,17 250 31,00 33,00 32,33 6,83 300 31,00 33,50 32,83 7,83 400 36,17 37,50 38,33 9,33 500 39,00 40,83 41,17 10,67 600 44,50 45,17 46,33 11,83 700 44,17 44,67 47,00 12,83 800 45,83 54,17 53,33 14,17 900 46,83 49,33 50,00 15,17
1000 46,33 51,00 52,50 16,00
Tab. 1. Namerané hodnoty tlmení pre jednotlivé frekvencie
Hodnoty tlmení v tabuľke sú uvedené, ako kladné čísla. V takomto tvare sa
používajú aj na ďalšie výpočty kalibračných koeficientov antén.
Katedra telekomunikácií 43
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
6.7 Výpočet kalibračných koeficientov antén
Hlavnou úlohou kalibrácie antén je zistenie kalibračných koeficientov. Tieto sa
v záverečnej fáze kalibrácie získavajú výpočtom z nameraných hodnôt. Takýmto
kalibračným koeficientom je aj anténový faktor. Viac o anténovom faktore je uvedené
v kapitole 4.3.7.
Pri výpočte anténových faktorov jednotlivých antén sa používajú nasledujúce
rovnice.
( max1 10log 24,46 1/ 2M D )1 2 3AF f E A A= − + + + − A
)1 3 2
( 6.1 )
( max2 10log 24,46 1/ 2M DAF f E A A= − + + + − A
)2 3 1
( 6.2 )
( max3 10log 24,46 1/ 2M DAF f E A A= − + + + − A ( 6.3 )
kde
− EDmax je maximum prijatého poľa generovaného vysielacou anténou meraného
v oblasti prijímacej antény v jednotkách dB [μV/m]. Ak vzájomná vzdialenosť
antén je R = 10m. Hodnota EDmax pre jednotlivé frekvencie je uvedená v použitej
norme.
− A1, A2, A3 sú merané tlmenia v jednotkách dB. Vo výpočtoch sa používajú
kladné hodnoty tlmení.
− AF1, AF2, AF3 sú anténové faktory jednotlivých antén v jednotkách dB ( 1/m ).
− fM sú frekvencie v jednotkách MHz.
anténa č.1 anténa č. 2 anténa č. 3 fm [MHz] Edmax [dB] AF1 [dB] AF2 [dB] AF3 [dB]
200 2,63 10,700 11,530 12,530 250 2,68 13,279 12,609 14,609 300 2,71 14,200 12,916 15,416 400 2,71 15,921 16,751 18,081 500 2,57 17,810 18,150 19,980 600 2,63 20,392 21,552 22,222 700 2,67 20,910 22,161 22,661 800 2,69 22,166 21,326 29,666 900 2,71 21,932 22,602 25,102 1000 2,72 21,315 22,815 27,485
Tab. 2. Vypočítané hodnoty anténových faktorov
Katedra telekomunikácií 44
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
6.8 Prepočet EDmax vzhľadom na zmenu polohy antén
Všetky kalibračné merania uvedené v tejto diplomovej práci boli realizované pri
vzájomnej polohe antén uvedenej v kapitole 6.5. Keďže hodnota EDmax je závislá nielen
od frekvencie, ale aj od vzájomnej polohy kalibračných antén je potrebné urobiť pre iné
rozloženie antén prepočty. Prepočty sa realizujú na základe rovnice ( 6.4 ).
( ) 1/ 222 22 1 1 2 2 1max
1 2
49,2 2 cosh h h
DH
d d d d d dE
d d
ρ ρ φ β+ + − −⎡ ⎤⎣=
⎦ ( 6.4 )
kde
( )( )
1/ 22
1/ 22
sin 60 cos
sin 60 coshj
h h
K je
K jϕ
γ λσ γρ ρ
γ λσ γ
− − −= =
+ − − ( 6.5 )
1 2arccos h hR
γ +⎛= ⎜⎝ ⎠
⎞⎟ ( 6.6 )
− K je relatívna dielektrická konštanta povrchu.
− σ je vodivosť povrchu v jednotkách [S/m].
− γ je uhol odrazu.
− λ je vlnová dĺžka v jednotkách [m].
− β = 2π/λ
Obr. 23. Opis vzájomnej polohy antén pre prepočet EDmax
Katedra telekomunikácií 45
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
7. Analýza neistôt merania
Neistota merania je parameter súvisiaci s výsledkom merania, ktorý
charakterizuje rozsah hodnôt, ktoré možno racionálne priradiť k meranej veličine. Merané
veličiny sú konkrétne veličiny, ktoré sú predmetom merania. Pri kalibrácii sa obyčajne
vyskytuje len jedna meraná veličina – výstupná veličina, ktorá závisí od niekoľkých
vstupných veličín.
