Laborator AP

UNIVERSITATEA MARITIMĂ CONSTANTA ANTENE ŞI PROPAGARE

1

ÎNDRUMAR DE LABORATOR

ANTENE ŞI PROPAGARE

Asist. Drd. Daniela DEACU


2


3

CUPRINS

LABORATOR 1 (2 ore)

Antena. Elementul de imagine. Parametrii antenelor

LABORATOR 2 + LABORATOR 3 (4 ore)

Antena dipol în λ/2

LABORATOR 4 (2 ore)

Antena dipol scurt

LABORATOR 5 + LABORATOR 6 (4 ore)

Antena dipol repliat

LABORATOR 7 (2 ORE)

Antena monopol


4


5

LAB 1


6


7

Antena. Elementul de imagine.

Parametrii antenelor

A. Antena. DefiniŃie. Caracterizare

Antena este un dispozitiv care asigură la emisie transformarea curenŃilor de

radiofrecvenŃă în unde electromagnetice, iar la recepŃie asigură transformarea undelor

electromagnetice în curenŃi de radiofrecvenŃă.

Antenele pot fi clasificate din multe puncte de vedere:

• dupa principiul de funcŃiuonare - electrice magnetice

• dupa forma elementului radiant – liniare, de suprafata

• dupa destinaŃie – de emisie, de recepŃie, mixte

B. Elementul de curent

Pentru aprofundarea studiului antenelor se utilizeaza noŃiunea de antena de referintă care

poate fi ideala sau reala. Antenele ideale sunt antene teoretice care sunt folosite ca etaloane

pentru antenele reale sau pentru definirea unor parametri ai antenelor. Ca exemplu de antena de

referintă putem aminti elementul de curent.

Deoarece elementul de curent poate fi privit ca o antenă elementară, acesta a fost asociat

cu o serie de caracteristici de bază, descrise de parametrii utilizaŃi pentru a caracteriza antenele în

general. Cei mai importanŃi parametri ai antenelor sunt diagrama de radiaŃie, deschiderea lobului

principal la -3 dB, directivitatea, câştigul, rezistenŃa de radiaŃie, impedanŃa de intrare a antenei.

Prin elementul de curent înŃelegem un radiator elementar, presupus că fiind filar şi de

lungime infinitezimală, parcurs de un curent de amplitudine constantă de-a lungul său.

Studierea radiaŃiei elementului de curent este importantă deoarece orice antenă poate fi

împărŃită în elemente infinitezimale de curent, câmpul electromagnetic radiat de antenă într-un

punct din spaŃiu fiind suma contribuŃiilor tuturor elementelor de curent.


8

θ

ϕ

aθr

aϕr

rar

Fig.1.1 Elementul de curent în coordonate sferice

În această figură este prezentat elementul de curent localizat în origine şi orientat de-a

lungul axei z .

Având în vedere faptul că în general sistemul de coordonate este cel sferic, exprimarea

operatorilor diferenŃiali se realizează cu ajutorul parametrilor Lame (a cosinuşilor directori):

Coordinate Lame coefficient

r h1= 1

θ h2= r

φ h3= rsinθ

Tab.1.1- coeficienŃii Lame pt coordonate sferice

Aşa cum se observă din fig. următoare cordonatele sferice ale elementului de suprafaŃă şi

ale elementului de volum pot fi scrise astfel:

2 sindS r d dθ θ ϕ= ⋅ (1.1)

unde dS reprezintă aria secŃiunii transversale a elementului de curent de lungime dl ;

dV dSdl= (1.2)

volumul ocupat de curent este de dimensiune infinitezimală, astfel sursa poate fi

considerată ca fiind localizată într-un punct.


9

Fig.1.2 Elementul de suprafaŃă şi elementul de volum în coordonate sferice

Câmpul electromagnetic generat de o antenă acoperă trei zone de radiaŃie:

• zona apropiată

• zona intermediară

• zona de câmp indepărtat

În câmp îndepărtat vom avea două componente de câmp Eθ şi Hφ. Trebuie specificat faptul

că filamentul de curent produce o undă transversal electromagnetică atât timp cât EH şi egale

cu impedanŃa de undă Z0. Această impedanŃă de undă ne arată că în câmp îndepartat doar aceste

două componente transmit puterea reală, puterea radiată.

