LABJOURNAL BIRD WATTMETER Deltakere: Utstyrsliste: 1 stk BIRD Wattmeter med probe for VHF 100-250 MHz - 25W 2 stk lengde RG58 terminert i begge ender 1 stk lengde defekt RG58 (vanninntrengning/korrodert eller lignende) 1 stk lengde RG58 terminert i en ende 1 stk termineringsboks last 50 ohm 1 stk termineringsboks last 300 ohm 1 stk VHF-radio med mulighet for å sende minimum 10 W maksimum 25 W 2 stk adapterplugger (BNC-N) Avbiter Instrumenter: Navn Ytterligere informasjon Serienummer Bird Wattmeter Wattmeter 86245 Bird Probe 25B, 50-125Mhz, 25W Ingen serienummer Magic Box Magic Box A-D Ingen serienummer Radio Tait Electronic Ltd T2015-211-F00 Spenningskilde GwInstek GPS-3030 835037 Spenningskilde GwInstek GPS-3030 834958
Forarbeid: Figur 1
Gjennomføring: Vi koblet opp etter fig. 1. Spenningsforsyningene er koblet i parallell. Det er brukt koaksial-kabler mellom radio, bird-wattmeter og magicboksen. Vi brukte deretter en probe som er eksternt montert i bird-wattmeteret som er tilpasset watt og frekvens på det vi sender med fra radioen. Det vi nå målte var effekt ut (Pi) og refleksjonseffekt (Pr). Tabell 1, målinger refleksjon. Inngang Pi [W] Pr [W] A 13 0 B 13 0,25 C 11 6 D 12.25 1,75 Etter at målingene var gjort, beregnet vi refleksjonskoeffisienten, VSWR og impedansen til koksialkabelen. A: B: C:
D: For å sjekke hvilken verdi som er riktig i magicboksen målte vi mellom senterleder og skjerm på pluggene for å finne motstanden. Resultatet ble som følger: Tabell 2, målinger magicboks. A B C D 50,2 ohm 40,3 ohm 300 ohm 100 ohm Diskusjon: Beregningen viser seg å stemme ganske så bra, med omtrent 10% feilmargin. En årsak til at det ikke blir helt nøyaktig, er avlesningsfeil grunnet analogt instrument, avvik i selveinstrumentet. Avlesningen som nevnt er en betydelig feilkilde som skyldes skala og vanskeligheten med se nøyaktig hva som står. Grunnen til at det er to måter å regne med VSWR på er at den verdien ikke kan gå under 1 og dermed stemmer ZL ikke visst Z0 er større, og dermed må vi bruke den av de to metodene som gir høyest verdi. Dette fører til to verdier hvor vi ikke kan nødvendigvis direkte vet riktig impedanse utenom at det er en av de. Konklusjon: Bird-wattmeteret er et ypperlig verktøy for å kunne sjekke om kabelen er balansert eller ikke. Den gir også en indikasjon på hvor mye VSWR. I oppgaven fikk vi se viktigheten av å ha riktig impedans i lasten, slik at vi unngår stående bølger/refleksjon.
LABJOURNAL Kvartbølge stubb filter Deltakere: Utstyrsliste: 1 stk signalgenerator (RF) 1 stk radiomottager 1 stk spektrumsanalysator med trackinggenerator 1 stk BNC T-ledd 2 stk lengder med RG58 terminert med BNC og N-connector 1 stk lengde med RG58 terminert med BNC i en ende og åpen i andre 1 stk avbiter Instrumenter: Navn Ytterligere informasjon Serienummer RF signalgenerator Rhodes and Schwarz 0334 Spektrumsanalysator 1143058 Icom (FKKIS2) Hensikt Hensikten med denne oppgaven er å konstruere samt forstå en kvartbølgestub, som vil filtrere ut en gitt frekvens.