Neistoty kalibračných meraní realizovaných v tejto diplomovej práci sú
vyhodnotené podľa normy MSA 0104 – 97. Táto norma bola vydaná Slovenskou
národnou akreditačnou službou a opisuje dva typy vyhodnotenia štandardnej neistoty
merania.
• vyhodnotenie typu A štandardnej neistoty
• vyhodnotenie typu B štandardnej neistoty
7.1 Vyhodnotenie typu A štandardnej neistoty
Vyhodnotenie typu A štandardnej neistoty je metóda vyhodnotenia neistoty
vychádzajúca zo štatistickej analýzy série pozorovaní. V tomto prípade predstavuje
štandardná neistota výberovú smerodajnú odchýlku strednej hodnoty, ktorá sa získa
spriemerovaním, alebo vhodnou regresnou analýzou.
Vyhodnotenie typu A štandardnej neistoty možno použiť v prípade, že bolo
uskutočnených n nezávislých meraní veličín. Ak v procese merania dôjde
k dostatočnému rozlíšeniu, získané hodnoty vykazujú viditeľné rozptýlenie, alebo
rozhádzanie. Vo všeobecnosti platí, že ak počet n opakovaní meraní je nízky ( n ≤ 10 ),
treba vziať do úvahy nepresnosť vyhodnotenia typu A. Ak počet meraní nie je možné
zvýšiť, treba použiť inú metódu vyhodnotenia štandardnej neistoty merania.
Keďže pre nedostatok času a náročnosť nebolo možné merania viackrát opakovať
( n ≤ 10 ) na vyhodnotenie neistôt bol použitý typ B. Opísaný je v nasledujúcej kapitole.
Katedra telekomunikácií 46
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
7.2 Vyhodnotenie typu B štandardnej neistoty
Vyhodnotenie typu B štandardnej neistoty je vyhodnotenie neistoty pomocou inej
metódy ako je štatistická analýza série meraní. Neistota merania sa určuje pomocou
racionálneho úsudku na základe všetkých dostupných informácií o možnej variabilite
meranej veličiny. Vyhodnotenie typu B sa robí na základe nasledujúcich údajov.
• skúseností a všeobecných poznatkov o príslušných materiáloch a prístrojoch
• údajov z predchádzajúcich meraní
• technických údajov výrobcu
• údajov získaných z kalibrácie a iných certifikátov
• neistôt referenčných údajov získaných z príručiek a literatúry
Správne používanie existujúcich informácií pri vyhodnocovaní typu B
štandardných neistôt vyžaduje uplatnenie skúseností a všeobecných poznatkov. Uvedený
typ vyhodnotenia môže byť rovnako spoľahlivý ako vyhodnotenie typu A, hlavne ak
vyhodnotenie typu A vychádza len z malého počtu štatisticky nezávislých meraní. [12]
Pri vyhodnocovaní neistôt boli brané do úvahy nasledujúce zdroje neistôt
ovplyvňujúce meranie.
1. Relatívna amplitúdová presnosť spektrálneho analyzátora – Hodnota
relatívnej amplitúdovej presnosti spektrálneho analyzátora bola zistená z manuálu
použitého spektrálneho analyzátora Hewlett – Packard ( Agilent ) 8564E. Táto
hodnota sa vždy uvádza pre určitý frekvenčný rozsah. Presná hodnota je uvedená
v Tab. 3.
2. Amplitúdová stabilita zdroja signálu – Hodnota amplitúdovej stability zdroja
signálu je uvedená na základe údaja z manuálu od výrobcu použitého signálneho
generátora Hewlett – Packard ( Agilent ) 83640B. Jej presná hodnota je v Tab. 3.
Katedra telekomunikácií 47
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
3. Chyby vznikajúce pri vysielaní – Tieto chyby sú najviac spôsobené vplyvom
stojatých vĺn. Pri určovaní ich vplyvu na celkovú neistotu merania sa vychádza
z pomeru stojatých vĺn 1,8 : 1. Na základe tejto hodnoty sa vyjadrí činiteľ odrazu
na konci použitých káblov.
( )( )1,18 1
0,0821,18 1
−Γ = =
+ ( 7.1 )
Potom hodnota chyby vznikajúcej pri vysielaní sa vypočíta nasledovne.
[dB] ( 7.2 ) ( )( )2 PSV 20log 1 0,082 0,06vysu = + =
4. Chyby vznikajúce pri prijímaní – Tieto chyby majú rovnakú hodnotu, ako
chyby vznikajúce pri prijímaní. Preto nie je potrebné ich ďalej opisovať. Hodnota
chyby je uvedená v Tab. 3.