C. Parametrii antenelor

Cei mai importanŃi parametri ai antenelor sunt diagrama de radiaŃie, deschiderea lobului

principal la -3 dB, directivitatea, câştigul, rezistenŃa de radiaŃie, impedanŃa de intrare a antenei.

C.1 Diagrama de radiaŃie

Diagrama de radiaŃie este o reprezentare grafică a modului în care variază modulul

câmpului electric şi al celui magnetic în spaŃiu, în raport cu unghiul θ şi ϕ , considerând distanŃa

r fixată.


10

DistribuŃia relativă a puterii radiate ca funcŃie de direcŃie în spaŃiu este diagrama de

radiaŃie a antenei.

Întrucât raportul dintre câmpul electric şi cel magnetic este constant şi egal cu Z0, atunci

când este trasată o diagramă de radiaŃie într-o zonă de câmp îndepărtat, va există o singură

reprezentare a funcŃiei de radiaŃie , atât pentru câmpul electric, cât şi pentru cel magnetic.

Fig.1.3 Planul E perpendicular pe planul H

Două dintre cele mai importante aspecte ale diagramei sunt planul E şi planul H. Planul

E este cel care conŃine antena, iar planul H este cel perpendicular pe antenă.

Diagramele de radiaŃie se clasifică în

• diagrame în plan (2D) şi

• diagrame în spaŃiu (3D).

Diagramele 2D pot fi trasate atât în planul E, cât şi în planul H, atunci când fie θ fie φ

este fixat, curbele în plan fiind astfel obŃinute prin secŃionare diagramei tridimensionale.

Pentru θ variabil fi φ fix - se reprezintă diagrama de radiaŃie în planul E.

Pentru θ fix şiφ variabil vom reprezenta diagrama de radiaŃie în planul H.

Fig.1.4 Diagrama de radiaŃie în planul E


11

Fig.1.5 Diagrama de radiaŃie în planul H

În planul H diagrama de radiaŃie este omnidirecŃională, câmpul nu depinde de unghiul ϕ .

În cazul diagramelor 3D, în locul sistemelor de coordonate plane polare, se face o

reprezentare în coordonate sferice, variind atât θ , cât şiϕ .

C.2 Câştigul intrinsec. Câştigul realizat

Un radiator izotrop este un radiator fictiv ce radiază în mod egal în toate direcŃiile.

Directivitatea este o fucŃie de coordonate unghiulare ce arată cum o antena concentrază puterea

radiată comparativ cu radiatorul izotrop.

Puterea radiata pe unitatea de unghi solid ( , ) ( / )( , )

( , )Puterea medie radiata pe unitatea de unghi solid / (4 )

r

r

dP dD

P

θ ϕ θ ϕθ ϕ

πΩ

= = (1.3)

Mai simplu, directivitatea de antenă este o măsură a raportului dintre intensitatea radierii

într-o direcŃie dată şi intensitatea radierii produse de o sursă izotropă.

Fie ca (θ0, φ0 ) să fie direcŃia lobului principal.

0 0( , )iG D θ ϕ= (1.4)

Astfel formula 3.3 este numit câştig intrinsec sau simplu câştig. Acesta ia în considerare

doar proprietaŃile de radiaŃie a antenei. Dezadaptarea la intrarea anteni poate fi luată în

considerare cu scopul de a realiza o cifră totală de merit care este numită câştig realizat.

0 0Puterea radiata pe unitatea de unghi solid ( , ) ( / )( , )Puterea la intrarea antenei / (4 )

r rr i i

t t

dP d PG G G

P P

θ ϕ θ ϕη

πΩ

= = = =

(1.5)

unde η ste eficienta antenei.


