Дослідження посилення та спрямованості багатоелементної антени за допомогою SDR-приймача

Avatar
Автор Атамась Артем
Науковий співробітник НЦ "Мала академія наук України", кандидат технічних наук. Сфера наукових інтересів: розвиток технологій наукової освіти.

Завдання роботи:

Дослідити посилення та спрямовану дію багатоелементної антени залежно від кількості пасивних елементів та порівняти результати експериментів з результатами комп’ютерного моделювання.

Обладнання:

  • радіомодуль RFM119W-868S1;
  • понижуючий DC/DC перетворювач;
  • USB джерело живлення (зарядний пристрій, або Power Bank);
  • USB-кабель;
  • дипольна антена з кабелем та SMA-штекером;
  • набір пасивних елементів;
  • стріла з підставкою для антени з діелектричного матеріалу;
  • SDR-приймач RTL2832+R820T2;
  • ПК з програмою SATSAGEN.

Основні терміни та поняття

Антена Хвильовий канал ВИПРОМІНЮВАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ ВІДКРИТИМ КОЛИВАЛЬНИМ КОНТУРОМ – ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ КЛАСИФІКАЦІЯ РАДІОХВИЛЬ І ОСОБЛИВОСТІ ЇХ ПОШИРЕННЯ – ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ ПРИНЦИП РАДІОЗВ’ЯЗКУ. МОДУЛЯЦІЯ І ДЕТЕКТУВАННЯ (ДЕМОДУЛЯЦІЯ) – ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ

Теоретична частина

У даній лабораторній роботі пропонується експериментально дослідити посилення та спрямованість багатоелементної антени, яка використовувалася під час попередньої лабораторної роботи за допомогою SDR-приймача, замість логарифмічного детектору.

SDR (англ. Software-Defined Radio) – програмно-кероване, або програмно-визначене радіо. Це система радіозв’язку, в якій для модуляції й демодуляції радіосигналів використовується програмне забезпечення. Такий підхід дозволяє створити систему, яка може приймати та передавати практично будь-які радіосигнали у широкому діапазоні частот. Завдяки можливості швидкого програмного налаштування робочої частоти SDR-приймача, його можна використовувати в якості панорамного аналізатора спектру. SDR-приймач має один, або два (HF на більш низькі та UV на більш високі частоти) радіочастотні входи та USB-роз’єм для підключення до ПК (рис. 1).

Рис. 1. Зовнішній вигляд SDR-приймача RTL2832+R820T2 у

комплекті з антеною та USB-кабелем

 

Для роботи з SDR-приймачами існує досить велика кількість програм. В даній лабораторній роботі буде використана програма SATSAGEN (рис. 2), доступна для завантаження за посиланням SATSAGEN Download Page.

Рис. 2. Вікно програми SATSAGEN

Хід роботи

  1. Підготувати таблицю результатів.

Таблиця 1. Результати моделювання та експериментів

N, ел Моделювання Експеримент
Ga, dBi F/B, dB РnF, dBm РnB, dBm Ga, dBi F/B, dB
1 2,14 0   2,14 0
3            
6            
  1. Підготовка до проведення дослідів.

2.1. Повторити теоретичні відомості попередньої лабораторної роботи.

2.2. Виконати пп. 2.1…2.6 лабораторної роботи № 3.

2.3. Встановити активний елемент на стрілу. Розмістити джерело радіосигналу та досліджувану антену у відповідності до схеми на рис. 3. попередньої лабораторної роботи.

2.4. Занести до таблиці результатів значення коефіцієнту посилення Ga та співвідношення F/B за результатами моделювання у лабораторній роботі №4 для частоти 868 МГц. Для одноелементної антени (одиночного активного елементу) занести значення Ga = 2,14 dB; F/B = 0 dB.

  1. Вимірювання потужності радіосигналу та обчислення показників.

3.1. Підключити активний елемент антени до радіочастотного входу UV SDR-приймача, а приймач – до ПК. При цьому слід розміститися якомога далі від антени.

3.2. Запустити програму SATSAGEN.

3.3. Зайти в меню Settings – More Settings, у віконці Model обрати зі списку Generic RTL2832/r820t. Натиснути поряд з віконцем Scan. У віконці SDR Device має з’явитися запис Device 0:  Realtek, RTL2838UHIDIR, SN: 00000001. Натиснути ОК.

3.4. У вікні програми натиснути кнопку Power. У блоці Spectrum Analyzer (з правого боку вгорі) встановити центральну частоту 868435 kHz, Span – 1 MHz, RX Gain – 0,0 dB. Натиснути на квадратик біля назви блоку щоб він засвітився яскраво-зеленим.

3.5. Подати живлення на передавач. Переключити контакт DATA радіомодуля до додатного контакту DC/DC перетворювача. У вікні програми має з’явитися радіочастотний спектр (рис. 2). При цьому на вертикальній осі відображається потужність радіосигналу у dBm.

3.6. За допомогою інструментів масштабування та зсуву встановити ціну поділки вертикальної осі 1 dBm, змістити пік графіку спектру ближче до вертикальної осі та розширити його (рис. 3).

Рис. 3. Налаштування вікна аналізатору спектру для вимірювання

потужності сигналу

 

3.7. Визначити потужність сигналу за положенням піку спектру сигналу по вертикальній осі та занести значення до таблиці результатів (стовпчик РnF, РnВ для N = 1 ел).

3.8. Встановити на стрілу рефлектор і перший директор у відповідності до рис. 5 лабораторної роботи № 4.

3.9. Визначити потужність сигналу та занести до таблиці результатів (стовпчик РnF, для N = 3 ел).

3.10. Розвернути антену на 180º навколо осі активного елементу.

3.11. Визначити потужність сигналу та занести до таблиці результатів (стовпчик РnВ, для N = 3 ел).

3.12. Розвернути антену у початкове положення.

3.13. Встановити на стрілу наступні три директора у відповідності до рис. 5 лабораторної роботи № 4, повторити вимірювання за п.п. 3.9 – 3.11, та занести значення до таблиці результатів (стовпчики РnF та РnВ для N = 6 ел).

3.14. За формулою (2) попередньої лабораторної роботи розрахувати коефіцієнти посилення для трьох- та шестиелементної антен, та занести до таблиці результатів.

3.15. За формулою (3) попередньої лабораторної роботи розрахувати співвідношення F/B для трьох- та шестиелементної антен, та занести до таблиці результатів.

Аналіз даних

  1. Порівняти результати експериментального визначення коефіцієнту посилення та співвідношення F/B з результатами моделювання.
  2. Зробити висновки щодо відмінностей між результатами експерименту та моделювання, та їх можливими причинами.
mola62slot gacorscatter hitam