5. Celková neistota merania – Celková neistota merania je vyjadrená ako
odmocnina zo súčtu jednotlivých neistôt podelených koeficientom K. Koeficient
K sa nazýva koeficient pokrytia.
2 2 2 20,8 0,02 0,06 0,06 0,46
3 3 2 2Cu ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + + + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠
[dB] ( 7.3 )
6. Rozšírená neistota merania – Rozšírená neistota merania sa určí tak, že celková
štandardná neistota merania sa vynásobí koeficientom pokrytia K. Použije sa
normovaný koeficient pokrytia K = 2. Jej hodnota jej uvedená v Tab. 3.
Zdroj neistoty K Hodnota nepresnosti [dB]Relatívna amplitúdová presnosť spektrálneho analyzátora √3 0,80 Amplitúdová stabilita zdroja signálu √3 0,02 Chyby vznikajúce pri vysielaní √2 0,06 Chyby vznikajúce pri prijímaní √2 0,06 Celková neistota merania 0,46 Rozšírená neistota merania 2 0,92
Tab. 3. Neistoty merania a ich zdroje
Katedra telekomunikácií 48
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
8. Záver
Úlohou tejto diplomovej práce bola realizácia kalibrácie antén vo frekvenčnom
rozsahu 200 MHz – 1GHz. Podmienkou bolo, aby celé kalibračné meranie bolo
automatizované.
Automatizácia je vyriešená pomocou programu určeného na riadenie meracich
prístrojov ( generátor signálu, spektrálny analyzátor ). Tento program je vytvorený
v grafickom programovacom jazyku Agilent VEE pro 7.0. Pri vytváraní programu sa
kládol dôraz na jeho jednoduchosť, prehľadnosť a všestrannosť. Po malých zmenách
v štruktúre programu a nastavení vstupných hodnôt je možné ho použiť aj pri podobných
kalibračných meraniach. Prácu s riadiacim programom zjednodušuje aj vytvorený
ovládací panel. Riadiaci počítač komunikuje s meracími prístrojmi pomocou rozhrania
HPIB ( GPIB ).
Samotné meranie bolo realizované podľa normy ANSI C63.5 – 2004. Ako
najvhodnejšia bola vybratá štandardná metóda ( metóda troch antén ). Použité boli tri
logaritmicko – periodické antény. Tieto antény sa používajú pri presných laboratórnych
meraniach. Celé meranie bolo vykonané v bezodrazovej komore vo VÚS Banská
Bystrica. Z nameraných údajov sa vypočítali kalibračné koeficienty ( anténové faktory )
jednotlivých antén ( Tab. 2. ).
Po výpočte kalibračných koeficientov sa vyhodnotila na základe normy MSA
0104 – 97 štandardná a rozšírená neistota merania. Použilo sa vyhodnotenie typu B.
V prílohe 5. sú uvedené porovnania anténového faktora vypočítaného a certifikovaného
výrobcom. Z tabuliek vyplýva, že vypočítané hodnoty sú v tolerancii danej neistotami
merania. Na základe tohto porovnania som zistil, že uvedený postup kalibračného
merania, ako aj prostredie, kde sa toto meranie konalo je vhodný na kalibráciu antén vo
frekvenčnom rozsahu 200 MHz – 1 GHz. Týmto sa overila aj funkčnosť vytvoreného
riadiaceho programu.
Celá táto diplomová práca je vytvorená, ako odporúčanie na základe poznatkov
získaných pri praktickej realizácii zadaných úloh. Tieto odporúčania sú v niektorých
prípadoch vhodné nielen pre špecifické kalibračné merania, ale aj pre široké spektrum
meraní v rádiotechnike. Preto dúfam, že táto diplomová práca bude prínosom nielen pre
zadávateľa, ale aj pre tých, ktorý sa budú v danej problematike pohybovať.
Katedra telekomunikácií 49
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
Zoznam použitej literatúry
[1] www.kutil.borec.cz : šírenie elektromagnetických vĺn
[2] PROKOP, J. – VOKURKA, J.: Šíření elektromagnetických vln a antény. Praha:
SNTL/ALFA, 1980. ISBN 04-521-80
[3] www.sev.wz.cz : šírenie elektromagnetických vĺn
[4] www.spse-ke.fei.tuke.sk : teória elektromagnetického poľa
[5] VAVRA, Š. – TURÁN, J.: Antény a šírenie elektromagnetických vĺn. Bratislava:
SNTL/ALFA, 1989. ISBN 80-05-00131-2
[6] www.spse-ke.fei.tuke.sk : šírenie rádiových vĺn v pásme VKV
[7] ŠMIČEK, B.: Antény pre televízne a rozhlasové vysielanie na VKV. Praha:
NADAS, 1990.