12

C.3 EficienŃa antenei

EficienŃă unei antene ia în calcul pierderile ohmice şi dielectrice ale antenei datorate

materialelor utilizate şi pierderile referitoare la dezadaptare. EficienŃa de dezadaptare şi eficienŃa

de radiere sunt cei doi termeni care permit definirea eficienŃei totale a antenei.

EficienŃa er de dezadaptare este direct legată de parametrul S11 şi este definită de:

211(1 | | )re S= − (1.6)

EficienŃa de radiere ia în calcul pierderile prin conducŃie şi pierderile dielectrice ale

materialelor şi este determinată experimental prin măsurători efectuate în cameră anecoidă.

EficienŃa de radiere este determinată prin raportul puterii radiate, Prad la puterea de intrare

la bornele a antenei Pin:

EficienŃa de radiere se determină astfel prin următoare expresie:

radrad

in

Pe

P= (1.7)

EficienŃa totală η a antenei este practic produsul dintre cei doi termeni anteriori (eficienŃa

de radiere şi eficienŃa de dezadaptare):

211(1 | | )rad

r rad

in

Pe e S

Pη = ⋅ = − (1.8)

C.4 Parametri electrici de intrare

C.4.1 ImpedanŃa de intrare a unei antene

ImpedanŃa unei antene este impedanŃa din perspectiva extremităŃilor exclusiv ale antenei

(fără raportare la o sarcină). Această impedanŃă este definită ca raportul dintre tensiune şi curent

la bornele antenei sau ca raportul dintre componentele corespunzătoare ale câmpurilor electrice

şi magnetice. Notăm cu Zant această impedanŃă dependentă de frecvenŃă.

Zant = Rant (f) + jXant (f) (1.9)

Partea reală este alcătuită dintr-o parte datorată radierii (Rrad) şi o parte datorată

pierderilor ohmice şi dielectrice ale materialelor.

C.4.2 Coeficient de reflexie şi VSWR

Se consideră un sistem alcătuit din antenă, un generator, o linie de transmisie de

impedanŃă caracteristică Zc.


13

Generator Linie de transmisiune Sarcină

Fig.1.6 Schema unei antene conectate la o linie de transmisie şi un generator.

Parametrului de reflexie Γ

11ant c

ant c

Z ZS

Z Z

−= Γ =

+ (1.10)

Raportul de Undă StaŃionară (VSWR) prin raportul dintre tensiunea maximală şi

tensiunea minimală:

max 11

min 11

1 | |1 | |

V SVSWR

V S

+= =

− (1.11)

şi invers

11

1| | | |

1VSWR

SVSWR

−= Γ =

+ (1.12)

VSWR este o măsură a dezadaptării între linia de transmisie şi sarcină (în cazul de faŃă,

antena). Cu cât VSWR este mai mare, cu atât este mai puŃin bună adaptarea. Minimul VSWR

corespunde unei adaptări perfecte, egal deci cu 1. Transferul de putere maximală nu poate fi

realizat decât dacă impedanŃa antenei este adaptată celei a generatorului.


14


15

LAB 2+LAB 3


16


17

Antena dipol în λ/2

A. Introducere teoretică

Fie o linie de transmisiuni de lungime λ/4 terminată în gol, a carei distributie de curent va fi

urmatoarea: la capatul în gol curentul se anulează.

Fig 2.3.1. Linie de transmisiune terminată în gol

Dacă se depărtează cele două conductoare ale liniei obŃine o antenă dipol, curentul pe

cele două brate fiind unul în prelungirea celuilalt.

Fig 2.3.2. Dipolul în λ/2


18

În cazul unei linii fără pierderi

2

_ 0S

cin linie

S Z

ZZ

Z→∞

= = (2.3.1)

unde Zc este impedanta caracteristica a liniei

Zs este impedanta de sarcină.

Cand linia devine antenă, aceasta radiază, transmite energie, puterea activa de la

generator, deci impedanŃa de intrare a ntenei conŃine o componentă rezistivă.

Zin_antena este mare pentru un curent mic.

