1. Zadání. 2. Teorie úlohy ID: Jméno: Jan Švec. Předmět: Elektromagnetické vlny, antény a vedení. Číslo úlohy: 7. Měřeno dne: 30.3.

Transkript

1 Předmět: Elektromagnetické vlny, antény a vedení Úloha: Symetrizační obvody Jméno: Jan Švec Měřeno dne: Odevzdáno dne: ID: Číslo úlohy: 7 Klasifikace: 1. Zadání 1. Změřte kmitočtovou závislost modulu a fáze činitele přenosu napětí z nesymetrické strany na symetrické svorky obvodu pro kmitočty od 3 MHz do 11 MHz. Do grafů zakreslete kmitočtovou závislost modulu i fáze přenosu měřeného obvodu a vyznačte kmitočtové pásmo pro využití tohoto obvodu. 2. Změřte kmitočtovou závislost impedance na nesymetrické straně obvodu při známé zátěži 4Zz na symetrické straně ve stejném pásmu kmitočtů. Do grafu zakreslete kmitočtové závislosti reálné a imaginární složky impedance i poměru stojatých vln a vyznačte kmitočtové pásmo pro využití měřeného obvodu. 2. Teorie úlohy Při napájení symetrické antény nesymetrickým napáječem a v dalších podobných situacích je možno omezit nebo vyloučit vznik nežádoucího asymetrického proudu na napáječi zařazením symetrizačního obvodu mezi napáječ a zátěž. Symetrizační obvod s půlvlnnou smyčkou, měřený v této úloze, tvoří úsek vedení Z os (smyčka) délky l s. Na jednom konci smyčky (svorka A) je nesymetrický vstup obvodu a může na něj být připojen nesymetrický napáječ s impedancí Z ov (Obr 1). Symetrický výstup obvodu je pak mezi dvěma konci středního vodiče smyčky obvodu (svorky AB). Pro vytvoření symetrického napětí mezi svorkami AB je nutné, aby na volném konci smyčky (svorka B) bylo napětí UB stejně velké, ale s opačnou fází vzhledem k napětí U A na svorce spojené s napáječem. Toho je dosaženo při rezonančním kmitočtu smyčky f r, kdy délka smyčky l s je rovna polovině délky vlny λ v v jejím dielektriku. Napětí mezi symetrickými svorkami U AB je pak dvojnásobkem napětí U A na nesymetrickém vstupu. Při sledování impedancí zjistíme, že impedance 2Z z na svorce B (proti zemi) je půlvlnnou smyčkou transformována na stejně velkou impedanci na vstupu smyčky (svorka A) a ta je paralelně spojena s další impedancí 2Z z mezi svorkou A a zemí. Impedance na nesymetrickém vstupu obvodu je pak čtyřikrát menší než celková impedance 4Z z mezi symetrickými svorkami obvodu. Při kmitočtu odlišném od rezonančního kmitočtu smyčky f r jsou sice napětí U A a U B stejně velké, fázový posuv mezi nimi však není roven 18 a součet obou napětí se liší (velikostí i fází) od napětí při rezonančním kmitočtu smyčky. Impedance na nesymetrickém vstupu je sice určena paralelní kombinací impedance transformované smyčkou a impedance mezi svorkou A a zemí, její hodnota se však liší od čtvrtiny hodnoty impedance 4Z z zapojené mezi symetrickými svorkami. Předchozí závěry umožňují stanovit pásmo kmitočtů, ve kterém bude symetrizační obvod vykazovat vyhovující napěťové a impedanční vlastnosti. Z hlediska napětí se sleduje změna modulu a fáze napětí na symetrickém výstupu obvodu při stálém napětí na nesymetrickém vstupu a srovnává se s hodnotami přípustnými pro uvažovanou aplikaci. Změny impedance na nesymetrickém vstupu je možno posuzovat podle hodnot poměru stojatých vln vzhledem k impedanci napáječe Z ov připojeného na tyto svorky.

