SCHWARZBECK MESS - ELEKTRONIK An der Klinge 29 D Schönau Tel.: 06228/1001 Fax.: (49)6228/1003

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1 Technische Daten: Specifications: Linear polarisierte Mikrowellen- Bikonus-Breitbandantenne Linear polarised microwave biconical broadband antenna Frequenzbereich nominell: 3-18 GHz Nominal Frequency range: Frequenzbereich nutzbar: 1-18 GHz Useable Frequency range: Anschluß: Buchse 50 Ω N Connector: female Befestigungsrohr: LH=560mm, d=22 mm Mounting tube: Rastring: LR=190mm Index Ring: Elementlänge gesamt: LE =20 mm Element length total: Elementdurchmesser: D = 9 mm Element diameter: Isotropgewinn: typ dbi Isotropic gain: ( GHz) Antennenwandlungsmaß: db/m Antenna Factor: SWR typ.: SWR typ.: (4-18 GHz) Balun (verlustarm): 1:1 Balun (low loss): Inversionssymmetrie: typ. < 0.5 db Inversion Symmetry: (3-18 GHz) Kreuzpolarisation: < - 20 db Cross Polarisation Rejection: Max. Eingangsleistung: 10 W Max. Input Power: Halbwertsbreite E-Ebene: Half-Power Beamwidth (E-plane): Gewicht: 420 g Weight: Beschreibung Die SBA 9112 wurde entwickelt, weil oberhalb von 3 GHz weltweit keinerlei kalibrierte Breitbandantennen mit Rundstrahl- bzw. Dipolcharakteristik verfügbar waren. In Verbindung mit der SBA 9113 kann nun der Frequenzbereich von GHz mit hervorragender Antennenqualifikation bearbeitet werden. Mit gewissen Einschränkungen (höheres Wandlungsmaß und VSWR, reduzierte Symmetrie) läßt sich die SBA 9112 sogar ab 1 GHz verwenden. Die Eignung von Messplätzen oberhalb 1 GHz kann mit den üblichen, gerichteten Antennen (Log.-Per. oder Hornantennen) nur unzureichend beurteilt werden, da diese Gewinnantennen aufgrund ihres gebündelten Richtdiagramms die Eigenschaften des Messplatzes "ausblenden". Description The SBA 9112 was designed because of the worldwide unavailability of omnidirectional or dipole-like broadband antennas operating above 3 GHz. In combination with the SBA 9113 a frequency range from 0.5 to 18 GHz can be covered with excellent antenna performance. Accepting some limitations (i.e. Antenna Factor and VSWR increase, symmetry reduction) the SBA 9112 can be used from 1 GHz on. The validation of test sites with commonly used Microwave antennas (e.g. Log.-Per. or Horn Antennas) leads to insufficient results, since these directive gain antennas with concentrated directional pattern do not take the test site characteristics into account.

2 Anwendung Die häufigsten Anwendungen der Mikrowellen- Bikonusantenne sind die Qualifizierung von Messplätzen, die (frequenzselektive) Messung von Feldstärken, sowie die Erzeugung definierter Feldstärken (z.b. ERP oder EIRP). Durch die große Bandbreite entfällt im Vergleich zum Halbwellendipol der zeitraubende Elementwechsel, Messungen können sehr komfortabel im Wobbelverfahren durchgeführt werden. Aufgrund des dipolähnlichen Richtdiagramms, des festen Phasenzentrums und der hohen Belastbarkeit kann die SBA 9112 in vielen Anwendungen abgestimmte Halbwellendipole ersetzen. Für Emissionsmessungen an Prüflingen ist die SBA 9112 nicht vorgesehen, da bei den sehr niedrigen Emissionsgrenzwerten ein möglichst geringer Antennenfaktor (Horn- oder Log.-Per. Antenne) erwünscht ist. Die SBA 9112 eignet sich z.b. auch ideal als (hochlineare) Breitband-Nahfeldsonde aufgrund der geringen Abmessungen. Application The typical applications of the microwave biconical Antenna are the evaluation of test sites, the (frequency selective) fieldstrength measurement and the generation of defined fieldstrength (e.g. ERP or EIRP). Thanks to the wide bandwidth there is no need for a time consuming change of the antenna elements as required when operating with tuned half-wave dipoles. The biconical elements allow a continuos sweep over the complete frequency range. Because of the dipole-like directional pattern, the fixed phase center and the high power handling capability the SBA 9113 may replace tuned half-wave dipoles in many applications. The SBA 9112 is not intended for emission testing with very low limits, horn and Log.-Per. Antennas are better matched for this purpose because of their better antenna factor. A typical application of the SBA 9112 is the use as a (highly linear) broadband nearfield probe thanks to its small dimensions. Frequency Distance Wavelength Attenuation Gain(Isotr.) Gain(Dipole) Ant.-Factor MHz m m db dbi dbd db/m MHz m m db dbi dbd db/m