_in antena

UZ

I= (2.3.2)

Fig.2.3.3 RezistenŃa şi ReactanŃa la intrarea antenei


19

B. Desfăşurarea lucrării

B.1 Să se reprezinte impedanŃa de intrare reala şi imaginara a antenei dipol în λ/2 ,

utilizând programul antenei dipol în spatiu liber optimizat pentru rezonanŃă la 300 MHz.

Din interfata de intrare a pogramului GNEC ver. 1.6 alegeŃi File-> Open.

Fig.2.3.4 Fişierul EXAMPLES

Din folderul EXAMPLES se alege DIPOLE.nec; astfel se deschide în fereastra pincipală

codul pentru o antena dipol în spaŃiul liber la frecventa de rezonaŃă de 300MHz; dupa care

salvează proiectul cu denumirea dipollamdape2.nec într-un folder cu numele dumneavoastră.

În continuare se vor face modificări asupra codului pentru o antena dipol în λ/2.

Dublu click pe linia GW – Generate Wire. În fereastra apărută se vor face modificări

conform Fig.2.3.5 .

Fig.2.3.5 Fereastra de generare a elementului antenei


20

Dublu click pe linia GE – End Geometry. În fereastra apărută se vor face modificări

conform Fig.2.3.6 .

Fig.2.3.6 Fereastra End Geometry

Dublu click pe linia EX – Excitation. În fereastra apărută se vor face modificări conform

Fig.2.3.7 .

Fig. 2.3.7 – Fereastra Excitation


21

Dublu click pe linia FR – Frecvency Specification. În fereastra apărută se vor face

modificări conform Fig.2.3.8 .

Fig.2.3.8 Banda de frecvenŃă analizată

Dublu click pe prima linie RP – Radiation Patern. În fereastra apărută se vor face


Fig.2.3.9 – Fereastra de editare a coordonatelor diagramei de radiaŃie


22

Dublu click RP pe a doua linie RP – Radiation Patern. În fereastra apărută se vor face


Fig 2.3.10 – Fereastra de editare a coordonatelor diagramei de radiaŃie.

Dupa toate aceste modificări se rulează programul prin click pe butonul RunNec.

ApasaŃi orice tastă pentru a merge mai departe!


23

În Comands-> Necvu se poate observa configuraŃia antenei dipol în λ/2.

Fig.2.3.11 – Antena Dipol în λ/2

Pentru reprezentarea impedanŃei de intrare a antenei se dă click pe butonul

Rectangular Plot. Se alege Input Impedance şi se apasă OK, conform Fig.2.3.12 .

Fig.2.3.12 Fereastra Rectangular Plot


24

În continuare se alege pe rând reprezentarea părŃii reale şi imaginare a impedanŃei de

intrare a antenei, conform Fig.2.3.13 .

Fig.2.3.13 Alegerea părtii reale şi imaginare a impedantei de intrarea pentru reprezentarea

grafică

B.2 Să se deseneze cele două grafice şi să se noteze rezistenŃa de radiaŃie şi reactanŃa la

frecvenŃa de rezoanŃă, pentru cazul antenei dipol în λ/2! Ce se observă?

B.3 Să se reprezinte şi să se deseneze impedanŃa de intrare până la frecvenŃa de 1800

MHz. Să se stabilească punctele de rezonanŃă şi antirezonanŃă!

B.4 Să se reprezinte diagrama de radiatie a antenei dipol în λ/2, în planul vertical şi în cel

orizontal. Să se completeze următorul tabel la frecvenŃele punctelor de rezonanŃă şi

antirezonanŃă! Ce se observă?

Tabelul nr. 2.3.1

F[MHz] Nr lobi G[dB] Ung -3dB

Pentru reprezentarea grafică a diagramei de radiaŃie se dă click pe butonul Polar Plos,

după care conform Fig.2.3.14 se alege Power Gains.


25

Fig.2.3.14 Selectarea tipului de reprezentare

După selectarea Power Gains se alege frecvenŃa dorită pentru reprezentarea diagramei de

radiaŃie, conform Fig.2.3.15.

