ruis - lab. vježbe kirt 2014 2015 (1)

TEHNIKOVELEUILITEUZAGREBU ELEKTROTEHNIKI ODJEL

Radiokomunikacijski

ureaji i sustavi

Upute za laboratorijske vjebe

.

Akademska.god. 2014/2015.

Student: Darko Topi Nastavnik: mr.sc. Krunoslav Martini

RUiS Lab. Vjebe

KIRT 2014/2015 Stranica2

Sadraj:

1. UVOD: .............................................................................................................................................. 4

1.1 to smo sve nauili na kolegiju RUiS: ............................................................................................ 4

1.1.1 Radiokomunikacijski sustavi Osnovna klasifikacija .............................................................. 4

1.1.2 Kakav moe biti tijek poruka .................................................................................................. 5

1.1.3 Nain irenja radio valova ...................................................................................................... 7

1.1.4 Prirodni faktori koji utjeu na propagaciju EMV-a ................................................................. 7

1.1.5 Slabljenje slobodnog prostora ................................................................................................ 7

1.1.6 Utjecaj padalinu na EMV (Priguenje zbog jake kie) ............................................................. 8

1.1.7 Atmosfersko guenje EMV-a (Magla, kisik) ............................................................................ 9

1.1.8 ITU (International Telecommunication Union) klasifikacija frekv. Opsega ......................... 9

1.1.9 ISM opsezi ............................................................................................................................. 10

1.1.10 Mikrovalni prozor ............................................................................................................... 10

1.1.11 Snaga termikog uma PN ................................................................................................... 11

1.1.12 um kod viestupanjskog pojaala .................................................................................... 11

1.1.13 Zakljuak ............................................................................................................................. 12

2. RUiS - LABORATORIJSKE VJEBE, KiRT 2014/2015 ........................................................................ 12

2.1 Uvod ...................................................................................................................................... 12

2.2 Laboratorijska vjeba 1 Propagacija EMV-a u slobodnom prostoru ........................................ 12

2.2.1 Zakljuak prve laboratorijske vjebe .................................................................................... 14

2.3 Laboratorijska vjeba 2 Radioureaj, faktor uma, odnos signal / um ................................... 15

2.3.1 Heterodinski prijamnik ......................................................................................................... 15

2.3.2 SuperHeterodinski radio prijamnik ...................................................................................... 16

2.3.3 Mjealo ................................................................................................................................. 17

2.3.4 Laboratorijska vjeba 2 ......................................................................................................... 17

2.3.5 Zakljuak druge laboratorijske vjebe ...................................................................................... 21

2.4 Laboratorijska vjeba 3 Gubici na konektorima ....................................................................... 22

2.4.1 Konektori .............................................................................................................................. 22


2.4.3 Zakljuak tree laboratorijske vjebe ................................................................................... 26

2.5 Laboratorijska vjeba 4 Radioureaj Harmoniki produkti mjeanja .................................... 26


RUiS Lab. Vjebe


2.5.2 Pojasno propusni filter ...................................................................................................... 27

2.5.3 Zakljuak etvrte laboratorijske vjebe ................................................................................ 27

2.6 Laboratorijska vjeba 5 Guenje voda ..................................................................................... 28

2.6.1 Zadatak vjebe ...................................................................................................................... 28

2.6.2 LMR 195 (N/SMA) ................................................................................................................. 29

2.6.3 RG58 (BNC) ........................................................................................................................... 30

2.6.4 Zakljuak pete laboratorijske vjebe .................................................................................... 31

2.7 Laboratorijska vjeba 6 Mjerenje spektra RF signala ............................................................... 31

2.7.1 Zadatak vjebe ...................................................................................................................... 31

2.7.2 FM podruje, 88 - 108 MHz ................................................................................................. 32

2.7.3 UHF TV podruje, 500-800 MHz ........................................................................................... 32

2.7.4 Zakljuak este laboratorijske vjebe ................................................................................... 32

2.8 Laboratorijska vjeba 7 Dopplerov radar efekt ..................................................................... 32

2.8.1 Laboratorijska vjeba 7 ............................................................................................................. 33

2.8.2 Zakljuak sedme laboratorijske vjebe ................................................................................. 34

3. Zakljuak svih vjebi i kolegija: RUiS .......................................................................................... 35

4. Izvori .......................................................................................................................................... 35

RUiS Lab. Vjebe


1. UVOD:

1.1 to smo sve nauili na kolegiju RUiS:

1.1.1 Radiokomunikacijski sustavi Osnovna klasifikacija

Radiokomunikacijski sustav je onaj sustav u kojem se signal (poruka) iz jedne do druge toke u eteru (vremenu i prostoru) prenosi pomou elektromagnetskog vala (EMV).

Slika 1: Blok shema radiokomunikacijskog sustava

Osnovni dijelovi su:

Predajnik

transofmira poruku (modulacijski signal) u odgovarajui oblik (modulirani signal) da bi se poruka mobla prenijeti do prijamnika Prijenosni medij

to je sredstvo u kojem se iri EMV (atmosfera uz povrinu Zemlje)

osnovno svojstvo svih medija je slabljenje EMV

Prijamnik

izdvaja eljeni signal iz prijenosnog medija i na svom ga izlazu reproducira (eljeni signal je, ustvari, ulazna prijenosna poruka)

Izoblienja

izoblienja su neeljene pojave na putu od predajnika do prijemnika

prema karakteru, izoblienja moemo podijeliti na: izoblienja (u opem smislu), interferencije i umove

a) Izoblienje

izoblienje je odstupanje oblika signala od izvornog

RUiS Lab. Vjebe


doputeno izoblienje ovisi o sadraju poruke i redovito je propisano meunarodnim preporukama (normama) b) Interferencija

interferencija je djelovanje signala drugih sustava na oblik izvornog signala

interferentni signal, po svojoj karakteristici, nije um

c) um

um je neeljeni signal nepravilnog oblika, koji uvijek prati korisni signal

izvori uma mogu biti u samom sustavu ili izvan njega

posljedica djelovanja uma moe biti maskiranje izvornog signala

um je nemogue eliminirati, jer je vezan za samu fizikalnu pojavu prijenosa signala (to je ujedno i osnovno fizikalno ogranienje radiokomunikacijskih sustava).