3 Frequency Distance Wavelength Attenuation Gain(Isotr.) Gain(Dipole) Ant.-Factor MHz m m db dbi dbd db/m MHz m m db dbi dbd db/m

4 Frequency Distance Wavelength Attenuation Gain(Isotr.) Gain(Dipole) Ant.-Factor MHz m m db dbi dbd db/m MHz m m db dbi dbd db/m

5 Frequency Distance Wavelength Attenuation Gain(Isotr.) Gain(Dipole) Ant.-Factor MHz m m db dbi dbd db/m MHz m m db dbi dbd db/m

6 5 Isotropgewinn 0-5 Isotropic Gain [dbi] Frequency [MHz] 75 Antennen-Wandlungsmaß 70 Antenna Factor [db/m] Frequency [MHz]

7 Anforderungen an das Richtdiagramm gem. CISPR In CISPR werden Anforderungen an die Richtdiagramme der Breitband- Bikonusantennen gestellt, die zur Beurteilung des Messplatzes über 1 GHz verwendet werden. Dabei kommen zwei unterschiedliche Verfahren zur Anwendung: In der E-Ebene werden wie allgemein üblich normierte Richtdiagramme verwendet (d.h. das Maximum des Richtdiagramms entspricht 0 db, alle anderen Werte sind negativ). Im Gegensatz hierzu wird in der H-Ebene eine Mittelwertbildung über einen Winkelbereich vorgenommen. Der so gewonnene Mittelwert dient als Bezugswert 0 db, wobei das Richtdiagramm nun positve und negative Werte annehmen kann. Für die E-Ebene sind sogenannte "verbotene Bereiche" definiert, die eine maximale Ablage von +/- 15 von der geometrischen Hauptstrahlrichtung (0 bzw. 180 ) der Antenne haben dürfen. Das 8-förmige Richtdiagramm darf die verbotenen Bereiche M1 und M2 nicht schneiden. Die SBA 9112 erfüllt sämtliche Anforderungen aus CISPR sowohl für die E-Ebene als auch die H- Ebene ohne Einschränkung. Pattern Requirements acc. to CISPR CISPR describes detailed pattern requirements for the biconical broadband antennas, which are used for test site evaluation above 1 GHz. Two different methods have to be applied: In the E- plane pattern the normalized directional pattern is used, i.e. the maximum pattern value is the 0 db reference, all other values are negative. The situation for the H-plane pattern is different: An average value over an angular range must be determined, which acts as the 0 db reference. The resulting H-plane pattern contains both, positive and negative numbers. There are so called "forbidden areas" defined for the E-plane, which may have a maximum deviation of +/- 15 from the boresight direction (0 or 180 ). The 8- shaped pattern must not intersect the forbidden areas M1 and M2. The SBA 9112 is fully compliant to the CISPR requirements for both E- and H- plane without any restrictions. E-plane "Forbidden Area"

8 E-Ebene / E-Plane 1 GHz E-Ebene / E-Plane 2 GHz E-Ebene / E-Plane 3 GHz E-Ebene / E-Plane 4 GHz E-Ebene / E-Plane 5 GHz E-Ebene / E-Plane 6 GHz