Fig.2.3.15 Fereastra de selectare a diagramei de radiaŃie ce urmează a fi reprezentată


26


27

LAB 4


28


29

Dipolul scurt A. Introducere teoretică

Antena dipol este una dintre cele mai simple şi mai des întâlnite antene. Din punct de vedere

a distribuŃiei de curent, aceasta se comportă ca o linie de transmisiune terminată în gol.

În cazul în care avem o antena dipol foarte scurtă, distribuŃia de curent pe antena poate fi

considerată triunghiulară ( aproximativ liniară ). DistribuŃia pe antena foarte scurtă devine o

distribuŃie de curent aproape liniară. Astfel se va echivala antena dipol scurtă cu o antena care

prezintă dublul elementului de curent.

Fig.4.1 DistribuŃia echivalentă


30

Din punct de vedere a radiaŃiei, distribuŃia liniară de curent este echivalentă cu o

distribuŃie constantă de curent a carei valoare e egala cu jumatate din valoarea lui I0’.

DistribuŃia echivalentă constantă de valoare I0’/2 poate fi aproximată din punct de vedere

al rezistenŃei de radiaŃie şi al câmpului produs cu elementul de curent.

RezistenŃa de radiaŃie pentru o antenă tip element de curent ( pentru o distributie liniara

de curent ) este definită astfel:

22 '

80a

dzR π

λ =

(4.1)

Puterea radiată este aceeaşi si în cazul dipolului scurt şi în cazul elementului de curent:

2 20 0

_ _ _ _ _

1 '2 2 4r a dipol scurt a elem crt echiv

I IP R R= ⋅ = ⋅ ⋅ (4.2)

2 22 2

_ _

220 80a dipol scurt

l lR π π

λ λ = =

(4.3)

ReactanŃa dipolului scurt este practic similară aceleia unei linii scurte de transmisiune

terminată în gol.

2

2 2 2S

s cc c

a c

c sZ

lZ jZ tgk

Z ZjX Z j

l l lZ jZ tgk jctgk tgk

→∞

+= = = −

+ (4.4)

12

2

2

c ca

lk

Z ZX

l klctgk

<<

= − = − (4.5)

Din punct de vedere al radiaŃiei diagrama de radiaŃie este identică cu cea a elementului de

curent, caracteristica de radiaŃie fiind F(θ)=|sin θ |.


31


B.1 Pentru ca antena dipol să funcŃioneze ca o antenă scurtă, trebuie să rezoneze la o

frecvenŃă foarte mare. Se consideră o antena dipol scurtă, cu l=λ/40, ce rezonează la 300

MHz. Să se calculeze lungimea de undă.

B.2 Să se calculeze rezistenŃa de radiaŃie pentru l= λ /40.

B.3 Să se reprezinte impedanŃa reală şi imaginară a antenei dipol scurt , utilizând programul

antenei dipol în spaŃiu liber optimizat pentru rezonanŃă la 300 MHz.

După ce se deschide din folderul EXAMPLES programul DIPOLE.nec se salvează proiectul

cu denumirea dipolscurt.nec într-un folder cu numele dumneavoastră.

În continuare se vor face modificări asupra codului pentru o antena dipol în scurt conform

indicaŃiilor următoare:


conform Fig.4.2 .

Fig.4.2 Fereastra de generare a elementului antenei

Dublu click pe linia GE – End Geometry. În fereastra apărută se vor face modificări

conform Fig.4.3 .


32

Fig.4.3 Fereastra End Geometry


modificări conform Fig.4.4 .

Fig.4.4 Fereastra de specificare a frecvenŃei




33

Fig.4.5 Fereastra de editare a coordonatelor diagramei de radiaŃie

Dublu click RP pe a doua linie RP – Radiation Patern. În fereastra apărută se vor face


Fig.4.6 Fereastra de editare a coordonatelor diagramei de radiaŃie


34

Dupa toate aceste modificari se rulează programul prin click pe butonul RunNec.

Se apasa orice tasta pentru a merge mai departe!

În Comands-> Necvu se poate observa configuraŃia antenei dipol scurt.

