ID: 78 357
Předmět: Elektromagnetické vlny, antény a vedení
Jméno: Jan
Úloha: Symetrizační obvody
Měřeno dne: 30.3.2009
Číslo úlohy: 7
Odevzdáno dne: 6.3.2009
Klasifikace:
Švec
1. Zadání 1. Změřte kmitočtovou závislost modulu a fáze činitele přenosu napětí z nesymetrické strany na symetrické svorky obvodu pro kmitočty od 30 MHz do 110 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 Zos (smyčka) délky ls. Na jednom konci smyčky (svorka A) je nesymetrický vstup obvodu a může na něj být připojen nesymetrický napáječ s impedancí Zov (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 UA na svorce spojené s napáječem. Toho je dosaženo při rezonančním kmitočtu smyčky fr, kdy délka smyčky ls je rovna polovině délky vlny λv v jejím dielektriku. Napětí mezi symetrickými svorkami UAB je pak dvojnásobkem napětí UA na nesymetrickém vstupu. Při sledování impedancí zjistíme, že impedance 2Zz 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 2Zz mezi svorkou A a zemí. Impedance na nesymetrickém vstupu obvodu je pak čtyřikrát menší než celková impedance 4Zz mezi symetrickými svorkami obvodu. Při kmitočtu odlišném od rezonančního kmitočtu smyčky fr jsou sice napětí UA a UB stejně velké, fázový posuv mezi nimi však není roven 180° 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 4Zz 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 Zov připojeného na tyto svorky.
Obr. 1 Symetrizační obvod s půlvlnnou smyčkou
3. Přístroje a pomůcky - měřič impedance a přenosu TESLA BM 650 - symetrizační obvod se smyčkou
4. Postup měření Přístroj BM 650 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 4Zz 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.
5. Výsledky f UA [MHz] [V]
UB [V]
[°]
Usym [V]
[°]
Z [Ω]
[°]
|ρ|
σ
[°]
30
0,93
-4
1,74
-90
1,91
61,02
32
-4
0,40
2,35
35
0,89
-6
1,62
-88
1,74
61,50
32
12
0,42
2,42
40
0,84
-5
1,32
-135
1,97
25,92
38
23
0,38
2,25
45
0,84
-5
1,14
-154
1,91
12,91
47
37
0,40
2,36
50
0,94
-6
0,99
-166
1,90
4,26
57
25
0,26
1,70
55
0,95
-6
0,90
-176
1,84
-1,14
67
19
0,18
1,43
60
0,98
-7
0,86
177
1,75
-5,03
73
10
0,09
1,19
65
0,999
-8
0,87
169
1,89
-9,41
74
-1
0,01
1,02
70
0,93
-10
0,90
161
1,82
-14,43
70
-11
0,10
1,23
75
0,96
-12
3,40
150
4,32
-26,07
61
-18
0,19
1,47
80
0,99
-16
1,20
138
2,13
-30,27
51
-21
0,27
1,72
85
1,03
-20
1,50
120
2,38
-43,87
42
-21
0,34
2,02
90
1,035
-28
1,68
92
2,37
-65,81
35
-15
0,40
2,26
95
0,96
-36
1,56
71
2,06
-82,49
31
-2
0,42
2,42
100
0,84
-39
1,35
45
1,51 -101,50
32
14
0,38
2,45
105
0,75
-36
1,41
30
1,30 -118,20
38
24
0,40
2,28
110
0,72
-32
0,93
18
0,72 -112,27
48
28
0,26
1,99
Výpočet symetrického napětí:
−4
−90
U sym=U A−U B=0,93e −1,74 e
=1,9148 e
Z k −Z ov Z k −75 32 e j− 4−75 = = =0,40334 e− j175° Výpočet PSV: = j− 4 Z k Z ov Z k 75 32 e 75 =
1∣∣ 10,4033 = =2,3517 1−∣∣ 1−0,4033
j61,021 °
Kmitočtová závislost modulu přenosu 5 4,5 4
Modul přenosu
3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 30
40
50
60
70
80
90
100
110
kmitočet f [MHz]
Kmitočtová závislost fáze přenosu 180
120
fáze φ [°]
60
0
-60
-120
-180 f [MHz] 30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
kmitočet f [MHz]
80
85
90
95
100
105
110
Kmitočtová závislosti reálné složky impedance 80 70 60
Re (Z)
50 40 30 20 10 0 30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
km itočet f [MHz]
Kmitočtová závislosti reálné složkysložky impedance Kmitočtová závislost imaginární impedance
80
40
70 60 30 20
40 30 10
Im (Z)
Re (Z)
50
20 10
0
0-10 30
35
40
45
50
55
60
65
-20
70
75
80
85
80
85
90
95
100
105
110
kmitočet f [MHz]
-30 30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
90
95
100
105
110
kmitočet f [MHz]
Kmitočtová závislost poměru stojatých vln 3,0 2,5
PSV
2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 20
30
40
50
60
70
80
Kmitočet f [MHz]
90
100
110
120
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.
