WCOM2-Praktikum 4 Antenna Matching mit NWA

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1 ZHAW WCOM2, FS2017, Rumc, 1 1. Einleitung WCOM2-Paktikum 4 Antenna Matching mit NWA In diesem Paktikum wid eine Monopol-Antenne auf die gewünschte Fequenz abgestimmt und an die 50Ω Zuleitung angepasst. Fü das Antennen-Matching wid ein NetWok Analysato (NWA) eingesetzt, mit dem de Reflexionsfakto bzw. de Steupaamete S 11 gemessen weden kann. 2. Aufgabenstellung a) Lesen Sie sich mit Hilfe de folgenden Untelagen ins Thema ein: Beilage 1 zum Reflexionsfakto von D. W. Baumbege Seite 3 unten Steu- bzw. S-Paamete beim Zweito: Beilage 2 zum Smith-Diagamm von D. W. Baumbege Seite 5 unten ode Anfang von Bestimmen Sie die Punkte = -1 (Kuzschluss), = 0 (pefekte 50Ω-Anpassung) und = 1 (Leelauf) im Smith-Diagamm. b) Machen Sie sich mit dem NWA vetaut, indem Sie die Reflexion IS 11 I am Eingang des beeitliegenden, mit 50Ω abgeschlossenen Tiefpass-Filtes im Beeich von MHz messen. Kalibieen Sie den NWA zuest mit dem Kalibie-Set auf den Filte-Eingang. Betachten Sie dann die Messung in den Ansichten log mag und smith chat und intepetieen Sie die Messung. Wenn Sie Wate-Zeit haben: - Messen Sie die Tansmission IS 21 I des Filtes. Wie goss ist die Dämpfung im Duchlass- und im Spebeeich? - Messen Sie die Reflexion und die Resonanz-Fequenz am Antenneneingang de gossen VHF-Gound-Plane-Antenne. c) Messen Sie den Reflexionsfakto de am Abeitsplatz beeitliegenden Monopol-Antenne im (gossen) Fequenzbeeich von 500 MHz bis 1.5 GHz. Gehen Sie dafü wie folgt vo: - Kalibieen Sie die Antenne mit einem Kuzschluss am Antennen-Fusspunkt, bevo Sie die Dahtantenne einlöten (scale efeence, electical delay). - Längen Sie die Dahtantenne auf 10 cm ab und löten Sie sie ein. Wo liegt die Resonanzfequenz f bzw. wo ist die Reflexion IS 11 I < -10 db? - Küzen Sie die Länge de Dahtantenne in kleinen Schitten, bis die Resonanzfequenz bei ca. 868 MHz liegt. - Vegewissen Sie sich, dass die Dahtlänge ca. λ/4 und de Fusspunkt-Widestand de Antenne ca. 36Ω betägt, Definition Fusspunkt-Widestand siehe auch

2 ZHAW WCOM2, FS2017, Rumc, 2 d) Dimensionieen Sie das folgende Anpassnetzwek zwischen dem Fusspunkt de Monopol-Antenne und dem 50Ω Antennenkabel. 50Ω -> C L Z Ant.-Fusspunkt Lassen Sie sich auch noch zeigen, wie die Anpassung mit dem MWO -Tool beechnet weden kann. e) Übepüfen Sie die Antennenanpassung am Antennenstecke mit eine weiteen Reflexionsmessung und koigieen Sie die Anpassung allenfalls. f) Machen Sie mit Hilfe eine zweiten, angepassten 868 MHz Monopol-Antenne eine Tansmissionsmessung auf eine Distanz von d = 1 m und vegleichen Sie den Feifeld- Velust mit dem theoetischen Wet. Schätzen Sie den Antennengewinn ab. Achtung: Mit einem Abstand von d = 1 m ist man nu knapp im Fenfeld. Wenn de Abstand d vegösset wüde, wid die Fenfeld-Annahme zwa besse, die Feifeld- Annahme abe schlechte. g) Messen Sie den Antennengewinn mit Hilfe eines Signalgeneatos, eines Spektum- Analysatos und eine 868 MHz Refeenzantenne mit bekanntem Gewinn G. Übelegen Sie sich auch, wie de Antennengewinn G in eine Absobe-Kamme gemessen wid. h) Die Anpassung de λ/4-monopol-antenne mit einem (idealen) Fusspunkt-Widestand von ca. 36Ω an die 50Ω-Zuleitung ist elativ unpoblematisch bzw. müsste nicht unbedingt gemacht weden. Andes sieht es bei andeen Antennen bzw. Fusspunkt-Impedanzen aus. Realisieen Sie bitte eine λ/6-monopol-antenne fü 868 MHz, indem Sie sie so gut wie möglich an die 50Ω-Zuleitung anpassen. In wid die Wikung veschiedene, einfache Anpassnetzweke im Smith-Diagamm aufgezeigt. Inteessant sind insbesondee die Diagamme mit den vebotenen Zonen am Schluss des Atikels. Altenative: Knicken Sie die λ/4-monopol 868MHz Antenne auf ca. 1 cm Höhe echtwinklig ab und passen Sie sie wiede an die 50Ω-Zuleitung an.