Fig. 4.7 Antena dipol scurt


Rectangular Plot. Se alege Input Impedance şi se apasă OK, conform Fig.4.8 .

Fig.4.8 Fereastra Rectangular Plot


35


intrare a antenei, conform Fig.4.9 .

Fig.4.9 Alegerea părtii reale şi imaginare a impedantei de intrarea pentru reprezentarea

grafică

B.4 Ce se observă? Valorile obŃinute coinci cu valorile deduse analitic în cazul elementului

de curent?

B.5 Care este rezistenŃa echivalentă a acestei antene? Ce se observă?

B.6 Stiind că din punct de vedere a radiaŃiei, diagrama de radiaŃie a dipolului scurt este

identică cu ce a elementului de curent, caracteristica de radiaŃie fiind F(θ)=|sin θ |, calculaŃi

analitic câştigul antenei şi comparati-l cu cel obŃinut cu ajutorul Programuli GNEC.

Ce valoare are unghiul la -3dB? Ce observaŃi?


după care conform Fig.4.10 se alege Power Gains.

Fig.4.10 Selectarea tipului de reprezentare

După selectarea Power Gains se

alege frecvenŃa dorită pentru reprezentarea

diagramei de radiaŃie şi se da click pe

Generate Graph pentru reprezentarea

diagramei de radiaŃie.


36


37

LAB 5 + LAB 6


38


39

Dipolul repliat A. Introducere teoretică

În această lucrare se urmăreste calcularea impedantei de intrare pentru o antena dipol

repliat (Folded Dipole Antenna). Pentru a se putea calcula această impedanŃă se descompune

problema în doua subprobleme, una de mod par şi una de mod impar, in final aplicandu-se

principiul suprapunerii efectelor.

Fig.5.6.1 Antena dipol repliat – circuitul echivalent


40

Modul par

Fig.5.6.2 Modul Par

Se constată un dipol simplu ale carui braŃe

sunt constituite din câte doua ramuri

parcurse de 2 curenti I1, ambii în acelaşi

sens; asadar modul par este radiant,

contribuŃiile curenŃilor în câmp îndepărtat

însumându-se.

Modul impar

Fig.5.6.3 Modul impar

Se constată că modul impar nu conduce la

radiaŃie de energie electromagnetică, acesta

fiind un mod neradiant deoarece în acest caz

cele doua ramuri paralele sunt parcurse de

curenŃi egali în modul dar de sens contrar.

Circuitul fiind echivalend cu doua linii de

transmisiune în scurtcircuit.


41

Din analiza de mai sus, rezultă că modul par este responsabil de partea reală (rezistenŃa

de radiaŃie) a impedanŃei de intrare a dipolului repliat. În cazul modului impar, impedanŃa de

intrare, va fi una pur imaginară ca în cazul liniilor.

Presupunând că antena de radiaŃie se află la rezonanŃă , rezistenŃa de radiaŃie a unui dipol

simplu, corespunzătoare modului par are formula:

1

'4a

VR

I= (5.6.1)

Pe de altă parte rezistenŃa de radiaŃie a dipolului repliat are formula:

1

4 'a a

VR R

I= = (5.6.2)

I2=0 la rezonanŃă.

Astfel, rezistenŃa de radiaŃie a unui dipol repliat este de 4 ori mai mare decât cea a unui

dipol simplu.

Partea reactivă se calculează ca fiind suma dintre reactanŃa dipolului simplu

corespunzătoare modului par şi reactanŃa de intrare corespunzatoare modului impar, adică a celor

două tronsoane de linie in scurt circuit.


B.1 Să se reprezinte şi să se analizeze impedanŃa de intrare a antenei dipol repliat în

spatiul liber, făcându-se o comparaŃie cu cazul antenei dipol simplu studiată în laboratorul

nr.2 .

După ce se deschide din folderul EXAMPLES programul DIPOLE.nec se salvează

proiectul cu denumirea dipolrepliat.nec într-un folder cu numele dumneavoastră.