1.1.2 Kakav moe biti tijek poruka

Simplex veza (Jednosmjerna veza)

omoguuje prijem i predaju samo na jednoj (uvijek istoj) frekvenciji

takav nain komunikacije onemoguuje istovremeni prijem i predaju. To se moe izvesti jedino naizmjenice

emitiranje na simplex kanalu uju sve radio postaje u dometu, zbog ega je privatnost komunikacije na tim kanalima nemogua

Slika 2. Prikazuje simplex vezu (mogua veza samo u jednom smjeru)

simplex kanali namijenjeni su pozivima, hitnosti, sigurnosti i rutinskim pozivima, komunikacija sa lukim slubama i komunikaciji plovilo plovilo

simplex kanali su npr. VHF CH 12 i VHF CH16 Duplex veza (Dvosmjerna veza)

obino se upotrebljavaju za komunikaciju meu plovilima i obalnim postajama, za micanje brodova i ostale luke operacije

emitiranje sa plovila na duplex kanalima uju samo obalne postaje, dok emitiranje obalnih postaja na duplex kanalima uju sva plovila.

RUiS Lab. Vjebe


duplex kanali omoguuju istovremeno emitiranje i primanje, kao to je to sluaj u obinoj telefoniji ali za takav nain komuniciranja treba imati VHF radio postaju sa dvije antene ili specijalni duplex filter

duplex kanali namijenjeni su privatnosti pri osobnim i komercialnim porukama, kada je potreban nain komunikacije slian telefonskom

Half duplex veza

npr. voki toki

Slika 3. Prikazuje princip half duplex veze

half duplex sustav omoguuje komunikaciju u oba smjera, ali samo jedan smjer u isto vrijeme (ne istovremeno)

tipino, nakon to druga strana poinje primati signal, mora ekati odailjaa (predajnik) da zaustavi prijenos, prije odgovora. Nakon toga druga strana moe poslati signal

primjer half duplex sustava je sustav sa dvije strane kao to je voki toki, pri emu se mora koristiti Over ili neke druge prethodno odreene kljune rijei koja oznaava kraj prijenosa, i osigurati da samo jedna strana prijenosi na vrijeme, jer obje strane alju i primaju signal na istoj frekvenciji

Full duplex veza

full duplex sustav, ili se ponekad i naziva double duplex, omoguuje komunikaciju u oba smjera, a za razliku od half duplex-a, omoguuje da se to dogodi istovremeno. Linije telefonske mree su full duplex, jer oni doputaju da oba pozivatelja govore i sluaju u isto vrijeme.

Slika 4. Prikazuje full duplex vezu

radio u dva smjera moe biti izveden kao full duplex sustav, prijenos (slanje) na jednoj frekvenciji i primanje na drugu

ovo se takoer naziva frekvencijska podjela duplex

moe se proiriti i na vee udaljenosti pomou para jednostavnih repetitorskih stanica, jer komunikacije (informacije) prenoene na bilo kojoj frekvenciji uvijek putuju u istom smjeru.

RUiS Lab. Vjebe


1.1.3 Nain irenja radio valova

1. Diskretni val radari, usmjerene veze na visokim i vrlo visokim frekvencijama 2. Reflektirani val problem kod VHF i UHF TV difuzije 3. Troposcatter veze preko horizonta 4. Ionosferni preskok KV opseg, daleke veze 5. Prostorni val satelitske veze 6. Povrinski val AM radio difuzija

1.1.4 Prirodni faktori koji utjeu na propagaciju EMV-a

Slobodni prostor slabljenje

Atmosferski omota specifini slojevi

Reljef prepreke viestruke refleksije

Graevine propagacija u urbanim naseljima

Klima padaline (oluja, kia, snijeg, vlaga, magla)

1.1.5 Slabljenje slobodnog prostora

slabljenje staze (Path Loss)

RUiS Lab. Vjebe


slabljenje staze je put (gubitak) koji EMV pree od predajnika do prijamnika, elimo da to slabljenje staze bude to manje.

1.1.6 Utjecaj padalinu na EMV (Priguenje zbog jake kie)

Vidimo na slici da to vie kie pada da su guenja vea, tj. da guenja dolaze vie do izraaja.

RUiS Lab. Vjebe


1.1.7 Atmosfersko guenje EMV-a (Magla, kisik)

Na slici vidimo kako pojedini faktori (magla, kisik, vlaga i sl.) utjeu na propagaciju EMV-a.

1.1.8 ITU (International Telecommunication Union) klasifikacija frekv. Opsega

Slika prikazuje podjelu frekvencija po klasifikaciji

RUiS Lab. Vjebe


1.1.9 ISM opsezi

ISM industiral, scientific and medical

industrijske, znanstvene, medicinske i ostale eksperimentalne primjene

rad bez licence uz potivanje po ITU-R standardu

1.1.10 Mikrovalni prozor

Slika pokazuje ovisnost guenja o frekvenciji

RUiS Lab. Vjebe


Ovaj graf prikazuje ovisnost temperature uma o frekvenciji. Na nekim dijelovima se vidi to je frekvencija manja, um je jae izraen, izmeu 1 GHz 10 GHz je najslabije izraen um i smetnje, to podruje izmeu 1 GHz 10 GHz se naziva mikrovalni prozor.