9 E-Ebene / E-Plane 7 GHz E-Ebene / E-Plane 8 GHz E-Ebene / E-Plane 9 GHz E-Ebene / E-Plane 10 GHz E-Ebene / E-Plane 11 GHz E-Ebene / E-Plane 12 GHz

10 E-Ebene / E-Plane 13 GHz E-Ebene / E-Plane 14 GHz E-Ebene / E-Plane 15 GHz E-Ebene / E-Plane 16 GHz E-Ebene / E-Plane 17 GHz E-Ebene / E-Plane 18 GHz

11 120 3 db Öffnungswinkel E-Ebene db Beamwidth E-Plane [ ] Frequency [GHz] Frequenz Halbwertsbreite (- 3 db) Frequency Half-Power Beamwidth [GHz] [ ]

12 Anforderungen an das Richtdiagramm gem. CISPR Im Gegensatz zur allgemein üblichen und bewährten Praxis, auf 0 db normierte Richtdiagramme zu verwenden, wird in CISPR für die H-Ebene ein abweichendes Verfahren zur Darstellung der Richtdiagramme verwendet. Bei diesem Verfahren wird der Mittelwert des Richtdiagramms der H-Ebene in einem Winkelbereich von -135 bis bestimmt, der dann letzlich als 0 db- Bezugswert dient. Beim Auftragen der Richtcharakteristik erhält man dadurch sowohl positive als auch negative Werte. Die Richtcharakteristik darf die grau markierten Flächen nicht schneiden (sog. verbotene Bereiche). Dabei müssen zwei verschiedene Toleranzfelder beachtet werden, eines von 1-6 GHz, das andere von 6-18 GHz. Pattern Requirements acc. to CISPR In contrast to the common practice to use directional patterns being normalized to unity or 0 db respectively, CISPR uses a different method to present the directional patterns of the H- plane. This method is based on averaging the pattern in a range from to +135, the averaged value is finally used as 0 db reference. Therefore the resulting pattern has both, positive and negative sign. The pattern curve must not intersect the grey marked fields (so called forbidden areas). Two different requirements for the forbidden area have to be considered, one is defined for the frequency range from 1 to 6 GHz, the other is defined from 6 to 18 GHz. Angle Range / Winkelbereich 1-6 GHz 6-18 GHz /- 2 db +/- 3 db , /- 3 db +/- 4 db , < + 3 db < + 4 db 1-6 GHz "Forbidden Area" 6-18 GHz "Forbidden Area"

13 H-Ebene / H-Plane 1 GHz H-Ebene / H-Plane 2 GHz H-Ebene / H-Plane 3 GHz H-Ebene / H-Plane 4 GHz H-Ebene / H-Plane 5 GHz H-Ebene / H-Plane 6 GHz

14 H-Ebene / H-Plane 7 GHz H-Ebene / H-Plane 8 GHz H-Ebene / H-Plane 9 GHz H-Ebene / H-Plane 10 GHz H-Ebene / H-Plane 11 GHz H-Ebene / H-Plane 12 GHz

15 H-Ebene / H-Plane 13 GHz H-Ebene / H-Plane 14 GHz H-Ebene / H-Plane 15 GHz H-Ebene / H-Plane 16 GHz H-Ebene / H-Plane 17 GHz H-Ebene / H-Plane 18 GHz

16 Richtdiagramm H-Ebene Das Richtdiagramm eines Dipols bzw. einer Bikonusantenne in der H-Ebene ist unter Idealbedingungen kreisförmig. Da für praktische Anwendungen eine Masthalterung sowie das Koaxialkabel der Antenne unvermeidlich sind, entstehen hierdurch Abweichungen vom ideal kreisförmigen Verlauf. Diese Abweichungen sind bis etwa 12 GHz vernachlässigbar, darüber sind Abweichungen gemäß dem untenstehenden Diagramm zu erwarten. H-plane pattern The H-plane directional pattern of a dipole or a biconical antenna under perfect conditions is omnidirectional.since mast adapter and coaxial cables are essential for real life operation, the pattern deviates somewhat from omnidirectional. The deviations are negligible up to approx. 12 GHz, at higher frequencies deviations according to the diagram below can be expected. 1 SBA 9112 Deviation from Omnidirectional H-plane [db] /- 45 +/- 60 +/- 75 +/ Frequency [MHz]