3 ZHAW WCOM2, FS2017, Rumc, 3 Beilage 1: Gundlagen de HF-Messtechnik: Beilage zum HF-Kompaktkus fü tpc AG Wene Baumbege, 6. Novembe De Reflexionsfakto Bei hohen Fequenzen misst man statt Impedanzen ode Admittanzen Reflexionsfaktoen. Im Gegensatz zu Impedanzen, welche übe Spannungen und Stöme definiet sind und bei hohen Fequenzen nu schwe diekt gemessen weden können, ist de Reflexionsfakto fü beliebige Wellenleite definiet und kann mit Hilfe eines Richtkopples ( ) und Pegeldetektoen diekt gemessen weden. Definiet ist de Reflexionsfakto als Quotient von ücklaufende zu volaufende Wellenstäke; letztee ist popotional zu Wuzel aus de Wellenleistung. Fig. 1 Beliebige Last an Signalquelle, vo- und ücklaufende Wellen Mit den Leistungen vo- und ücklaufende Wellen gemäss Fig. 1 ist de Betag des Reflexionsfaktos wie folgt definiet: P b (1) P a Eine komplexe Definition fü das Zweileitesystem de Fig. 1 ist wie folgt: U b (2) U a Bemekung 1: Diese Definition behält ihe Gültigkeit fü beliebige Wellenleite, wenn anstelle de Spannungen die tansvesalen Feldkomponenten (E- ode H-Feld, je nach Modus) eingesetzt weden. Bemekung 2: Da e ein Quotient aus Wuzeln von Leistungen ist, muss fü die Dastellung in db nach de Logaithmieung mit Fakto 20 multipliziet weden. ( db) 20log( ) (3) De Betag des Reflexionsfaktos ändet sich entlang eine velustlosen Leitung nicht. Seine Phase hat eine Otsabhängigkeit mit de Peiodizität eine halben Wellenlänge.

4 ZHAW WCOM2, FS2017, Rumc, 4 Einem Reflexionsfakto entspicht in einem Zweileitesystem (wo Spannung und Stom definiet sind) eine Impedanz, es gilt: Z R W esp. Z R W 1 Z R W 1 Andes gesagt: eine gegebene Impedanz ezeugt auf einem Wellenleite einen spezifischen Reflexionsfakto, de vom Wellenwidestand abhängt. Folgende Spezialfälle sind ewähnenswet: Ein ein eelle Widestand, de dem Wellenwidestand des Wellenleites entspicht, ezeugt einen Reflexionsfakto von 0; man sagt, die Leitung sei eflexionsfei abgeschlossen. Jede Lastimpedanz ohne Realteil, also jede ein eaktive Last (Kapazität, Induktivität), ezeugt einen Reflexionsfakto mit Betag 1; dies, weil eine Reaktanz keine Leistung absobieen kann (nu eflektieen). Ein Kuzschluss ezeugt = -1, ein Leelauf = 1. (4) 4.1 Die Rückflussdämpfung Den negativen logaithmieten Betag des Reflexionsfaktos (in db) nennt man Rückflussdämpfung ode etun loss. a 20log (5) Eine Rückflussdämpfung von a = 20 db bedeutet, dass die von eine Last eflektiete Welle eine um 20 db geingee Amplitude als die einfallende Welle aufweist. De Reflexionsfakto diese Last betägt somit = 0.1 (deen Phase ist hie ohne Bedeutung). 4.2 Das Stehwellenvehältnis Das Stehwellenvehältnis s (auch VSWR, voltage standing wave atio) besitzt denselben Infomationsgehalt wie de Betag des Reflexionsfaktos. Seine Definition geht auf eine histoische Technik zu Emittlung des Amplitudenvehältnisses vo- und ücklaufende Wellen zuück: die Messleitung. Das Stehwellenvehältnis s wid heute totz seine veloen gegangenen messtechnischen Bedeutung nach wie vo oft anstelle des Reflexionsfaktos angegeben. De Zusammenhang zwischen s und ist wie folgt: s 1 1 esp. s 1 (6) s 1 Ein Stehwellenvehältnis von s=1 bedeutet Anpassung, also =0. Totaleflexion ( =1) egibt ein Stehwellenvehältnis s=. Sowohl die Rückflussdämpfung wie auch das Stehwellenvehältnis bescheiben im Gehalt dasselbe wie de Reflexionsfakto.

5 ZHAW WCOM2, FS2017, Rumc, 5 Beilage 2: Das Smith-Diagamm: Beilage zum Kus HFG Gundlagen de Hochfequenztechnik D. Wene Baumbege, 14. Septembe 2014

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