1.1.11 Snaga termikog uma PN Snaga termikog uma je nepoeljna komponenta u radiokomunikacijskim sustavima, elimo da ta snaga bude to manja (u idealnom sluaju elimo da signal koji poaljemo sa predajnika, da istvi takav signal doe i do prijamnika, bez gubitaka i slino). Snaga termikog uma utjee i na samu snagu primljenog signala. PN = k * Tekv * BW [W]

PN snaga termikog uma,

Tekv ekvivalentna temperatura,

BW Bandwith (irina frekvencijskog opsega, raspon frekvencija) Signal / um Odnos signal /um karakterizira svaki radiokomunikacijski ureaj, izraava se u dB i bolje je da je to vei odnos signal / um. Odreuje nam kvalitetu primljenog signala u odnosu na snagu uma. PS = PN + S/N [dB] kada se rauna preko logaritama PS = PN * S/N [W] kada se rauna sa realnim brojevima, ne-logaritami

1.1.12 um kod viestupanjskog pojaala

Kada imamo vie stupnjeva pojaala i slino, svako to pojaalo se sastoji od elektronikih

komponenti. Svaka ta elektronika komponenta (tranzistor, otpornik, zavojnica, kondenzator, itd.) se

grije i prozivodi um. um je nepoeljna komponenta koju elimo izbjei, ali kako komponente

proizvode um, taj um utjee na ukupni um samog radiokomunikacijskog ureaja. Iz ukupnog uma

RUiS Lab. Vjebe


kasnije moemo izraunati ukupnu ekvivalentu temperatura samog radikomunikacijskog ureaja, te

nakon toga sve potrebne podatke (snagu uma, snagu primljenog signala, odnos signal / um i slino).

1.1.13 Zakljuak

Ukratko sam objasnio to smo radili na kolegiju RuiS, naravno, ovo nije ni polovica onog to smo sve radili, ukratko sam objasnio neke osnovne stvari koje smo kasnije primjenjivali kod gradiva kada smo radili radare, heterodinski prijamnik i slino. Ostale stvari u ukratko objasniti kod laboratorijskih vjebi koje smo radili, pa da dva puta nemam jedno te isto u nastavku u to objasniti. Sve slike su preuzete sa stranice kolegija RUiS.

2. RUiS - LABORATORIJSKE VJEBE, KiRT 2014/2015

2.1 Uvod U ovoj toki (toka 2) u objasniti to smo sve radili na laboratorijskim vjebama iz kolegija RUiS u akademskoj godini 2014 /2015. Preuzete slike i materijali su sa stranice: https://moj.tvz.hr/studijelo/predmet/Radiokomunikacijski+ure%F0aji+i+sustavi. Neki materijali su i sa kolegija: Vodovi i antene. Prije svakog labosa su objasniti teorijski to oekujemo od mjerenja i to smo izmjerili. Cilj nam je da ono to smo nauili od teorije, primjenimo u praksi na opremi koju imamo. Oekujemo da ono to smo runo izraunali, dobijemo i na opremi.

2.2 Laboratorijska vjeba 1 Propagacija EMV-a u slobodnom prostoru

Slika 1. Prikazuje blok shemu kako je to bilo spojeno

RUiS Lab. Vjebe


Slika 2. Prikazuje kako je to izgledalo na labosu

Kao to se vidi na slici imamo dvije ljevak antene, generator (predajnik) i prijamnik (ureaj na kojem mjerimo snagu primljenog signala). U nastavku u objasniti ukratko pojedine dijelove sa kojima smo se sluili na prvoj laboratorijskoj vjebi. Antena

posrednik izmeu voenog vala uzdu linije i prostornog vala. Ima dvojaku funkciju:

prilagodba linije ili valovoda na slobodni prostor

usmjeravanje zraene energije u odreene dijelove prostora na unaprijed utvreni nain Predajnik

preko njega na izlaz aljemo signal, ureajem smo definirali sngau signala i frekvenciju

U naem sluaju trailo se od nas da namijestimo: f = 10 GHz i Po = -3 dBm Prijamnik

Za prijamnik smo koristili univerzalni instrument (voltmetar, watmetar, ampermetar) i na njemu smo mjerili snagu primljenog signala koja je dolazila od predajnika preko antene

Zadatak koji nam je profesor zadao na prvom labosu glasi:

na signal generatoru podesiti frekvenciju signala fo = 10 GHz i Po = - 3dBm

Izmjeriti snagu RF signala na prijamnoj (Rx) strani za tri udaljenosti izmeu predajne i prijamne antene: d1 = 0,5 m; d2 = 1,0 m i d3 = 2,0 m

Rezultate koje smo dobili nakon mjerenja:

PRx [mW] PRx [dBm] PRx [dB(W)]

d1 [m] = 0,5 0,005 -23 -53

d2 [m] = 1,0 0,00158 -28 -58

d3 [m] = 2,0 0,000501 -33 -63 Tablica izmjerenih podataka

RUiS Lab. Vjebe


Kako vidimo iz tablice, sa poveanjem udaljenosti izmeu dvije antene snaga primljenog signala

opada i signal je sve loiji.

Graf prikazuje ovisnost, tj. na grafu se vidi kako poveavamo udaljenost snaga pada

Ulazna snaga nam je bila -3 dBm, tj. Pul = 0,501 mW.

