Sprawozdanie cw5 Dobór zysku energetycznego anteny odbiorczej w oparciu o pomiary poziomu sygnału użytecznego, obliczenia propagacyjne oraz bilans łącza radiowego. PDF

Preview

Summary

Dobór zysku energetycznego anteny odbiorczej w oparciu o pomiary poziomu sygnału użytecznego, obliczenia propagacyjne oraz bilans łącza radiowego....

Description

Specjalność:

Nazwa zajęć:

TERMIN

LABORATORIUM ANTEN

TSI

Poniedziałek

N 13:15 – 16:00

Osoby wykonujące ćwiczenie: 1. 2.

Nr Grupy

Kamil Koter 227036 Jakub Rosa 226896

4

Tytuł ćwiczenia: Dobór zysku energetycznego anteny odbiorczej w oparciu o pomiary poziomu sygnału użytecznego, obliczenia propagacyjne oraz bilans łącza radiowego. Sprawozdanie opracował Data wykonania ćwiczenia

Kamil Koter 227036 23 października 2017

Data oddania sprawozdania

06 listopada 2017

Prowadzący

Dr hab. inż. Piotr Słobodzian

UWAGI (wypełnia prowadzący):

Nr ćwiczenia

5 OCENA

1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą doboru zysku anten odbiorczych stosowanych w istniejących systemach radiokomunikacyjnych (np. radiofonicznych i telewizyjnych) w oparciu o dane uzyskane poprzez pomiar poziomu sygnału użytecznego i/lub obliczenia propagacyjne[1].

2. Spis przyrządów i aparatury o Antena DAMZ-4 (1) o Digital TV ANALYZER Mini S2CT (2) o Kabel(3)

3. Schemat układu pomiarowego

Rysunek 1. Schemat układu pomiarowego.

4. Opis przedmiotu badań Przedmiotem badań było wyznaczenie minimalnego zysku energetycznego anteny, który zapewni dobry jakość odbioru transmisji. Zysk energetyczny anteny jest zależny od jej kierunkowości i strat energetycznych anteny wynikających z materiału, z którego jest wykonana.

5. Wyniki pomiarów i obliczeń a) Wyniki pomiaru dla stacji nadawczych: Wykonaliśmy pomiary dla następujących stacji nadawczych: o DS Kredka o Sky Tower

Parametry dla DS Kredka: Położenie: 51°06 ′ 53″ N, 17°03 ′ 00 ″E Wysokość systemu antenowego TV: 90 m.n.p.t. Odległość od odbiorcy: 0,5 km Tabela1. Poziom sygnału odebranego ze stacji nadawczej DS Kredka. Kredka

Kanał 42

Częstotliwość [MHz] 642

Uo[dBuV]

P[kW]

57,7

5

UTV [dBuV] 48

Go 9,129

Gx [dB] -0,571

Parametry dla Sky Tower: Położenie: 51°05’40″ N, 17°01’08″E Wysokość systemu antenowego TV: 212 m.n.p.t. Odległość od odbiorcy: 3,3 km

Tabela2. Poziom sygnału odebranego ze stacji nadawczej Sky Tower. Sky Tower

Kanał 24

Częstotliwość [MHz] 498

Uo[dBuV]

P[kW]

50

2

UTV [dBuV] 48

b) Symulacje przeprowadzone przez program PIAST: Konifguracja programu piast dla nadajnika DS Kredka:

Go 8,475

Gx [dB] 6,475

Tabela 3. Symulacyjne obliczenia zysku z nadajnika DS. Kredka. Natężenie pola E [dBuV/m]

Natężenie pola E [mV/m]

108

251,189

Uo [dBuV] 57,7

Uo [mV]

P [nW]

Wi [uW/m^2]

0,76

7,851

167,363

A[m^2] 4,69* −5

10

Go[W/W ]

Go [dBi]

0,0027

-25,69

Tabela 4. Symulacyjne obliczenia zysku z nadajnika Sky Tower. Uo [dBuV Natężenie pola E [dBuV/m] Natężenie pola E [mV/m] ]

84

15,85

50

Uo [mV]

P [nW]

0,316 1,333

Wi A [uW/m^2] [m^2] 0,66

2*10-3 0,0693

Tabela 5. Porównanie szukanych zysków. Nadajnik

Kanał

DS Kredka Sky Tower

42 24

Częstotliwość [Mhz 642 498

Szukany zysk Gxpomiary [dBi] -0,571 6,475

Go [W/W]

Szukany zysk Gxsymulacja [dBi] -25,69 -11,6

Opis oznaczeń tabel: E - natężenie pola, Uo - poziom sygnału na wyjściu anteny, P - moc, Wi - gęstość mocy, A - powierzchnia skuteczna anteny, Go - zysk anteny odbiorczej (dane zaczerpnięte z tabeli zysku anteny DAMZ-4).

