1 MESURES

1.1 MESURA DEL GUANY

El guany, com hem vist, és la relació que hi ha entre la densitat de potència que radia

l’antena i la densitat de potència que radiaria l’antena isòtropa. Les diferents geometries

i dimensions de les antenes provoquen que no es comportin igual a totes les freqüències,

per això en aquí mesurarem el guany a les freqüències de 900MHz, 950MHz, 1GHz,

1.05GHz i 1.10GHz.

Per calcular el guany d’una antena necessitem una altra antena de guany conegut, o dos

antenes iguals o 3 antenes. Per a la realització d’aquest apartat seguirem el mètode que

utilitza 3 antenes, i de cara a simplificar el treball, només calcularem el guany en una

direcció de l’espai.

Mètode de mesura del guany amb 3 antenes.

Aquest, és un mètode general per calcular el guany de les antenes quan no es disposa de

cap antena amb guany conegut.

La descripció del mètode és la següent:

S’agafen 3 antenes (en el nostre cas, seran les 3 Yagi-Uda), i n’escollim dues. Una serà

l’antena 1 i l’altra la 2. Col·loquem les antenes en la posició en la qual volem calcular el

guany de cadascuna d’elles (la direcció en la qual volem calcular el guany ve

determinada per la posició que ocupa una antena respecte l’altre). A continuació

injectem potència a una d’elles (per exemple la nº1) i mesurem quina potència rep

l’altra. Anotem aquesta potència rebuda com PR21. Després d’això, canviem l’antena 2

per l’antena 3, la qual col·locarem en la posició en la qual volem calcular el guany

d’aquesta i fem el mateix. La potència rebuda ara l’anotem com PR31. Finalment,

canviem l’antena 1 per la 2 (també orientada en la direcció en la qual li volíem trobar el

guany) i tornem a mesurar quina és la potència que capta l’antena 3 (PR32).

1

En els 3 casos hem subministrat la mateixa potència a les 3 antenes: PT

Llavors, si escrivim l’equació per cada cas queda:

Que com podem observar, amb les mesures realitzades, en aquestes tres equacions

només tenim 3 incògnites (G1, G2 i G3) constituint un sistema solucionable per uns

valors concrets de G1, G2 i G3

Una vegada descrit el mètode, poden mesurar el guany de les nostres antenes:

Primer mesurarem l’atenuació en el senyal que introdueixen els nostres cables. Per fer

això, procedirem de la següent manera:

Connectarem un cable entre la sortida del tracking (TG OUT) i l’entrada (RF INPUT)

de l’analitzador d’espectres (ADVANTEST R3131).

Prement la tecla LEVEL accedirem al menú on es troba tot el que fa referència a la

presentació per pantalla dels nivells mesurats dels senyals.

El nivell de referència (tecla RF Level del menú de pantalla que apareix al prémer la

tecla LEVEL) serveix per indicar el nivell màxim que es visualitzarà per pantalla

(correspon a la part superior de la reixeta de la pantalla). A més a més, dona un nivell de

referència a l’analitzador d’espectres, indicant-li que tots els senyals que entrin a

2

l’analitzador estaran per sota d’aquest nivell (estiguin o no visualitzant-se en aquell

moment). En cap moment ha de haver una senyal amb un nivell per sobre d’aquest

nivell de referència ja que això provocaria que els circuits de l’analitzador d’espectres

funcionessin malament i ens presentéssim per pantalla nivells erronis i senyals

inexistents. En el nostre cas, posarem un nivell de referència de 0dBm (es pot fer

prement LEVEL, REF Level i després introduint 0dBm pel teclat numèric).

La tecla dB/div., que també apareix dintre del menú de LEVEL, serveix per indicar el

número de dB’s que tenim per divisió vertical. En el nostre cas utilitzarem 10dB.

El filtre de freqüència intermitja de l’analitzador d’espectres, el deixarem en AUTO. Per

fer-ho s’ha de prémer la tecla BW, i en el menú que apareix per pantalla , polsar les

tecles corresponents fins que la paraula AUTO del RBW i del VBW estiguin

subratllades.

A continuació indicarem quin marge de freqüències volem estudiar: de cara a centrar-

nos més o menys al voltant de 1GHz, el marge serà de 800MHz a 1200MHz.

Per indicar la freqüència inicial, s’ha de prémer FREQ, després la tecla ‘Start’ que

apareix a la pantalla i finalment introduir 800MHz pel teclat numèric.

Per indicar la freqüència final, s’ha de prémer FREQ, després la tecla ‘Stop’ que

apareix a la pantalla i finalment introduir 1200MHz pel teclat numèric.