2 Obr. 1 Symetrizační obvod s půlvlnnou smyčkou 3. Přístroje a pomůcky - měřič impedance a přenosu TESLA BM 65 - symetrizační obvod se smyčkou 4. Postup měření Přístroj BM 65 má samostatné výměnné sondy v nesymetrickém provedení dvojici sond pro měření přenosu a sondu pro měření impedance. Při měření přenosu není možno nesymetrickou sondu přístroje připojit mezi symetrické svorky měřeného obvodu přímo, ale výstupní napětí (přenos) obvodu je nutno měřit postupně jako napětí (přenos) každé ze symetrických svorek obvodu proti zemi zvlášť. Generátorová sonda přístroje (se šipkou ke hrotu sondy) se připojí na nesymetrický vstup měřeného obvodu a snímací snoda se postupně připojuje k oběma výstupním (symetrickým) svorkám obvodu. Naměřené hodnoty přenosů jsou shodné s napětími na příslušné svorce obvodu (proti zemi ) při jednotkovém napětí na nesymetrickém vstupu. Jejich sečtením (s ohledem na způsob zapojení sondy při měření) získáme napětí mezi symetrickými svorkami obvodu, shodné s přenosem napětí z nesymetrické na symetrickou stranu. Pro zadané (nebo zvolené) hodnoty přípustných odchylek modulu a fáze přenosu od stavu při rezonančním kmitočtu se pak určí rozmezí kmitočtů, ve které obvod splňuje požadavky pro určitou aplikaci. Při měření transformace impedance je výstup symetrizačního obvodu zatížen impedancí 4Z z o známé velikosti. Na jeho nesymetrickém vstupu je možno změřit impedanci v určeném pásmu kmitočtů a vypočítat hodnoty poměru stojatých vln PSV. Ty jsou pak podkladem pro stanovení kmitočtového pásma využitelnosti obvodu z hlediska transformace impedance.

3 5. Výsledky f [MHz] U A [V] [ ] U B [V] [ ] U sym [V] [ ] Z [Ω] [ ] 3,93-4 1,74-9 1,91 61,2 32-4,4 2,35 35,89-6 1, ,74 61, ,42 2,42 4,84-5 1, ,97 25, ,38 2,25 45,84-5 1, ,91 12, ,4 2,36 5,94-6, ,9 4, ,26 1,7 55,95-6, ,84-1, ,18 1,43 6,98-7, ,75-5,3 73 1,9 1,19 65,999-8, ,89-9, ,1 1,2 7,93-1, ,82-14, ,1 1,23 75, ,4 15 4,32-26, ,19 1,47 8, , ,13-3, ,27 1, ,3-2 1,5 12 2,38-43, ,34 2,2 9 1, , ,37-65, ,4 2,26 95, , ,6-82, ,42 2,42 1, , ,51-11, ,38 2,45 15, ,41 3 1,3-118, ,4 2,28 11,72-32,93 18,72-112, ,26 1,99 Výpočet symetrického napětí: Výpočet PSV: U sym =U A U B =,93e 4 1,74e 9 =1,9148e j61,21 = Z k Z ov Z k Z ov = Z k 75 Z k 75 = 32e j e j 4 75 =,4334 e j175 = 1 1 =1,433 1,433 =2,3517 ρ σ

4 Kmitočtová závislost modulu přenosu 5 4,5 4 3,5 Modul přenosu 3 2,5 2 1,5 1, Kmitočtová závislost fáze přenosu 12 6 fáze φ [ ] f [MHz]

5 8 Kmitočtová závislosti reálné složky impedance Re (Z) km itočet f [MHz] Re (Z) Im (Z) Kmitočtová závislosti reálné složky impedance Kmitočtová závislost imaginární složky impedance , Kmitočtová závislost poměru stojatých vln 2,5 2, PSV 1,5 1,,5, Kmitočet f [MHz]

6 6. Závěr Dle zadání jsem změřil kmitočtovou závislost modulu a fáze činitele přenosu napětí z nesymetrické strany na symetrické svorky obvodu v pásmu zadaných kmitočtů a do grafů zakreslil požadované kmitočtové charakteristiky. Též jsem změřil kmitočtovou závislost impedance na nesymetrické straně obvodu a do grafů zanesl obě složky impedance i vypočtený poměr stojatých vln. Podle výsledného průběhu poměru stojatých vln vykazuje měřený symetrizační obvod nejlepší kvalitu přizpůsobení v pásmu kmitočtů 55MHz až 75MHz.