Τ.Ε.Ι Λαμίας Σ.Τ.ΕΦ. Τμήμα Ηλεκτρονικής Εργασία Κεραίες

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Τ.Ε.Ι Λαμίας Σ.Τ.ΕΦ. Τμήμα Ηλεκτρονικής Εργασία Κεραίες"

Ἀδράστεια Ράγκος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Τ.Ε.Ι Λαμίας Σ.Τ.ΕΦ. Τμήμα Ηλεκτρονικής Εργασία Κεραίες Μπαρμπάκος Δημήτριος Δεκέμβριος 2012

2 Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή 2. Κεραίες 2.1. Κεραία Yagi-Uda 2.2. Δίπολο 2.3. Μονόπολο 2.4. Λογαριθμική κεραία 3. Βιβλιογραφία

3 1. Εισαγωγή Στην εργασία θα αναλυθούν διαφορετικού τύπου κεραίες με τις οποίες έγιναν πειραματικές μετρήσεις κατά τη διάρκεια του εξαμήνου.τα πειραματικά δεδομένα θα διασταυρωθούν στη συνέχεια με το θεωρητικό σκέλος και θα παρατεθούν μαζί με τα αποτελέσματα του προγράμματος 4nec2(διαγράμματα ακτινοβολίας,κατανομές τάσης-ρεύματος) το οποίο προσομοιώνει τη λειτουργία της κάθε κεραίας.σε κάθε κεραία θα αναφερθούν επίσης ένα μικρό ιστορικό κομμάτι καθώς και εφαρμογές τους.

τα πειραματικά δεδομένα θα διασταυρωθούν στη συνέχεια με το θεωρητικό σκέλος και θα παρατεθούν μαζί με τα αποτελέσματα

4 2. Κεραίες 2.1. Κεραία Yagi-Uda Μια κεραία Yagi Οι κεραίες Yagi-Uda πήραν το όνομα τους από τους Shintaro Uda και Hidetsugu Yagi από το πανεπιστήμιο Tohoku Imperial,στην Ιαπωνία το 1926.Τυπικά αποτελούνται από ένα κεντρικό δίπολο,έναν κατευθυντήρα και έναν ανακλαστήρα.ο ανακλαστήρας είναι περίπου 5% πίο μακρύς από το δίπολο ενώ ο κατευθυντήρας είναι λίγο πιο μικρός σε μήκος.με τη σχεδίαση αυτή επιτυγχάνεται πολύ μεγαλύτερη απολαβή σε σχέση με ένα απλό δίπολο μιας και όλα τα στοιχεία λειτουργούν ενισχυτικά κατά τη λήψη του σήματος.το δίπολο της yagi στο πείραμα είναι αναδιπλωμένο,ενώ τα υπόλοιπα στοιχεία θεωρούνται παρασιτικά αφού επανεκπέμπουν το σήμα χρησιμοποιώντας ισχύ που εκπέμπει το δίπολο. Συνήθως χρησιμοποιούνται για λήψη σήματος TV λόγω κόστους και προσαρμογής στις συχνότητες VHF/UHF. Στο πείραμα χρησιμοποιήθηκε πεδιόμετρο EP594 CMF και μετρούμε την λήψη του σήματος της ΕΡΤ από τα Δύο Βουνά.Συνδέουμε τη κεραία με γραμμή μετάδοσης 75Ω.Συντονίζουμε το πεδιόμετρο να λαμβάνει στα 200MHz.

με τη σχεδίαση αυτή επιτυγχάνεται πολύ μεγαλύτερη απολαβή σε σχέση με ένα απλό δίπολο μιας και όλα τα στοιχεία λειτουργούν ενισχυτικά κατά τη λήψη του σήματος.

5 Μοίρες dbμv(δίπολο) dbμv(δ-α-κ) Μέγιστη Στάθμη(δίπολο) (db) Μέγ.Στ.(Δ-Α-Κ) Πίνακας μετρήσεων Το λ εδώ είναι : λ = 1.5m Από τις σημειώσεις πέρνουμε τη διάμετρο που είναι : Το αναδιπλωμένο δίπολο έχει μήκος λ/2 = 0.75 m. Ο ανακλαστήρας έχει μήκος 5% του λ δηλαδή cm. Ο κατευθυντήρας έχει μήκος cm. Τα στοιχεία απέχουν μεταξύ τους απόσταση 27 cm. Ακολουθούν τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και τα συμπεράσματα.

(Δ-Α-Κ) 0 37 42 0 0 30 35 41-2 -1 60 28 34-9 -8 90 26 28-11 -14 120 32 28-5 -14 150 34 30-3 -12 180 37 35 0-7 210 240 270 300 330 360 36 37-1 -5 33 38-4

6 Παρατηρούμε κατεθυντικότητα που επαληθεύει τα αποτελέσματα της μέτρησης στο εργαστήριο.