6. Niezbędne wzory i przykładowe obliczenia 1. Wzory niezbędne do obliczeń:

Gx- szukany zysk anteny 2. Zamienianie jednostek we wzorze na szukany zysk energetyczny Gx: W kolejnym kroku nasz miernik szukane Gx wyświetla w [dBuV] należy zatem zamienić napięcie na moc z następujących wzorów U2 /10 log R 10 log P TV =20 log U TV −10logR zatem:

G x =PTV [ dBW ]−P0 [dBW ]+G 0 , P=

G x =20 logU TV −10 logR−20 log U 0+10 logR+ G 0=20 logU TV −20 log U 0 + G 0 U U 20 log =20 log =20 log ( U ) −20 log ( 1∙ 10−6 ) =20 log( U ) +120 −6 1 μV 1 ∙10

( )

(

)

20 log ( U )=20 log

( 1 UμV )−120=¿ U [ dBV ] =U [ dBμV ] −120

G x =U TV [ dBμV ] −120−U 0 [ dBμV ]+120+G 0 zatem szukane Gx : G x =U TV [ dBμV ] −U 0 [ dBμV ] +G 0

3. Wzory wykorzystane do obliczeń na podstawie pomiarów z programu PIAST:

P=

2 U wyj [W ] R

- moc

E=20∗lo g 10 ( U ) [ W i=

A=

dBuV ] m

- natężenie pola elektrycznego

E2 W [ ] 120 π m2

- gęstość mocy

P 2 [m ] Wi

Go=

- powierzchnia skuteczna anteny

A∗4 π W [ ] W λ2

- zysk energetyczny anteny

G o [ dBi ]=10∗lo g10 (Go)

- zysk energetyczny anteny w dBi

Przykładowe obliczenia dla DS. Kredka: Impedancja odbiornika wykorzystanego w ćwiczeniu R=75Ω, E=20∗lo g 10 ( U ) =108

❑

U wyj =57,7 [ dBuV ]=10

[

]

dBuV =10 m

57,7− 120 [ V ] 20

108−120 20

=1 0

−62,3 20

[ ]

V =E=¿ 0,251189 m

[ ] V m

[ V ]=0,000767361 [ V ]

2

U wyj 0,0007 673612 = W =0,000000007851[ W ]=7,851 [nW ] [ ] P= 75 R

[ ]

1 08

[ ]

1 0 10 ∗1 0−12 W uW E2 W = W i= =0,000 167363 2 =167,363[ 2 ] 377 120 π m 2 m m P [ 2 ]= 4,69116∗10−5 [m 2 ] m A= Wi

300 642 ¿ ¿ ¿2 ¿ −5 A∗4 π W 4,69116∗10 ∗4 π = Go= ¿ W λ2 G o [ dBi ]=10∗lo g 10 ( Go) =10∗lo g10( 0,0027) =− 25 , 69[ dBi ]

[ ]

7. Opis normy Dla Polski poziomy normy zgodnie z nr normy. PN-EN 60728-1, PN-EN 60728-5 zdefiniowane dla schematu nadawania (modulacja 64-QAM, FEC 3/4) wynoszą minimum 48dBμV sygnału odbieranego na wyjściu anteny dla dobrej jakości odbioru[3].

8. Wnioski Wykonaliśmy pomiary zysku energetycznego anteny odbiorczej DAMZ-4 dla dwóch stacji nadawczych: DS Kredka i Sky Tower. Najlepszy zysk uzyskaliśmy dla stacji nadawczej DS Kredka, wynika to z tego że stacja ta znajdowała się w blisko anteny odbiorczej (ok 0.5km). Wyniki na podstawie naszych pomiarów są mniejsze niż te, które otrzymaliśmy przy wykorzystaniu symulacji w programie PIAST i znacząco odbiegają od wartości zmierzonych, wynika to z tego, że nasz sygnał mierzony był odbity od budynku c-7. Natomiast symulacja w programie PIAST nie uwzględnia panujących warunków atmosferycznych oraz tłumienia elementów stojących na przeszkodzie anteny. Bibliografia: [1] Instrukcja do ćw. 5 – „Dobór zysku energetycznego anteny odbiorczej w oparciu o pomiary poziomu sygnału użytecznego, obliczenia propagacyjne oraz bilans łącza radiowego.” [2] Książka „Anteny i rozchodzenie się fal radiowych” Daniel J.Bem [3] https://www.emitel.pl/fileadmin/user_upload/PDF/WTE_AIZ_w0_3.pdf...