Дослідження посилення та спрямованості багатоелементної антени за допомогою SDR-приймача

Завдання роботи:

дослідити посилення та спрямовану дію багатоелементної антени залежно від кількості пасивних елементів і 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 цій лабораторній роботі пропонується експериментально дослідити посилення та спрямованість багатоелементної антени, яка використовувалася під час попередньої лабораторної роботи, за допомогою SDR-приймача замість логарифмічного детектора.

SDR (англ. Software-Defined Radio) – програмно-кероване, або програмно-визначене радіо. Це система радіозв’язку, в якій для модуляції й демодуляції радіосигналів використовують програмне забезпечення. Такий підхід дає змогу створити систему, яка може приймати і передавати практично будь-які радіосигнали в широкому діапазоні частот. Завдяки можливості швидкого програмного налаштування робочої частоти SDR-приймача його можна використовувати як панорамний аналізатор спектра. 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. У цій лабораторній роботі буде використана програма SATSAGEN (рис. 2), доступна для завантаження за посиланням SATSAGEN Download Page.

Рис. 2. Вікно програми SATSAGEN

Хід роботи

1. Підготуйте таблицю результатів.

Таблиця 1. Результати моделювання та експериментів

2. Підготуйтеся до проведення дослідів.

2.1. Повторіть теоретичні відомості попередньої лабораторної роботи.

2.2. Виконайте пп. 2.1-2.6 лабораторної роботи № 3.

2.3. Установіть активний елемент на стрілу. Розмістіть джерело радіосигналу та досліджувану антену відповідно до схеми на рис. 3. попередньої лабораторної роботи.

2.4. Занесіть до таблиці результатів значення коефіцієнта посилення Ga та співвідношення F/B за результатами моделювання в лабораторній роботі №4 для частоти 868 МГц. Для одноелементної антени (одиночного активного елемента) занесіть значення Ga = 2,14 dB; F/B = 0 dB.

3. Виміряйте потужність радіосигналу та обчисліть показники.

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

3.2. Запустіть програму SATSAGEN.

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

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

3.5. Подайте живлення на передавач. Переключіть 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 встановіть ціну поділки вертикальної осі 1 dBm, змістіть пік графіка спектра ближче до вертикальної осі та розширте його (рис. 3).

Рис. 3. Налаштування вікна аналізатора спектра для вимірювання потужності сигналу

3.7. Визначте потужність сигналу за положенням піка спектра сигналу по вертикальній осі та занесіть значення до таблиці результатів (стовпчик Р_nF, Р_nВ для N = 1 ел).

3.8. Установіть на стрілу рефлектор і перший директор відповідно до рис. 5 лабораторної роботи № 4.

3.9. Визначте потужність сигналу та занесіть її до таблиці результатів (стовпчик Р_nF, для N = 3 ел).

3.10. Розверніть антену на 180º навколо осі активного елемента.

3.11. Визначте потужність сигналу та занесіть її до таблиці результатів (стовпчик Р_nВ, для N = 3 ел).

3.12. Розверніть антену в початкове положення.

3.13. Установіть на стрілу наступні три директора відповідно до рис. 5 лабораторної роботи № 4, повторіть вимірювання за п.п. 3.9–3.11 і занесіть значення до таблиці результатів (стовпчики Р_nF та Р_nВ для N = 6 ел).

3.14. За формулою (2) попередньої лабораторної роботи розрахуйте коефіцієнти посилення для трьох- та шестиелементної антен і занесіть їх до таблиці результатів.

3.15. За формулою (3) попередньої лабораторної роботи розрахуйте співвідношення F/B для трьох- та шестиелементної антен і занесіть їх до таблиці результатів.

Аналіз даних

1. Порівняйте результати експериментального визначення коефіцієнта посилення та співвідношення F/B з результатами моделювання.
2. Зробіть висновки щодо відмінностей між результатами експерименту й моделювання та їхніх можливих причин.