Idealni sluaj bi bio kada bi prijenos snage bio maksimalan, tj. ono to smo poslali preko predajnika do 100 % doe do prijamnika.

2.2.1 Zakljuak prve laboratorijske vjebe

Koristili smo dvije lijevak antene, signal generator i prijamnik. Ulazna snaga nam je bila 3 dBm a

frekvencija ulaznog signala 10 GHz, poveavali smo razmak izmeu antene 3 puta, prvi put 0,5m,

drugi put 1m i trei put 2m. Ustanovili smo (a to smo i oekivali) kako poveavamo razmak izmeu

antena da snaga signala pada, kvaliteta primljenog signala sa udaljenou je sve loija. Da smo npr.

imali neke prepreke izmeu kvaliteta primljenog signala bi bila jo gora, izlazna snaga bi bila jo

manja. Uglavnom, zadovoljan sam vjebom, mogli smo vidjeti kako kada se poveava razmak snaga

signala pada, to smo radili na predavanjima pa je zgodno bilo i vidjeti to uivo na stvarnoj opremi.

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

d1 [m] = 0,5 d2 [m] = 1,0 d3 [m] = 2,0

Vidljivo je kako sa poveavanjem udaljenosti antena snaga pada

PRx [mW]

RUiS Lab. Vjebe


2.3 Laboratorijska vjeba 2 Radioureaj, faktor uma, odnos signal / um U drugoj laboratorijskoj vjebi smo koristili program AppCad u kojem smo simulirali radio prijamnik. Imali smo dva sluaja:

a) Vod, pojaalo, mjea

b) Pojaalo, vod, mjea

Cilj vjebe nam je bio da vidimo kakav e biti signal na izlazu iz mjeaa, tj. svaki od ovih stupnjeva ima svoj um, tj. proizvodi um. Od voda oekujemo gubitak, to je pasivni ureaj koji priguuje signal, oekujemo gubitak na njemu, pojaalo ima svoje pojaanje, slui da pojaa oslabljeni signal koji dolazi iz antene (ima isto neki um, sastoji se od elektronikih komponenti, te kako se komponente griju proizvode um koji na kraju utjee na kvalitetu primljenog signala), mjea nema pojaanje, slui nam da od vie frekvencija mi izvadimo onu koju eimo, nakon mjeaa ide stupanj MF pojaala koje se brine nakon toga da se pojaa signal iz mjeaa i filtriraju nepoeljne komponente. Oekujemo da pod b) situacijom imamo bolje parametre nego pod a). Najbolje je predpojaalo staviti to blie anteni da se signal pojaa, vod nakon toga nee puno utjecati na kvalitetu signala. Znai, oekujemo bolju situaciju pod b) sluajem. Svaki radioprijamnik je zapravo Heterodinski radio prijamnik. U nastavku u opisati ukratko heterodinski prijamnik.

2.3.1 Heterodinski prijamnik

Blok shema heterodinskog prijamnika

Kao to vidimo ovo su osnovni dijelovi od kojih se svaki heterodinski radio prijamnik sastoji. Uz

heterodinski radio prijamnik postoji i super heterodinski prijamnik koji u kasnije opisati. U nastavku

u opisati svaku pojedinu komponentu emu slui.

RUiS Lab. Vjebe


NF pojaalo slui da pojaa slab signal koji dolazi iz antene za bolji odnos signal / um.

Mjea kljuna komponenta u mnogim radiokomunikacijskim ureajima i sustavima. Slab (RF) signal koji dolazi iz antene prvo se pojaa u vrlo osjetljivom NF pojaalu, a zatim se pomijea u mjealu sa signalom lokalnog oscilatora (LO) i transponira u novo frekvencijsko podruje kao meufrekvencijski (MF) signal.

MF pojaalo signal meufrekvencije iz mjeaa treba pojaati na potrebnu razinu napona ili snage. MF pojaalo treba osim pojaanja i filtrirati nepoeljne signale. MF pojaalo mora imati potrebnu irinu frekvencijskog propusnog podruja i potrebnu strminu krivulje proputanja.

Demodulator Demodulator VF signal pretvara u niskofrekventni (NF) signal u opsegu zvunih frekvencija. Demodulator i izdvaja signal informacije frekvencije fi iz moduliranog MF signala frekvencije, ima obrnutu frekvenciju od modulatora i uloga mu je da rekonstruira signal doveden na modulator.

2.3.2 SuperHeterodinski radio prijamnik

Blok shema super-heterodinskog radio prijamnika

Kao to vidimo u superheterodinskom radio prijamniku signal sa antene se prvo pojaava pomou irokopojasnog VF pojaala, a zatim se pomou oscilatora kojeg ine kondenzator i zavojnica iz signala izdvaja signal eljene radio stanice koji se zatim vodi na mjea.. U mikseru se mijea spomenuti signal radio stanice i signal iz oscilatora. Oscilator generira sinusni signal sa frekvencijom koja je od signala radio stanice via za 455 kHz ili za 10,7 MHz. Spomenute dvije frekvencije su standardne frekvencije selektivnih uskopojasnih VF pojaala. U radiotehnici se za spomenuta selektivna uskopojasna pojaala esto koristi i termin meufrekventna (MF) pojaala zbog injenice da se nalaze izmeu VF i NF pojaala, dakle u svojevrsnom meuprostoru. Mjea je elektroniki sklop koji formira prozivod (umnoak, produkt) signala.