În continuare se vor face modificări asupra codului pentru o antena dipol repliat conform

indicaŃiilor următoare:

Se vor pune doi dipoli în paralel la o distanŃă de 0,05λ. (5 cm).


42

Se va copia linia GW şi se vor adăuga suplimentar trei linii GW pentru configurarea

corectă a antenei dipol repliat.

Dublu click pe prima linie GW – Generate Wire. În fereastra apărută se vor face


Fig.5.6.4 Generarea elementului 1- Wire 1

Dublu click pe linia 2 GW – Generate Wire. În fereastra apărută se vor face modificări

conform Fig.5.6.5 .

Fig.5.6.5 Generarea elementului 2 –Wire 2


43


conform Fig.5.6.6 .

Fig.5.6.6 – Generarea elementului e – Wire 3


conform Fig.5.6.7 .

Fig.5.6.7 Generarea elementului 4 – wire 4


44

Dublu click pe lini EG – End Geometry pentru a se stabili o antena dipol repliat în spatiu

liber. În fereastra apărută se vor face modificări conform Fig.5.6.8.

Fig.5.6.9 – Fereastra EndGeometry


modificări conform Fig.5.6.10.

Fig.5.6.10 Fereastra de specificare a frecventei


modificări conform Fig.5.6.11.


45

Fig.5.6.11 Fereastra de editare a coordonatelor diagramei de radiatie

Dublu click pe linia 2 RP – Radiation Patern. În fereastra apărută se vor face modificări

conform Fig.5.6.12 .

Fig.5.6. 12 Fereastra de editare a coordonatelor de radiaŃie


46

Dupa toate aceste modificari se rulează programul prin click pe butonul RunNec.

Se apasă orice tastă pentru a merge mai departe!

În Comands-> Necvu se poate observa configuraŃia antenei dipol repliat.

Fig.5.6.13 Antena dipole repliat


Rectangular Plot. Se alege Input Impedance şi se apasă OK, conform Fig.5.6.14 .

Fig.5.6.14 Fereastra Rectangular Plot


47


intrare a antenei, conform Fig.5.6.15 .

Fig.5.6.15 Alegerea părtii reale şi imaginare a impedantei de intrarea pentru reprezentarea

grafică

B.2 ReprezentaŃi şi analizaŃi diagrama de radiaŃie în planul orizontal şi vertical.


după care conform Fig.5.6.16 se alege Power Gains.

Fig.5.6.16 Selectarea tipului de reprezentare


radiaŃie şi se da click pe Generate Graph pentru reprezentarea diagramei de radiaŃie.

B.3 Care este valoarea castigului şi unghiul la – 3dB pentru antena dipol repliat la o

frecvenŃa de rezonanŃă de 300 MHz? Ce observaŃi?


48


49

LAB 7


50


51

Antena monopol A. Introducere teoretică

În analiza antenei monopol se pleaca de la convenŃia unui plan de masă perfect conductor

şi infinit. Efectul de imagine face ca elementul radiant al monopolului împreună cu imaginea sa

în planul de masă să constituie o antena dipol.

Fig.7.1 Antena monopol. Efectul de imagine


52

Ambele antene sunt parcurse de acelaşi curent, antena monopol fiind excitată de un

generator cu Vg, iar cea dipol cu 2 Vg.

/4

m

rm

in

dP dG

Pπ

Ω= (7.1)

/4

m

rm

in

dP dG

Pπ

Ω= (7.2)

În ambele cazuri Pr este aceeaşi întrucât curentul ce parcurge antena este acelaşi, câmpul

electric radiat a celor două antene este identic, iar puterea radiată este proporŃională cu E2

(Pr ≈ E2) .

În cazul în care planul de masa al antenai monopol are dimensiuni reduse devine

important efectul difracŃiei câmpului electromagnetic pe planul de masă. DifracŃia este legată de

existenŃa unor discontinuităŃi în mediul de propagare. ConsecinŃa este pe de o parte modificarea

diagramei de radiaŃie şi chiar apariŃia unor lobi sub planul de masă, şi pe de altă parte caracterul

infinit are influenŃă şi asupra impedanŃei, aceasta se poate considera neglijabilă atunci când

dimensiunile planului de masa > 1,5λ.