Gjennomføring: - Vi startet gjennomføringen med å lytte på støyen som radioen mottok fra RF signalgeneratoren(se figur 1). Støyen hadde frekvens på 153,1MHz. Figur 2 - For å fjerne støyen laget vi et kvartbølge-stubfilter. - Lengden på filteret(koaksialkabelen) regnet vi ut av formelen: o λ= c k, der k er hastighetskonstanten i koaksialkaben. 4f o λ= 3 108 m/s 0,67 4 153.1 10 6 MHz =0,328m - Så fant vi fram en koaksialkabel med lengde på ca 0,36m. Figur 3 - For å tilpasse filteret vårt koblet vi et T-ledd til spektrumsanalysatoren(se figur 2). - Deretter kalibrerte vi spektrumsanalysatoren slik at T-leddet ble nullpunktet.
Figur 4 - Når t-leddet var nullpunkt koblet vi koaksialkabelen til T-leddet(se figur 3). - Vi kan se på bildet under(figur 4) at koaksialkabelen(filteret) ikke er helt tilpasset 153.1MHz frekvensen vi ønsket(den røde markeren viser ønsket frekvens). Figur 4 - For å tilpasse filteret klippet vi litt og litt av enden av koaksialkabelen helt til vi fikk demping for ønsket frekvens. På bildet i figur 5 ser vi hvordan det ser ut når vi har oppnådd ønsket filterfrekvens.
Figur 5 - Dempingen filteret ga oss var på -34,55 db. - Til slutt testet vi filteret ved å koble RF signalgeneratoren til radioen med kvartbølge stump filteret i mellom(se figur 6). Støyen vi hørte i starten av forsøket var helt borte. Figur 6
Drøfting I denne oppgaven har vi benyttet våre beregninger til å angi lengte på kvartbølgestubben. Her hadde vi beregnet oss frem til at vår kvartbølgestubb skulle være på 0,328m, når man ønsker å filtrere ut et signal på 153,1MHz. Etter å gjennomført oppgaven, hvor vi benyttet spektrumsanalysatoren til å fintilpasse lengden på kvartbølgestubben, målte vi at lengden på stubben var på 0,326m. Dette avviket velger man å se bort i fra, da det har er en minimal forskjell mellom målt og beregnet. Konklusjon Vi har i denne oppgaven fått innsikt i hvordan man i praksis kan benytte en kvartbølgestubb for å filtrere ut bestemte frekvenser. Her har vi fått innblikk i hvordan man kan enten beregne lengden på stubben ut i fra kjente formler eller hvordan man benytter en spektrumsanalysator for å tilpasse lengden på kvartbølgen.
LABJOURNAL Time domain reflektormeterma linger Deltakere: Utstyrsliste: 1 stk funksjonsgenerator som gir ut firkantpulser og dekker minimum frekvensområde opp til 250 khz 1 stk Oscilloskop 1 stk trommel med RG58 (evt minimum 10 meter lengde) 1 stk trommel med RG59 ((evt minimum 10 meter lengde) 1 lengde (minimum 10 meter) med vannskadet koaks 1 stk RG58 terminert med BNC i en ende og to krokodilleklemmer i andre 1 stk BNC T-ledd 1 stk RG58 terminert i begge ender (BNC) 1 stk variabel motstand (25 tørns på maks 1000 ohm) med påmontert krokodilleklemmer Instrumenter: Navn Produktnavn Serienummer Signalgenerator Algient 33220A 44038590 Oscilloskop Algient DS03062A CN48448424 Digitalt mulitmeter Fluke 77 multimeter 35319309
Forarbeid, figur 1: Før vi begynte med målinger, ble vår signalgenerator stilt inn på 5,000 Vpp. Motstanden på 100 ohm var ikke koblet i ved dette tidspunktet, slik at det ble et brudd i den ene enden av T-leddet. Dette var en sentral del av dette forsøket, så det er ikke en tilfeldig kobling. Når motstanden ikke var koblet inn, viste oscilloskopet 10 Vpp. Figur 5 Gjennomføring, figur 1: Når forsøket så skulle gjennomføres, koblet vi inn motstanden på 100 ohm, slik at det satt en coaxkabel i hver ende av T-leddet. Med denne motstanden fikk vi ikke ønsket Vpp. Vi kom til en verdi nærmere 5 Vpp enn 10 Vpp, men ikke nøyaktig. Derfor koblet vi inn enda en motstand på 100 ohm i parallell med den andre 100 ohm s motstanden. Det gir en totalmotstand på 50 ohm. Først når totalmotstanden var koblet i kretsen, fikk vi ønsket Vpp. Vpp endte da opp på 5, slik vi ønsket.