RUiS Lab. Vjebe


2.3.3 Mjealo

Shema mjeala

Kao to se vidi sa slike na slignal irokopojasnog VF pojaala dovodimo bazu tranzistora, a signal sa oscilatora na emiter tranzistora. Uslijed ovoga na kolektoru tranzistora dobivamo signal koji predstavlja umnoak spomenutih signala. Iz matematike je poznata relacija za umnoak dva sinusna signala.

Dakle, kada se pomnoe dva sinusna signala dobivamo opet dva sinusna signala, ali jedan sa frekvencijom koji predstavlja zbroj i drugi koji predstavlja razliku frekvencija umnoenih signala. Uzmimo, npr. da je ulaz radio prijamnika podeen da prima signal radija na frekvenciji 612 kHz te da je meufrekvencija 455 kHz to znai da je frekvencija oscilatora 612 + 455 = 1067 kHz. Dakle, u mjeau se formira umnoak signala frekvencija 612 kHz i 1067 kHz tako da na izlazu mjeaa dobivamo signale frekvencija 1067 - 612 = 455 kHz i 1067 + 612 = 1679 kHz. Signal frekvencije 455 kHz se pojaava u meufrekventom pojaalu. Glavni razlog zbog kojeg su konstruirani radio prijamnici lei u injenici da se frekvencija signala sniava te se pojaanje vri na niim frekvencijama gdje je pojaanje tranzistora vee.

2.3.4 Laboratorijska vjeba 2

U drugoj laboratorijskoj vjebi smo imali zadatak:

Za heterodinski radio ureaj na T=25 C koji radi s irinom kanala 5 MHz odrediti potrebni iznos ulazne RF snage kao funkciju faktora uma ulaznog pojaala bi se dobio odnos Signal/um iznosa 12 dB. Tri najbitnija modula radio ureaja za ovaj izraun su: prikljuni vod do antene koji ima guenje iznosa 2 dB, ulazno niskoumno pojaalo koje ima pojaanje iznosa 16 dB te mjea koji ima faktor uma i gubitke iznosa 8 dB.

RUiS Lab. Vjebe


Za ovu laboratorijsku vjebu smo napravili dva sluaja:

a) Vod pojaalo mjea

b) Pojaalo vod mjea

Vod pojaalo - mjea

Vod pojaalo mjea - AppCad

Kako vidimo iz priloene slike iz AppCad-a, kada nam je vod bio prvi modul heterodinskog prijamnika:

Faktor uma iznosi F = 3,44 dB

Ekvivalentna temperatura Tekv = 349,93 K

Odnos Signal/um = 12,05 dB Moemo zakljuiti da kako nam je vod bio prvi modul, faktor uma i ekvivalentna temperatura

samog prijamnika su dosta veliki, dok je odnos signal / um malen, tj. to je pojaanje oko 15 puta, ali

vidit emo u slijedeem primjeru, da kada nam je prvi modul pojaalo da e odnos signal/um biti

bolji, a uz to oekujemo da nam faktor uma i ekvivalentna temperatura prijamnika budu manji.

RUiS Lab. Vjebe


Vod pojaalo mjea Runo izraunato

Kao to vidimo, analitiki rezultati i rezultati iz programa AppCad se malo razlikuju, razlika je u tome to program tonije to rauna, kad sam raunao nisam uzimao sve decimale i tu je greka, nikad ne moemo ba tono izraunati kao raunalo.

RUiS Lab. Vjebe


Pojaalo vod mjea

Pojaalo vod mjea

Kako vidimo iz priloene slike iz AppCad-a, kada nam je pojaalo bio prvi modul heterodinskog prijamnika:

Faktor uma iznosi F = 1,72 dB

Ekvivalentna temperatura Tekv = 140,65 K

Odnos Signal / um = 13,77 dB Moemo zakljuiti nakon izraunatih vrijednosti koje smo dobili iz programa AppCad, da kada smo stavili Predpojaalo ispred antene (pojaalo kao prvi modul), faktor uma nam je duplo manji nego kad nam je vod bio prvi modul, ekvivalentna temperatura je manja i odnos signal/um nam je vei.

RUiS Lab. Vjebe


Pojaalo vod mjea Runo izraunato

Kao to vidimo, analitiki rezultati i rezultati iz programa AppCad se malo razlikuju, razlika je u tome to program tonije to rauna, kad sam raunao nisam uzimao sve decimale i tu je greka, nikad ne moemo ba tono izraunati kao raunalo. Ali kako se da zakljuiti, rezultati se uglavnom podudaraju programu AppCad.

2.3.5 Zakljuak druge laboratorijske vjebe .Nakon druge laboratorijske vjebe smo zakljuili kako zapravo radi radio prijamnik i kako je bolje

postaviti odreene ulazne module da se dobije to kvalitetniji signal. Ustanovili smo da je bolje staviti

prvo predpojaalo vod mjea te nakon toga sve potrebne module, ustanovili smo preko AppCad-a

da kada stavimo predpojaalo, da je faktor uma manji i odnos signal / um vei, to nam je glavni cilj,

da nam odnos signal / um bude to bolji. Zgodna laboratorijska vjeba na kojoj smo primjenili znanje

koje smo nauili na predavanjima.

RUiS Lab. Vjebe


2.4 Laboratorijska vjeba 3 Gubici na konektorima

U 3 laboratorijskoj vjebi smo upoznali konektore koji se koriste u mikrovalnoj tehnici. Cilj vjebe je bio da vidimo kako se neki konektori ponaaju na visokim frekvencijama. Vidjet emo kasnije, kako poveavamo frekvenciju neki konektori imaju velika guenja a neki manja.