3

El nivell del tracking ( és a dir, el nivell del generador intern de l’analitzador

d’espectres, la freqüència del qual varia de forma sincronitzada amb el ritme i dintre del

marge de freqüències de l’escombrat en el qual rep i visualitza el receptor de

l’analitzador d’espectres) és de –10dBm. Veurem com apareix nivell de senyal, una

divisió per sota de la part superior de la pantalla (la part superior és 0dBm i cada divisió

vertical de la pantalla representa 10dB menys, implica que el senyal té un nivell

d’aproximadament –10dBm. Que és justament el nivell de senyal del nostre generador

de traking).

Per mesurar l’atenuació que presenta el cable en el marge de freqüències d’interès s’ha

de prémer la tecla ‘MKR’ i a continuació 1GHz amb el teclat numèric.

Ara només resta llegir el valor que apareix per pantalla. L’atenuació del cable serà:

Amb això hem obtingut l’atenuació del cable que hem utilitzat, però ens interessarà que

l’atenuació per metre de cable que tenim:

L’atenuació que presenta el cable que va a l’antena d’un trípode i l’atenuació del cable

que va a l’antena de l’altre trípode, la podem calcular mitjançant l’atenuació/m que

acabem de calcular, i multiplicant-la pel número de metres que te el cable en qüestió

(estem suposant que tots els cables que tenim tenen el mateix comportament en

freqüència, afirmació bastant certa ja que estem utilitzant el mateix tipus de cable).

Amb aquestes atenuacions que hem calculat, podem saber quina és la veritable potència

de senyal que arriba a les antenes. Per exemple, si el nostre generador injecta –10dBm, i

el cable que va a l’antena té una atenuació de 4dB, implica que a l’antena li arriben

4

–14dBm. O si per exemple, en l’analitzador mesurem una potència de –20dBm que li

arriba des d’una antena per mitjà d’un cable que atenua 3dB, implica que en borns de

l’antena tenim una potència de –17dBm.

Ara mesurarem pròpiament el guany de les antenes. El connexionat serà el següent:

De les tres antenes Yagi-Uda, escollim dues (les antenes que seran la nº1 i la nº2). Per

seguir el mètode abans explicat, col·locarem l’antena nº1 un dels trípodes, en posició

horitzontal i apuntat a l’ altre trípode. Ara s’agafa la nº2 i la posem en l’altre trípode,

també en posició horitzontal i perfectament encarada cap a l’altre antena.

Després de connectar les antenes com especifica el dibuix, s’ha de mesurar el nivell de

potència que rebem a la freqüència d’interès: 1GHz.

Per visualitzar millor el nivell de senyal que rebem en l’analitzador, posarem un nivell

de referència més adient (Menú de LEVEL, ‘REF Level’ i després mitjançant les tecles

amb fletxes o amb el control rotatori o amb el teclat numèric, introduirem el valor

apropiat pel nivell de referència). S’ha de tenir en compte que el nivell de senyal que

reben és sempre inferior al nivell de senyal del generador de ‘tracking’ (-10dBm), la

qual cosa implica que haurem de posar un nivell més petit com a nivell de referència si

no veiem bé el senyal.

Per mesurar el nivell de senyal que tenim a 1GHz, s’ha de prémer la tecla ‘MKR’ i

després 1GHz amb el teclat numèric. A la pantalla apareixerà el nivell de potència

mesurat sobre 50ohms a l’analitzador d’espectres.

5

Mesurarem també el nivell de senyal que tenim a les freqüències de 900MHz, 950MHz,

1050MHz i 1100MHz.

Anotarem els diferents valors de potència mesurada com ‘PR21’ una vegada hàgim

compensat les pèrdues dels cables.

Per continuar amb el mètode, col·locarem l’antena nº3 (la Yagi-Uda que queda) en lloc

de la nº2, en el trípode i tornem a fer el mateix que en el cas anterior.

Anotarem com ‘PR31’ la potència rebuda després de compensar-la.

Finalment es col·loca l’antena nº2 a la part, en lloc de l’antena nº1 i tornem a mesura la

potència que és rep a l’analitzador. Anotarem el valor compensat com ‘PR32’.

Ara, amb les fórmules del guany comentades anteriorment, podem calcular el guany en

dB que té cada una de les antenes en aquestes 5 freqüències, en una direcció

determinada (no hem d’oblidar que només hem calculat el guany en una direcció de

l’espai).

6

1.2 MESURA DEL DIAGRAMA DE RADIACIÓ.

El diagrama de radiació d’una antena és la representació gràfica de com radia l’antena

en les diferents direccions de l’espai, a una distància determinada.