[8] KRISCHKE, A. – ROTHAMMEL, K.: Rothammels Antennen Buch. Baunatal:
DARC VERLAG, 2003. ISBN 3-88692-033-X
[9] www.adn.tm.agilent.com : manuály meracích prístrojov
[10] www.sk.wikipedia.org : rozhranie HPIB (GPIB)
[11] AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE.: norma ANSI C63.5.
New York: IEEE, 2004. ISBN 0-7381-4514-9
[12] SLOVENSKÁ NÁRODNÁ AKREDITAČNÁ SLUŽBA.: MSA 0104 - 97
Vyjadrovanie neistôt merania pri kalibrácii. Bratislava: SNAS, 1997.
[13] Kalibračné certifikáty použitých antén
[14] NEVESELÝ, M.: Analýza elektrických obvodov 1. Žilina: EDIS, 2001.
ISBN 80-7100-841-9
[15] FRANCISCI, C. – LEGÍŇ, M. – KLIMA, J.: Medzinárodný elektrotechnický
Slovník STN IEC 60050 – 705. Bratislava: SÚTN, 2002.
[16] SÚTN.: Matematické značky používané vo fyzikálnych vedách a v technike
STN ISO 31 – 11. Bratislava: SÚTN, 1998.
[17] SÚTN.: Elektrina a magnetizmus STN ISO 31 – 5. Bratislava: SÚTN, 1997.
Katedra telekomunikácií 50
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
ČESTNÉ VYHLÁSENIE
Vyhlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pod
odborným vedením vedúceho diplomovej práce Ing. Pavla Riečana a používal som len
literatúru uvedenú v práci.
Súhlasím so zapožičaním diplomovej práce.
V Žiline, dňa 19.5. 2006
podpis diplomanta
Katedra telekomunikácií
Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta
POĎAKOVANIE
Touto cestou by som sa chcel poďakovať Ing. Pavlovi Riečanovi za jeho cenné
rady, pripomienky a pomoc pri získavaní materiálov, potrebných ku vypracovaniu mojej
diplomovej práce.
Katedra telekomunikácií
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
DIPLOMOVÁ PRÁCA Prílohová časť
2006 Ján Haring
Zoznam príloh
Príloha 1. Ukážka programu na riadenie kalibrácie antén
Príloha 2. Fotografie meracích prístrojov a meracieho pracoviska
Príloha 3. Fotografie prepojenia prístrojov pomocou rozhrania HPIB ( GPIB )
Príloha 4. Fotografie kalibrovaných antén
Príloha 5. Porovnanie certifikovaných a nameraných hodnôt anténového faktora
Príloha 6. Diplomová práca a riadiaci program kalibrácie v elektronickej forme
Príloha 1.
Príloha 1. Ukážka programu na riadenie kalibrácie antén
Príloha 2.
Príloha 2. Fotografie meracích prístrojov a meracieho pracoviska
Príloha 3.
Príloha 3. Fotografie prepojenia prístrojov pomocou rozhrania HPIB ( GPIB )
Príloha 4.
Anténa č. 1
Anténa č. 2
Anténa č.3
Príloha 4. Fotografie kalibrovaných antén
Príloha 5.
fm [MHz] AF1 [dB] namerané neistota merania [dB] AF1 [dB] certifikované 200 10,700 +/- 0,920 10,500 250 13,279 +/- 0,920 13,230 300 14,200 +/- 0,920 14,190 400 15,921 +/- 0,920 16,870 500 17,810 +/- 0,920 17,880 600 20,392 +/- 0,920 19,450 700 20,910 +/- 0,920 20,160 800 22,166 +/- 0,920 21,110 900 21,932 +/- 0,920 22,070 1000 21,315 +/- 0,920 22,990
Porovnanie certifikovaných a nameraných hodnôt ( anténa č. 1 )
fm [MHz] AF2 [dB] namerané neistota merania [dB] AF2 [dB] certifikované 200 11,530 +/- 0,920 11,130 250 12,609 +/- 0,920 12,710 300 12,916 +/- 0,920 13,830 400 16,751 +/- 0,920 16,750 500 18,150 +/- 0,920 17,980 600 21,552 +/- 0,920 19,290 700 22,161 +/- 0,920 20,680 800 21,326 +/- 0,920 21,510 900 22,602 +/- 0,920 22,340 1000 22,815 +/- 0,920 23,350
Porovnanie certifikovaných a nameraných hodnôt ( anténa č. 2 )
závislosť AF1 od frekvencie
0
5
10
15
20
25
200 250 300 400 500 600 700 800 900 1000
fm [MHz]
AF1
[dB
]
Zobrazenie závislosti anténového faktora od frekvencie ( anténa č. 1 )
Príloha 5. Porovnanie certifikovaných a nameraných hodnôt anténového faktora