2.4.1 Konektori

Konektori su spojnice izmeu razliitih vodova ili prijelaz sa sklopa na vod. Karakteriziraju ih karakteristina impedancija, gubitci, SWR i maksimalna radna frekvencija Vrste konektora:

BNC konektor - minijaturni brzi spoji/odspoji konektor za radio frekvencije koriten na koaksijalnim kabelima. Moe imati karakteristinu impedanciju 50 ili 75 i koriste se za frekvencije ispod 4 GHz i napone ispod 500 V.

Slika 1. BNC konektor

TNC konektor - konektor koji je opletena verzija BNC konektora, ima 50 impedanciju i dizajniran je za signal do 15 GHz

Slika 2. TNC konektor

N konektor konektor koji je dizajniran za frekvencije do 18 GHz, ima 50 impedanciju

RUiS Lab. Vjebe


Slika 3. N konektor

SMA konektor - konektori za koaksijalne kablove, ima 50 impedanciju i dizajniran je signal do 26 GHz

Slika 4. SMA konektor

APC konektor - konektori koji terminiraju kraj optikog kabla te omoguuju bri povezivanje i raskidanje spoja za razliku od mehanikog fiksiranja koji dri precizno vlakna da se prenese svjetlo

Slika 5. APC konektor

To su uglavnom konektori koji se koriste u mirkovalnoj tehnici.

RUiS Lab. Vjebe



Na 3 laboratorijskoj vjebi smo mjerili guenje konektora na VNA ureaju. Poveavali smo frekvenciju i na VNA ureaju pratili guenje konektora, tj. koliko se na konektorima gubi snage. Prvi zadatak koji smo morali napraviti je kalibracija.

Slika 1. Prikaz konektora na kojima smo mjerili guenje (N i SMA konektor)

Nakon kalibracije smo dobili slijedee grafove:

Slika 2. 1 S21 parametar nakon kalibracije linearni prikaz

RUiS Lab. Vjebe


Slika 3.2 S21 parametar nakon kalibracije logaritamski prikaz

Nakon toga smo ili provjeriti kako poveanje frekvencije utjee na konektor. U nastavku slijede

grafovi u logaritamskom mjerilu.

Slika 4.3 S21 parametar nakon mjerenja logaritamski prikaz

Nakon mjerenja smo ustvrdili (to je vidljivo i na grafu) da sa poveanjem frekvenciji gubitci na konektorima rastu. Konektor je pasivni element (zato se crta nalazi ispod nule), priguuje signal i sa poveanjem frekvencije smo vidili da gubici rastu.

RUiS Lab. Vjebe


2.4.3 Zakljuak tree laboratorijske vjebe

Nakon tree laboratorijske vjebe smo zakljuili kako sa poveanjem frekvencije rastu gubitci na

konektorima. Vod je jedan od prijenosnih medija i slui za prijenos signala sa toke A do toke B.

Kako je konektor pasivni element, priguuje signal i dio signala se gubi na njima, ako moramo

poveati frekvenciju moramo i oekivati da se dio snage potroiti na konektorima (to smo utvrdili na

labosu, kada smo pratili graf na VNA ureaju). Ova vjeba mi je bila zgodna, bilo je lijepo vidjeti

uivo kako sa poveanjem frekvencije rastu gubitci i kako se to iscrtava na VNA ureaju.

2.5 Laboratorijska vjeba 4 Radioureaj Harmoniki produkti mjeanja


Na etvrtoj laboratorijskoj vjebi smo se susreli sa intermodulacijskim produktima. Kada signal (fRF) doe do mjeaa i signal (fLO) iz lokalnog oscilatora dolaze na mjea i mjea na svojem izlazu daje razliku tih dviju frekvencija.FMJ = fRF - fLO. Uz tu jednu frekvenciju mjea izbaci i ostale harmonike (nepoeljne) koje elimo filtrirati. Cilj 4 vjebe je bio da vidimo koliko tih harmonika ima, kako se raunaju i da nauimo na koji nain se mogu izbjei, tj. otkloniti. U 4. laboratorijskoj vjebi smo koristili program AppCad. Raunamo s prva tri harmonika RF i LO signala, dobiveni rezultati su:

Slika 1. AppCAD: pojave harmonika kod mjeaa, n = 3

RUiS Lab. Vjebe


Frekvencije koje mogu proi u meufrekventni dio radio prijemnika ako raunamo s prva tri

harmonika RF i LO signala su :

1166,7 MHz

1150 MHz

1255 MHz

1236,7 MHz

Cilj nam je neke harmonike filtrirati, to se dodatno filtrira i u meufrekventom pojaalu koje slui da pojaa signal koji dolazi iz mjeaa i uz to filtira nepoeljne harmonike. Moemo i poslije mjeaa npr. dodati pojasno-propusni filter da izdvojimo raspon frekvencija koji elimo (na taj nain emo izbjei nepoeljne harmonike).

2.5.2 Pojasno propusni filter

Pojasnopropusni filtar proputa sve frekvencije izmeu dviju graninih frekvencija g1 i g2, a gui ostale.

Slika 2. Shema i graf pojasno-propusnog filtera

2.5.3 Zakljuak etvrte laboratorijske vjebe

Nakon etvrte laboratorijske vjebe smo kroz program AppCad vidjeli da kada se pomijea signal

referentnog oscilatora i frekvencija lokalnog oscilatora u mijeau da na izlazu uz frekvencije koje

elimo, dobijemo i neeljene harmonijske produkte. To su nepoeljni produkti i elimo ih nekako

filtrirati (da nestanu, tj. da manje dolaze do izraaja). Nakon labosa smo ustanovili da to moe

postii pomou pojasno-propusnog filtera i MF pojaala kojemu je jedan od zadatka da filtrira

nepoeljne komponente na izlazu iz mjeaa. Uglavnom, zgodna vjeba gdje smo nauili neto novo.