Forarbeid, figur 2: Hovedoppgaven med dette del-forsøket var å kunne regne ut hvor lang kabelen i kabelrullen var. Bedre forklart, var poenget å kunne finne hvor bruddet på en kabel er, når man driver med feilsøking. Vår kabelrull var det ikke noe problem med, før man kom til «enden». Før vi startet forsøket, koblet vi en coax-kabel i hver ende av T-leddet. Den enden som gikk til kabelrullen, hadde en kontakt for jord, og en kontakt for senterlederen. Et viktig poeng her, var å koble opp jord FØRST, deretter til senterlederen. Svart kabel til jord, deretter rød kabel til senterleder. Figur 6 Gjennomføring, figur 2: Med utstyr koblet opp korrekt, målte vi tiden det tok fra et signal ble sendt fra t-leddet, til det nådde kabelrullens ende, og deretter tilbake igjen. Tiden kunne vi se på oscilloskopet. Tiden ble beregnet i nanosekunder. Etter å ha lest av verdien, brukte vi formelen s = v t. Strekningen var ukjent, v for fart var 3*10 8 * 0,67. Her er 0,67 begrensningen for hvor høy fart et signal kan reise gjennom en coax-kabel. T for tid var 664 ns( 664 *10-9 s). Dette gav oss en kabellengde på 66,7 meter. Minus en meter med den kabelen som gikk fra t-leddet, til starten av kabelrullens kabel.
Forarbeid, figur 3: Før dette siste del-forsøket ble vi stilt spørsmålet: Nå har dere funnet kabelens lengde, men klarer dere å finne kabelens impedanse?. For å kunne regne ut kabelens impedanse tok vi i bruk en variabel motstand. Motstanden ble koblet på den ene enden av kabelrullen. På den andre enden koblet vi den samme coax-kabelen som vi brukte i forrige forsøk. En jord til coaxen s ytre, og en strøm til coaxen s indre. Figur 7 Gjennomføring, figur 3: Forsøket begynte med at vi stilte på den variable motstanden. Målet var å få så tilnærmet 5 Vpp som overhodet mulig. Det vil si at vi ønsket et «hopp» på en verdi rundt 5 Vpp. Etter litt justering og stilling på den variable motstanden kom vi frem til ca 6 Vpp. Selv om dette ikke er «helt riktig» svar, er vi likevel fornøyd. Det sier vi fordi vi forstod at kabelen som gikk fra signalgeneratoren til oscilloskopet var en kabel med impedanse på 50 ohm. Den variable motstanden brukte vi et multimeter på, og målte den til verdien 75-76 ohm. Det er grunnen til at vi fikk 6 Vpp, og ikke 5 Vpp slik vi ønsket. En forskjell på 1 Vpp er akseptabelt når det er snakk om en forskjell på 25 ohm.
Diskusjon: En gjennomgående faktor for alle disse målingene er de forskjellige feilkildene. Oscilloskopet kan være svært nøyaktig, men slik vi selv stilte på «marker» pilen, kan det fremkomme unøyaktive målinger. Det bunner ut i at lengden på en kabel kan variere med opp til ±0,5m. Andre feilkilder er måten vi har koblet opp utstyret på, samt kablenes faktiske impedanse, dersom de skulle variere med noen ohms forskjell. I tillegg er det verdt å nevne forskjellen på 50 ohms og 75 ohms kabel. Konklusjon: I dette forsøket har vi fått innblikk i hvordan brudd på kabel har innvirkning på signalet som blir sendt tilbake til spenningskilden, altså signal som reflekteres.videre fikk vi innblikk hvordan man kan benytte et oscilloskop for å beregne hvor brudd i kabelen befinner seg. Vi benyttet last over kablene, hvor man kan stille lasten slik at signalet blir i fase, som igjen fører til at man kan måle mostand over lasten som er tilsvarende impedansen i kabelen.