17 Individuelle VSWR-Messung Individual VSWR Plot 10 9 SBA 9112 ' swr' '91123db.swr' '91126db.swr' VSWR Frequency [MHz] Zwischenschalten eines Dämpfungsgliedes ist zweckmäßig, wenn das angeschlossene Gerät ein hohes Eigen-SWR (z.b. in der 0 db-stellung des Eingangsteilers) aufweist. Dann ist diese Dämpfung zum Antennenwandlungsmaß zu addieren bzw. vom Gewinn abzuziehen. Das VSWR wird von Reflexionen in der Umgebung der Antenne beeinflusst. Insertion of an attenuator is advisable if the equipment presents a high internal SWR (e.g. in the 0 db position of an internal step attenuator. In this case the attenuation must be added to the antenna factor (db/m) or subtracted from the gain (dbi, dbd) The VSWR depends on environmental reflections. Seriennummer: SBA Serial Number: Ergebnis: o.k. Test result: Bearbeiter: Dipl.-Ing. D. Schwarzbeck Operator: Datum: Date:

18 Mikrowellen Bikonusantenne SBA 9112 Microwave Biconical Antenna SBA 9112 Erzeugte Elektrische Feldstärke vor der Antenne unmoduliert, Eingangsleistung an N-Buchse, Reflexionsfreie Umgebung Generated Electrical Fieldstrength in front of Antenna no modulation, Input Power at N-Connector, Anechoic Environmental Conditions E - Fieldstrength [V/m] SBA 9112, Distance: 0.5 m 20 W 10 W 5 W 2 W 1 W Frequency [MHz] 100 SBA 9112, Distance: 1 m E - Fieldstrength [V/m] W 10 W 5 W 2 W 1 W Frequency [MHz]

19 Mikrowellen Bikonusantenne SBA 9112 Microwave Biconical Antenna SBA 9112 D EuT Erzeugung von Feldstärken unter Freiraumbedingungen im Abstand D vom Phasenzentrum der Antenne (siehe Skizze und Angaben bei den Kurvenscharen). Wenn Anteile von Umgebungsreflexionen vorhanden sind, kann dies zu einer frequenz- und höhenabhängigen Änderung der Feldstärke führen. Die Leistungsangaben beziehen sich auf eine 50 Ω Quellimpedanz und unmodulierte Hochfrequenz (CW). Bei 80% Amplitudenmodulation ist die 1.8-fache Spannungsaussteuerung erforderlich, was in einem ca fachen Leistungsbedarf resultiert. Zur Steigerung der Feldstärke um den Faktor 10 ist die 100-fache Verstärkerleistung erforderlich. Bei der Erzeugung von hohen Feldstärken müssen die relevanten Sicherheitsvorschriften und Normen beachtet werden! Missachtung dieser Vorschriften kann zu Schädigungen der Gesundheit führen! Field strength generated under freespace conditions at a separation D from the antennas' phase center (see diagrams for several combinations of power and distance). If environmental reflections are present, this may lead to frequency and height dependent fieldstrengths. The power figures refer to a 50 Ω source and an unmodulated (cw) signal. An 80% Amplitude Modulation requires a 1.8 times higher voltage, resulting in 3.24 times higher power compared to cw. A fieldstrength increase of factor 10 requires 100 times amplifier-power. The safety precautions and relevant standards must be considered while performing tests with high fieldstrength! Ignoring these standards and precautions may result in severe danger for health! Modulation (AM) 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 95% Modulation (AM) Leistungsfaktor Power Factor Zusätzlicher Leistungsbedarf [db] Additional Power Requirement [db]