RUiS Lab. Vjebe


2.6 Laboratorijska vjeba 5 Guenje voda

Slika 1. Laboratorijska vjeba 5 (kompletni prikaz vjebe)

2.6.1 Zadatak vjebe

U 5. laboratorijskoj vjebi smo imali 2 voda. Jedan vod je bio LMR 195 (N/SMA), a drugi vod je bio RG58 (BNC). Kako je vidljivo sa gornje slike preko signal generatora smo spojili vod i sa druge strane smo imali prijamnik na kojemu smo mjerili vrijednost primljene snage sa ulaza. Cilj ove vjebe je bio, da vidimo kako se sa poveanjem frekvencije ovi vodovi ponaaju, tj. koliko se razine snage gubi na vodovima. Svaki vod smo posebno testirali na frekvencijama 1, 2, 5 i 10 GHz. Snaga ulaznog signala je bila Pul = 1 mW.

RUiS Lab. Vjebe


2.6.2 LMR 195 (N/SMA)

duljina voda l = 1,3 m

kabel koji sa jedne strane ima N konektor, sa druge strane SMA konektor

oekujemo: osjetni pad snage na frekvencijama od 8 GHz nadalje

ulazna snaga Pul = 1 mW (o dBm)

Slika 2. LMR 195 (N/SMA)

f [GHz] 1 2 5 10

Pizl [dBm] -0,82 -1,05 -1,80 -2,92

Pizl [mW] 0,828 0,785 0,661 0,510 Tablica izmjerenih rezultata

Graf izmjerenih rezultata za LMR 195 (N/SMA) linearno mjerilo

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1 2 5 10

LMR 195 (N/SMA)

Pizl [mW]

RUiS Lab. Vjebe


Nakon mjerenja vidimo kako frekvencija utjee na vod, tj. na snagu signala. Logiki, sa porastom frekvencije sve se vie snage gubi na vodu. Iz tablice i iz grafa vidimo da je snaga polako poela padati ve na frekvenciji 1 GHz, kako smo poveavali frekvenciju, vie snage se troilo na vodu. Kada smo postavili frekvenciju na 10 GHz, snaga je pala za pola u odnosu na ulazni signal (to je vidljivo i iz tablice i sa grafa). Da smo poveavali frekvenciju jo vie cijela ulazna snaga bi se potroila na vodu i do prijamnika ne bi nita stiglo (tj. na prijamniku nebi nita izmjerili).

2.6.3 RG58 (BNC)

duljina voda l = 1,2 m

kabel koji sa obadvije strane ima BNC konektor

oekujemo osjetni pad snage ve oko 1-2 GHz

ulazna snaga Pul = 1 mW (0 dBm)

Slika 3. RG58 (BNC)

f [GHz] 1 2 5 10

Pizl [dBm] -1,64 -2,41 -4,40 -12,70

Pizl [mW] 0,685 0,574 0,363 0,054 Tablica izmjerenih rezultata

Graf izmjerenih rezultata za RG58 (BNC) linearno mjerilo

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1 2 5 10

RG58 (BNC)

Pizl [mW]

RUiS Lab. Vjebe


Nakon mjerenja voda RG58 (BNC) vidimo kako frekvencija utjee na snagu signala kad koristimo vod RG58 (BNC). Kako vidimo iz tablice i iz grafa, snaga signala osjetno ve pone padati oko 1-2 GHz. Npr. na 2 GHz je snaga signala skoro pala na pola, da smo malo vie poveali frekvenciju oko 2 GHz snaga bi pala na pola. Vidimo jo iz tablice kako sve vie poveavamo frekvenciju, npr. na 10 GHz moemo rei da se skoro cijela snaga izgubi na vodu, a jako malo doe do prijamnika.

2.6.4 Zakljuak pete laboratorijske vjebe

Nakon pete vjebe smo vidjeli kako frekvencija utjee na dva razliita voda. Koristili smo dva voda,

jedan je bio LMR 195 (N/SMA), a drugi je bio RG58 (BNC). Svaki vod smo posebno spojili (signal

generator vod prijamnik) i sa poveanjem frekvencije gledali kako se sve vie snage gubi na vodu

(pogotovo kod RG58 (BNC)). Oekivali smo tako neto, poto je i vod pasivna komponenta, i sa sve

veom frekvencijom, normalno da se sve vie snage gubi na vodu. Uglavnom, jako lijepa vjeba,

nauili smo neto, vidjeli kako zapravo neki vodovi nisu za visoke frekvencije i slino. Uglavnom,

vjeba e ostati u sjeanju i danas-sutra ako u se sa time baviti znanje koje sam stekao e dobro doi.

2.7 Laboratorijska vjeba 6 Mjerenje spektra RF signala

Slika 1. Prikaz zadataka na 6. laboratorijskoj vjebi

2.7.1 Zadatak vjebe

U 6. laboratorijskoj vjebi smo imali dva zadatka. Mjerili smo pomou analizatra spektra spektar u FM podruju od 88 108 MHz i u UHF TV podruju od 500 800 MHz.