Fig.7.2 (a) Monopol pe plan de masă infinit (b) Monopol pe plan de masă finit

Avantajul antenei monopol cel mai important este posibiliatatea utilizării cablului coaxial

întru-cât atât antena cât şi cablu sunt asimetrice. În cazul antenei dipol se deformează diagrama

de radiaŃie datorită efectului curenŃilor care se închid pe exteriorul cablului coaxial. Un dipol

trebuie alimentat mereu printr-o linie de transmisiune simetrică.

0m gP V I= (7.3)


53

02d gP V I= (7.4)

Din formulele (7.3) şi (7.4) rezultă

2m dG G= (7.5)

3

[ ] [ ] 10log 2m d

dB

G dB G dB= +123

(7.6)

2d

m

in

in

ZZ = (7.7)

De aceea impedanŃa caracteristica a cablului de alimentare pentru antena monopol,

trebuie aleasa la jumatatea celor folosite pentru alimentarea antenelor dipol. Valoare uzuală a

impedanŃei caracteristice petru antena monopol este:


B.1 Să se reprezinte şi să se analizeze impedanŃa de intrare reală şi imaginară a antenei

monopol, utilizând programul antenei dipol în spatiu liber optimizat pentru rezonanŃă la 300

MHz.

După ce se deschide din folderul EXAMPLES programul DIPOLE.nec se salvează

proiectul cu denumirea monopol.nec într-un folder cu numele dumneavoastră.

În continuare se vor face modificări asupra codului pentru o antenă monopol.


conform Fig.7.3.


54

Fig 7.3 Generarea elementului antenei

Dublu click pe linia EG – End Geometry pentru a se stabili un plan de masă. În fereastra

apărută se vor face modificări conform Fig.7.4.

Fig.7.4 Fereastra End Geometry

Dublu click pe linia GP – Ground Parameters pentru a se stabili un plan de masă perfect

conductor. În fereastra apărută se vor face modificări conform Fig.7.5.


55

Fig. 7.5 Fereastra de stabilire a parametrilor planului de masă


modificări conform Fig.7.6.

Fig 7.6 Stabilirea benzii de frecvenŃă ce urmează a fi analizată


modificări conform Fig.7.7

Fig.7.7 Fereastră de editare a coordonatelor diagramei de radiaŃie


modificări conform Fig.7.8.


56

Fig.7.8 Fereastra de editare a coordonatelor diagramei de radiatie

Dupa toate aceste modificări se rulează programul prin click pe butonul RunNec.

Se apasă orice tastă pentru a merge mai departe!

În Comands-> Necvu se poate observa configuraŃia antenei monopol.

Fig.7.9 Antena monopol


57


Rectangular Plot. Se alege Input Impedance şi se apasă OK, conform Fig.7.10 .

Fig.7.10 Fereastra Rectangular Plot


intrare a antenei, conform Fig.7.11 .

Fig.7.11 Alegerea părtii reale şi imaginare a impedantei de

intrarea pentru reprezentarea grafică

B.2 Să se observe şi să se noteze valoarile reală şi imaginară ale impedanŃei de intrare a

antenei monopol la frecvenŃa de rezonanŃă şi să se compare aceste valori cu cele obtinute in

cazul unui dipol simplu studiat in Laboratorul nr.2.


58

B.3 ReprezentaŃi şi analizaŃi diagrama de radiaŃie în planul orizontal şi vertical. Ce se

observă?


după care conform Fig.7.12 se alege Power Gains.

Fig.7.12 Selectarea tipului de reprezentare


radiaŃie şi planul în care se doreşte reprezentarea şi se dă click pe Generate Graph pentru

reprezentarea diagramei de radiaŃie.

B.4 Care este valoarea câştigului şi unghiul la – 3dB pentru o antena monopol, pe un plan

de masă perfect conductor, optimizată la o frecvenŃa de rezonanŃă de 300 MHz?

Laborator AP

Documents

Transcript of Laborator AP