GUIA DE LABORATÓRIO
LABORATÓRIO 7
D
IAGRAMAS DER
ADIAÇÃO DED
IPOLOS1. RESUMO
Determinação dos diagramas de radiação de dipolos na banda X [8 – 12 GHz]. Comparação entre valores medidos e expressões teóricas de alguns parâmetros das antenas.
2. INTRODUÇÃO
O objectivo deste trabalho é proporcionar aos alunos a medição dos diagramas de radiação de dipolos com diferentes comprimentos. A sessão de laboratório permite confirmar algumas expressões teóricas apresentadas nas aulas.
2.1. FUNCIONAMENTO DA SECÇÃO DE LABORATÓRIO
As experiências são realizadas sob a forma de demonstração por um grupo de dois alunos que têm de apresentar os resultados aos colegas de turma. O grupo dispõe de 20 minutos para a realização das montagens e exposição da experiência. O presente guia de laboratório descreve a montagem base e os resultados essenciais que têm de ser apresentados. No entanto, os alunos podem realizar mais montagens, caso achem conveniente, desde que não excedam o tempo previsto. Com a entrega do guia de laboratório é marcada uma secção de apresentação do laboratório com o docente. Essa secção de apresentação dura cerca de 1 hora e visa familiarizar os alunos com os equipamentos do laboratório. Apôs o contacto inicial, os alunos devem utilizar autonomamente o laboratório de modo a prepararem a respectiva experiência. Na secção de apresentação é definido um horário de acesso ao laboratório para cada um dos grupos. Os alunos podem tirar dúvidas sobre o seu ensaio durante os horários de dúvidas da cadeira ou enviando as suas questões para o e-mail do docente (Jorge.Costa@iscte.pt).
Os alunos são aconselhados a utilizar material auxiliar durante a sua exposição, tais como, acetatos com os esquemas das montagens e/ou as expressões teóricas. Caso os alunos necessitem de um projector para computador devem avisar antecipadamente o docente de modo a providenciar-se a sua requisição. Os alunos serão avaliados com base:
na capacidade de transmitir, aos colegas, os conhecimentos utilizados na experiência; no nível de segurança, rigor e clareza na apresentação;
na qualidade da exposição;
na validade dos resultados obtidos.
2.2. DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO
Em seguida apresenta-se uma breve descrição sobre os diferentes equipamentos utilizados nesta secção de laboratório.
alimentar o oscilador díodo Gunn e o modulador PIN.
5. Conector RS232 para ligação ao computador de controlo.
6. LED de controlo para recepção de sinal. 7. Conector de alimentação de 12(V). Figura 1 – Plataforma rotativa para antenas.
Oscilador díodo Gunn, 73701. Permite a geração de microondas electromagnéticas com potência reduzida <10(mW). O oscilador utilizado encontra-se sintonizado para 9.4±0.1(GHz).
Figura 2 – Oscilador díodo Gunn.
Modulador PIN, 73705. Dispositivo de dois porto que irá modular a onda electromagnética com um sinal rectangular com 1(kHz) de frequência.
Figura 3 – Modulador PIN.
Isolador, IFW 9.4. Pequeno troço de guia de ondas que só permite a passagem de campos electromagnéticos num dos sentidos longitudinais.
Ondâmetro. Cavidade ressonante com dimensões alteráveis. A cavidade encontra-se acoplada ao guia por um pequeno orifício. Quando a frequência de funcionamento do guia coincide com a frequência de ressonância da cavidade, o sinal no guia perde parte da sua potência que é transmitida à cavidade.
Figura 4 – Ondâmetro.
Atenuador Variável. O atenuador variável produz uma redução na amplitude dos campos variando a posição de um plano absorvente no interior do guia. O atenuador variável é utilizado para controlar a potência do sinal e/ou para isolar a fonte da carga.
Figura 5 – Atenuador variável.
Corneta, 73721. Antena corneta rectangular para a banda de frequências entre 8 a 12(GHz) com cerca de 15(dBi) de ganho a 10(GHz).
Figura 6 – Corneta.
Módulo de dipolos, 737412. Este módulo permite construir várias configurações de dipolos acrescentando componentes na haste com dipolo de λ/2 e díodo detector. Permite construir antenas de diferentes tamanhos (λ/2, 1λ, 3/2λ, 2λ e 4 λ) e inclui suportes para o traçado de diagramas horizontais e verticais.
1. Haste com dipolo de λ/2 e díodo detector. (1a) Dipolo de λ/2; (1b) díodo detector; (1c) trilhos de grafite; (1d) terminal; (1e) ligação BNC.
2. Suporte para diagramas horizontais 3. Suporte para diagramas verticais
4. Extensão para dipolo de 1λ (em duas partes) 5. Extensão para dipolo de 3/2λ (em duas partes) 6. Extensão para dipolo de 2λ (em duas partes) 7. Extensão para dipolo de 4λ (em duas partes) 8. Cabo BNC de 0.25(m)
A. Assegure-se que a plataforma rotativa para antenas se encontra desligada da tomada. B. Aparafuse os elementos da montagem emissora como se mostra na Figura 8 (díodo Gunn
isolado ondâmetro atenuador variável modulador PIN antena corneta) Tenha em atenção que o sentido de propagação no isolador deverá de ser do Gunn para o ondâmetro. Ligue o díodo Gunn e o modulador PIN através de cabos BNC às respectivas saídas de alimentação na plataforma rotativa. Ligue o cabo RS232 de 9 pinos entre o conector RS232 na plataforma e a porta COM1 do PC.
Figura 8 – Esquema da montagem.