RUiS Lab. Vjebe


2.7.2 FM podruje, 88 - 108 MHz

Pomou analizatra spektra smo uspjeli pronai 3 radijske postaje na slijedeim frekvencijama:

106,40 MHz NES radio

92,60 MHz Otvoreni radio

96,1 MHz Radio Zaprei

2.7.3 UHF TV podruje, 500-800 MHz

Pomou analizatra spektra smo uspjeli pronai:

690 MHz MUX B 48 kanal (HRT 3, HRT 4, RTL2, DOMA TV)

2.7.4 Zakljuak este laboratorijske vjebe

Nakon este laboratorijske vjebe smo vidjeli i nauili kako preko analizatra spektra moemo pronai

svaku radijsku postaju, TV MUX na odreenoj frekvenciji i slino. Naalost, nemam slikane slike sa

analizatra spektra, ali su se lijepo vidjeli iljci, po njima smo znali da su to jaki signali koje smo

ulovili. Nakon to smo nali veliki iljak, oitali smo njegovu frekvenciju i preko interneta saznali o

emu je rije i zapisali na papir. Tako je bilo za obadva sluaja, i FM i UHF podruje. Zadovoljan sam

vjebom zato to smo neto novo nauili i vidjeli.

2.8 Laboratorijska vjeba 7 Dopplerov radar efekt U ovo vjebi elimo pokazati nain mjerenja brzine objekta i vjebu potkrijepiti Dopplerovom

formulom. Isti princip se koristi kod radara u avijaciji tj. bilo u vojnoj ili civilnoj primjeni.

Radarom moemo mjeriti udaljenost, brzinu, smjer objekta te nam ujedno to daje detekciju

predmeta. A temeljem odzivnog spektra moe se dobiti i oblik objekta kojeg smo detektirali.

Vrste radara su posmatraki, meteoroloki i nianski

RUiS Lab. Vjebe


Slika 1. Skica Dopplerovog efekta radara i formula za Dopplerovu frekvenciju


Dio signala iz lokalnog oscilatora ide u mjea, dio u ljevak antenu. Ukoliko se objekt ne giba,

frekvencija fd koja bi se vratila bi bila jednakog iznosa. Frekvencija fMF je vea to je brzina objekta

vea i to je Dopplerova frekvencija fd i u toj frekvenciji je sadrana apsolutna brzina objekta. Za

Dopplerovu frekvenciju moemo napisati

= (0, ||)

raunamo prema formulama:

= 0 1 | (0 > 1)

= 1 0 | (1 < 0)

RUiS Lab. Vjebe


Na sustav nam je bio spojen i zvunik na kojem smo uli kratak zvuk svaki put kad bi dobili signal na prijemu.

2.8.2 Zakljuak sedme laboratorijske vjebe

Na 7. laboratorijskoj vjebi smo se upoznali sa principom rada Doppler-ovog radara, imali smo jednu

lijevak antenu, karton prekriven aluminijskom folijom, frekvenciometar. Profesor nam je pokazao

princip mjerenja, kako smo mahali kartonom radar je to detektirao i slao povratni signal preko antene

do prijamnika i na frekvenciometru smo oitavali frekvenciji. Frekvencija nam je ispala oko 24 GHz.

Naalost, nemam slika od te vjebe i opreme kako je sve bilo spojeno. Ali uglavnom, bilo je lijepo viditi

i upoznati princip kako to radi i funkcionira.

RUiS Lab. Vjebe


3. Zakljuak svih vjebi i kolegija: RUiS Doao je i kraj jo jednog semestra i kolegija: Radiokomunikacijski ureaji i sustavi (RUiS). Kolegij mi se jako sviao, tj. mogu rei da sam zadovoljan nainom predavanja i laboratorijskih vjebi, profesor je sve lijepo organizirao i predavao gradivo, korak po korak smo prolazili kroz svaku prezentaciju, tj. gradivo, rijeavali smo zadatke i kroz teoriju i zadatke sam zavolio taj predmet i svia mi se to podruje visokih frekvencija. Nauili smo neto novo, IP3 dB, P1 dB, radare, nain propagacije elektromagnetskog vala, VCO, PLL i slino. Vidili smo i proraunali kako pojedini faktori utjeu na kvalitetu EMV-a (to kroz predavanja i auditorne vjebe, to kroz laboratorijske vjebe). Nauili smo jo puno toga, ali da ne nabrajam sve to smo radili, poanta je, sve to gradivo koje smo prolazili kroz semestar mi se svialo i uivao sam u predavanjima. Bili smo i na Sljemenu u posjetu OiV (odailjai i veze), vidjeli neto novo, opremu, koji dio emu slui, o emu sve tehniari unutar tornja moraju brinuti, na to moraju paziti. Profesor i tehniar su nam objasnili svaki dio opreme emu slui i shvatili kako je sve to povezano sa time to smo uili na faksu kroz sve kolegije. Uglavnom, posjet Sljemenu je bilo jedno lijepo iskustvo i hvala profesoru na organizaciji. Labosi su mi se isto sviali, praktino smo radili na opremi ono to smo nauili na predavanjima kroz teoriju i vidjeli da sve to smo nauili vrijedi, svaka formula moe opisati tj. izraunati ono to smo izmjerili. RUiS mi je pomogao da shvatim neke nove stvari, poveem gradivo koje smo prije radili kroz bive kolegije (OE, AS, EK i slino). I za kraj, bilo mi je drago sluati kolegij RUiS i htio bi danas sutra raditi i u toj struci i vjerujem da e mi znanje koje sam stekao na kolegiju pomoi u budunosti u poslu.

4. Izvori

moj.tvz.hr stranice kolegija RUiS materijali sa stranice

biljeke sa predavanja

Bartoli Juraj: Mikrovalna elektronika

fer2 materijali

ruis - lab. vježbe kirt 2014 2015 (1)

Documents