Nosaltres, per dibuixar el diagrama de radiació, utilitzarem coordenades esfèriques, amb

l’antena situada en l’origen i mantenint constant la distància respecte l’antena,

mesurarem el camp elèctric que tenim en aquells punts. Com ja hem dit, degut a les

diferents formes i geometries de les antenes, aquestes no radien de forma uniforme en

totes les direccions de l’espai, per això el camp elèctric mesurat tampoc serà uniforme,

sinó que dependrà de la direcció, és a dir, dels angles i de les coordenades

esfèriques.

Com que el guany( i ) està definit com, quanta més densitat de potència radia la

nostra antena en comparació amb la isòtropa, calculant el guany en les diferents

direccions de l’espai, ja obtenim directament la densitat de potència que radia la nostra

antena, i per tant podem dibuixar la forma que té el diagrama de radiació.

Així doncs, per dibuixar el diagrama de radiació, mesurarem el guany que tenim en les

diferents direccions de l’espai i a una distància concreta. Per mesurar aquest guany,

utilitzarem la mateixa configuració que hem fet servir a l’apartat anterior per calcular el

guany de les antenes en una direcció concreta.

Deixarem fixa l’antena a un dels trípodes, que ja coneixem el seu guany en l’orientació

que té, i es tracta de calcular el guany( , ) que té l’antena que col·locarem en l’altre

trípode.

Mesurar el guany en totes les direccions de l’espai seria quasi impossible, el mesurarem

només en uns determinats talls, seccions. La primera secció o tall serà per =90º i

movent l’antena receptora en el pla horitzontal, és a dir desplaçant-la en .

Però només mesurarem de –90º a 90º (Agafant con angle 0º quan l’antena del trípode

està encarada cap a l’antena de la paret) i en salts de 10º. A cada salt mesurarem quina

potència rep l’analitzador d’espectres.

7

Com que:

on ho coneixem tot menys GR( , ) (recordeu de compensar les pèrdues dels cables):

És a dir, estem calculant el guany que te l’antena en transmissió i que ara mateix està

col·locada en el trípode rebent. Això ho podem fer gràcies a que, com hem vists a les

transparències, relaciona els paràmetres de transmissió i recepció.

Per dibuixar els valors de guany mesurats, normalitzarem tots els valors respecte al

màxim guany trobat.

8

Després farem el mateix però en un altre tall, el pla vertical. És a dir, movent l’antena

del trípode (que és l’antena a la qual estem mesurant el seu diagrama de radiació) cap a

dalt i cap a baix, per =0º i desplaçant-la de =0º fins a =180º a salts de 10º en 10º.

1.3 POLARITZACIÓ

Com ja hem esmentat, la densitat de potència que radia una antena també pot ser

expressada en forma d’un camp magnètic (H) i un camp elèctric (E).

La polarització d’una antena ve donada per la figura geomètrica que descriu l’extrem

del vector camp elèctric de l’ona radiada, en el pla perpendicular al sentit de propagació,

en un punt determinat, al transcórrer el temps.

Per ones amb variació temporal sinusoïdal (que és el nostre cas) la figura general que

descriu la punta del vector és una el·lipse, girant a dretes o a esquerres (dependrà de

l’antena).

Com casos particulars de l’el·lipse tenim la polarització circular (en la qual la punta del

vector del camp elèctric descriu una circumferència al transcórrer el temps) i la

polarització lineal (un dels eixos de l’el·lipse és tant petit que l’el·lipse és veritablement

una línia recta).

Tipus de polarització lineal:

- Horitzontal (el vector de camp elèctric és paral·lel al terra)

- Vertical (el vector de camp elèctric és perpendicular al terra)

- Inclinada (el vector de camp elèctric està inclinat respecte al pla del terra)

9

Les antenes Yagi-Uda són antenes de polarització lineal.

Importància de la polarització:

10

La importància radica en que si l’antena transmissora no té la mateixa polarització que

l’antena receptora, aquesta no captarà tota la densitat de potència que li arriba. És més,

pot no captar res.

És per aquest motiu que durant la mesura del guany es va insistir en que tant l’antena

emissora com l’antena receptora estiguessin posades de forma vertical.

En aquest apartat mesurarem l’efecte de que l’antena emissora i receptora tinguin

polaritzacions diferents. Farem servir la mateixa configuració que l’utilitzada per

mesurar el guany. Però ara, primer mesurarem la potència que rep l’analitzador

d’espectres estant totes dues antenes en posició horitzontal. Finalment, mesurarem la

potència rebuda quan l’antena del trípode està polaritzada horitzontalment (col·locada

horitzontalment).

11