7 Το VSWR στα 200 MHz είναι σχεδόν 1 πράγμα που υποδηλώνει τη σωστή λειτουργία στην επιθυμητή συχνότητα.(απουσία στασίμων). Η απολαβή στα 200 MHz είναι +3 db λόγω ανακλαστήρα και +3 db λόγω κατευθυντήρα.στη γραφική παράσταση έχουμε 5.85 που πλησιάζει το θεωρητικό +6 db.

Η απολαβή στα 200 MHz είναι +3 db λόγω ανακλαστήρα και +3 db λόγω

8 Η αντίσταση που παρουσιάζει η κεραία είναι 50Ω.

9 Η κατανομή του ρεύματος στη κεραία και το πεδίο. Ο συντελεστής ανάκλασης ρ είναι :

10 2.2 Δίπολο Στην άσκηση αυτή μελετάμε τα διαγράμματα ακτινοβολίας δύο διπόλων τοποθετημένα κάθετα σε δύο περιπτώσεις,συμφασικά και με αντίθετη φάση. Τοποθετούμε τα δίπολα σε απόσταση λ/2 και από τις εργαστηριακές μετρήσεις εξάγουμε το συμπέρασμα ότι : Α) για συμφασική τροφοδοσία των διπόλων η εκπομπή γίνεται μέγιστη στην ευθεία που είναι μεσοκάθετη των διπόλων και ελάχιστη στην ευθεία στην οποία βρίσκονται τα δίπολα. Β) για διαφορά φάσης 180 μοιρών στην τροφοδοσία ισχύει το ακριβώς αντίθετο,δηλαδή έχουμε μέγιστο στην ευθεία που βρίσκονται τα δίπολα και ελάχιστο στη μεσοκάθετό τους.αυτό συμβαίνει διότι στη μεσοκάθετο τα ρεύματα που εκπέμπουν τα δύο δίπολα φτάνουν με διαφορά φάσης ενώ στην ευθεία των διπόλων φτάνουν έτσι ώστε να προστίθενται και να έχουμε μέγιστο. Η περίπτωση Α ονομάζεται broadside array. Μπορούμε να ορίσουμε τόσο την ενίσχυση όσο και την κατευθυντικότητα από την απόσταση των διπόλων.

μεσοκάθετη των διπόλων και ελάχιστη στην ευθεία στην οποία βρίσκονται τα δίπολα.

11 Η δεύτερη περίπτωση ονομάζεται end fire array. Στην εικόνα φαίνεται η διαφορά φάσης των ρευμάτων τροφοδοσίας. Για να τροφοδοτήσουμε τα δίπολα συμφασικά αρκεί να τα τροφοδοτούμε από ένα κοινό σημείο με σωστά προσαρμοσμένες γραμμές μεταφοράς.για αντίθετη φάση αντιστρέφουμε τον προσανατολισμό τους..

Για να τροφοδοτήσουμε τα δίπολα συμφασικά αρκεί να τα τροφοδοτούμε από ένα

12 Α) Συμφασικά δίπολα Τα δίπολα τοποθετούνται σε απόσταση λ/2. Το λ εδώ είναι 1.79 m άρα το λ/2 = m. Το μήκος των διπόλων είναι επίσης λ/2. Η διατομή τους είναι 4 mm. Από την επιλογή matching του 4nec2 πέρνουμε τις τιμές των στοιχείων προσαρμογής. Πυκνωτής 28.3 pf Πηνείο 95.6 nh. Η κατευθυντικότητα της κεραίας συμπίπτει με αυτή των σημειώσεων.

13 Το VSWR : Είναι 1.33 που θεωρείται ικανοποιητικό.

14 Η αντίσταση στα 167 MHz είναι 66.5 Ω.

15 Η εκπομπή στο πεδίο,τα ρεύματα και η κατασκευή της κεραίας : Ο συντελεστής ανάκλασης : 0.14

16 Β) Δίπολα με διαφορά φάσης τροφοδοσίας Για την υλοποίηση του παραδείγματος αρκούν μερικές μικρές τροποποιήσεις στο προηγούμενο.nec file όπως φαίνεται και στη κατασκευή παρακάτω. Matching: 150 nh πηνείο 9.89 pf πυκνωτής Το VSWR παραμένει στο 1.3 Αλλάζει όμως όπως θα έπρεπε η κατανομή στις διάφορες γωνίες. Τώρα στη θέση των ελαχίστων έχουμε μέγιστα και το ανάποδο.

Matching: 150 nh πηνείο 9.89 pf πυκνωτής Το VSWR παραμένει στο 1.