C. Coloque um poste de 12(cm) num suporte e aparafuse na outra extremidade do poste o
modulador PIN. Proceda da mesma forma para o díodo Gunn. Assegure-se que o lado menor da abertura da corneta fica paralelo com a mesa.
D. Monte a haste com dipolo de λ/2 e díodo detector (antena de teste) no suporte para
diagramas horizontais e introduza o conjunto no encaixe central da plataforma rotativa. Certifique-se que o eixo da antena é paralelo e perpendicular às linhas de referência na placa giratória e que o conector BNC da antena de teste está orientada na direcção do terminal TEST ANTENNA IN da plataforma rotativa. Ligue-os através de um cabo BNC.
E. Separe as antenas de emissão e recepção de 75 (cm). Assegure-se que não existem
obstáculos num raio de, pelo menos, 1(m) das antenas. As antenas têm de estar alinhadas e à mesma altura.
F. Ligue a plataforma rotativa à tomada através de um transformador de 12(V). A placa
giratória move-se para a posição de referência (180°).
G. Inicie no computador o programa CASSY Lab. Feche o menu inicial após a mensagem
com a versão do programa e o aviso de que a cópia ainda não foi registada. O menu Settings (General) aparece. Seleccione “Rotating Antenna Platform (737 405)” na interface COM1. A Figura 9 apresenta a interface do programa.
Figura 9 – Programa CASSY Lab.
4. ESTRUTURA DA DEMONSTRAÇÃO
De seguida descrevem-se os resultados essenciais que devem ser apresentados pelos alunos.
4.1. DETERMINAÇÃO DA FREQUÊNCIA DE FUNCIONAMENTO
Sintonize o ondâmetro e meça a frequência de trabalho. Quando o ondâmetro está sintonizado à frequência de trabalho observa-se uma redução da potência emitida pela corneta (a amplitude da tensão contínua no programa CASSY lab diminui). Registe o valor de frequência indicado no ondâmetro. Volte a dessintonizar o ondâmetro.
4.2. DIAGRAMAS DE RADIAÇÃO
A. Plano Eléctrico
Dentro do programa CASSY Lab, verifique no menu “Settings Rotating Antenna Platform” que o varrimento será feito entre -180º e 180º com incrementos de 0.5º. Uma vez que está a utilizar o dipolo de λ/2 como elemento activo certifique-se que o campo “Bias Current” está activo. O campo “Gunn Modulation” deve estar inactivo uma vez que a montagem inclui o modulador PIN. Sempre que achar necessário pode pressionar o botão “Approach Reference Point” para colocar o prato na posição de referência. O prato apenas poderá ser rodado
manualmente se o LED estiver verde. Se o prato for rodado acidentalmente no decurso de
uma série de medidas para o traçado do diagrama de radiação isto origina entradas incorrectas na tabela de medidas e no respectivo diagrama de radiação. O mesmo acontece se o prato não estiver na posição de referência antes do início da série de medidas. Neste caso, é preciso repetir o ensaio (pode utilizar “Stop Rotating Platform” para parar a plataforma e “Approach Reference Point” para colocar o prato na posição de referência). Seleccione “Start/Stop Measurement” (ou simplesmente pressione F9) para iniciar o traçado do diagrama de radiação. A posição do cabo que liga a antena de recepção à base
Rode a antena corneta de emissão de modo a que o lado maior da abertura da corneta fique paralelo com a mesa. Para o efeito, deve aparafusar os postes de 12(cm) ao modulador PIN e ao díodo Gunn de forma a conseguir manter o bloco de emissão estável sobre a mesa. Remova o cabo BNC que liga a antena de teste ao terminal TEST ANTENNA IN da plataforma rotativa. Retire o suporte para diagramas horizontais do encaixe central da plataforma rotativa e separe-o da haste com dipolo de λ/2. Aparafuse o suporte para diagramas verticais no encaixe junto ao terminal TEST ANTENNA IN da plataforma rotativa, como se mostra na Figura 10.
Figura 10 – Posicionamento do suporte para diagramas verticais na plataforma rotativa
Coloque a haste com dipolo de λ/2 no suporte vertical como se mostra na figura. Certifique-se que o dipolo de λ/2 fica alinhado com o centro da plataforma e que as antenas de emissão e recepção estão alinhadas e à mesma altura. Ligue a antena de teste ao terminal TEST ANTENNA IN da plataforma com o cabo BNC. Obtenha o diagrama de radiação no plano magnético e sobreponha-o com diagrama do plano eléctrico, anteriormente determinado. Grave o resultado num ficheiro. Repita o procedimento anterior para as extensões de λ, 3/2λ, 2λ e 4λ. Grave os diagramas num ficheiro e feche o programa de aquisição.
C. Análise dos Resultados
Comente sobre a distância que separa o emissor do receptor e diga justificadamente se pode colocar as antenas mais próximas uma da outra. Porque razão se deve eliminar os obstáculos perto das antenas? Justifique a necessidade de utilizar uma antena corneta como emissora em vez de um dipolo. Explique porque é que na medição dos diagramas de radiação no plano eléctrico e no plano magnético a corneta tem de estar orientada de formas diferentes.
Determine o comprimento dos dipolos e compare-os com o comprimento de onda de funcionamento. Confira os diagramas de radiação medidos com os respectivos diagramas teóricos. Através do programa CASSY Lab determine, no plano eléctrico, a largura do lobo principal a meia potência e a largura entre nulos. Compare os resultados com os respectivos valores teóricos.
5. CONCLUSÃO DA SECÇÃO DE LABORATÓRIO A. Feche o programa CASSY Lab.
B. Apague do disco rígido todos os ficheiros criados na secção de laboratório. C. Desligue a plataforma rotativa e o computador.