17 Η εκπομπή στο πεδίο και τα ρεύματα : Τα αποτελέσματα είναι τα ίδια με αυτά του εργαστηριακού πειράματος.

18 2.3 Μονόπολο Μονόπολο είναι κάθε κεραία που τροφοδοτείται απο τον έναν αγωγό της γραμμής μεταφοράς ενώ ο άλλος καταλήγει σε γη. Πρώτα λίγα λόγια για τα μονόπολα : Η κεραία μονόπολο είναι ένας εύθυς αγωγός τοποθετημένος πολλές φορές σε ground plane δηλαδή γείωση αγώγιμου υλικου.η τάση λαμβάνεται μεταξύ του χαμηλότερου σημείου του μονοπόλου και του ground plane.χαρακτηριστικό των μονοπόλων είναι η ίση κατανομή ακτινοβολίας προς όλες τις κατευθύνσεις. Στη παρακάτω άσκηση μελετάμε τη κατανομή ρεύματος σε μονόπολο διαφόρων μηκών καθώς και τα διαγράμματα ακτινοβολίας. Μελετάμε τρείς υποπεριπτώσεις : Α)Μονόπολο λ/2. Β)Μονόπολο λ/4 (Marconi). Γ) Μελέτη με αυτεπαγωγή και πηνίο στο μονόπολο λ/2.. Ένα μονόπολο πάνω σε τέλεια γη.

η τάση λαμβάνεται μεταξύ του χαμηλότερου σημείου του μονοπόλου και του ground plane.χαρακτηριστικό των μονοπόλων είναι η ίση κατανομή ακτινοβολίας προς όλες τις κατευθύνσεις.

19 Σύγκριση των περιπτώσεων α)λ/2=0,8976 m και β)λ/4= m. Στα λ/2 έγινε χρήση 3.96 pf πυκνωτή και πηνίου 191 nh για προσαρμογή. Η αντίσταση είναι 52.3 Ω και το gain 6.87 db. Στα λ/ pf & 138 nh προσαρμογή. Η αντίσταση βρέθηκε 50.8 Ω και το κέρδος της κεραίας 5.19 db. λ/2

Η αντίσταση είναι 52.3 Ω και το gain 6.87 db. Στα λ/4 22.

20 Marconi

21 Η κατανομή στα λ/2 και στην επόμενη σελίδα τα λ/4.

23 Εδώ βλέπουμε το ρέυμα που γίνεται μέγιστο στη μέση της κεραίας στο μήκος λ/2.

24 Στη κεραία λ/4 αλλάζει η κατανομή του ρεύματος.

25 Γ)Μελέτη με αυτεπαγωγή και πηνίο στο μονόπολο λ/2 Με εισαγωγή αυτεπαγωγής στη μέση της κεραίας παρατηρούμε πως μετακινούνται τα μέγιστα του ρεύματος. Τα αποτελέσματα εδώ επαληθεύουν τα λαμπάκια που άναψαν στο εργαστήριο. Η αντίσταση έγινε 30 Ω.

26 Παρακάτω φαίνεται η κεραία με αυτεπαγωγή στο κέντρο και χωρητικότητα στο άκρο.

27 2.4 Λογαριθμική κεραία(lp) (Λόγω απώλειας του φυλλαδίου η προσομοίωση εδώ έγινε μόνο με μοντέλα και την ανάγνωση από το διαδίκτυο.) Κεραία LPDA. LPDA είναι τα αρχικά logarithmic periodic Είναι μια κεραία αποτελούμενη από διάταξη στοιχείων με χαρακτηριστικά την κατευθυντικότητα και τη πολύ στενή δέσμη ακτινοβολίας.τόσο η αντίστασή της όσο και η ακτινοβολία της εκφράζονται από μια λογαριθμική εξίσωση σχετική της συχνότητας. Τόσο οι αποστάσεις όσο και το μέγεθος των στοιχείων αυξάνονται επίσης λογαριθμικά.

28 Στο παράδειγμα με frequency sweep μελετάμε τη συμπεριφορά μιας LP από τα 20 εώς τα 90 MHz. Η κεραία στο Geometry edit.

29 Η ακτινοβολία στο πεδίο. Ο λόγος στασίμων για αρκετές συχνότητες είναι καλός.

30 Η αντίσταση είναι 55 Ω στα 80 Mhz.

31 3)Βιβλιογραφία Διδακτικές σημειώσεις εργαστηρίου Kεραίες,Τ.Ε.Ι. Λαμίας. home.ict.nl

Σχετικά έγγραφα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Κεραίες - Η ισχύς στην έξοδο του ενισχυτή RF του πομπού πρέπει να ακτινοβοληθεί στο χώρο ως Η/Μ κύμα. - Οι διατάξεις που ακτινοβολούν Η/Μ κύματα