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CAPITOLO 3 ESEMPI

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Academic year: 2021

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Capitolo 1 –Esempi

CAPITOLO 3

ESEMPI

Per poter apprezzare le effettive capacità del programma si mostrano in questo capitolo alcuni esempi di misura dei parametri S.

Tutte le misure effettuate in questo capitolo sono state fatte, impostando sul Wiltron 37311A una calibrazione sulla banda massima utilizzabile, cioè da 22,5 MHz a 3,0 GHz, e prendendo 1601 punti frequenziali.

L’utilizzo di un numero elevato di punti permette di ottenere dati sufficientemente accurati, anche se si va ad esaminare una banda più stretta. Se poi fossero stati necessari dati ancora più accurati, avremmo potuto ricalibrare lo strumento prendendo i 1601 punti su una banda più stretta. Si noti che per fare questo però, sarebbe stato necessario conoscere a priori la frequenza di lavoro del dispositivo da misurare.

La misura è stata impostata sfruttando i programmi in modalità passiva, e quindi è stata fatta dall’operatore che ha utilizzato il programma server, mentre i clients avevano la sola possibilità di modificare la visualizzazione dei parametri S.

Queste misure sarebbero risultate identiche, se avessimo usato i programmi, server e client, della modalità attiva (in tal caso sarebbe stato il client scelto dal server a fare le impostazioni necessarie).

I dispositivi misurati sono due filtri e due antenne a microstriscia, realizzati su Teflon (materiale con costante dielettrica ε = 2) ed il collegamento con lo strumento è stato r realizzato tramite cavi coassiali SMA, gli stessi usati durante la calibrazione (con impedenza caratteristica di 50 Ω ).

Attraverso questa misura è stato possibile confrontare i parametri caratteristici delle coppie di filtri e delle antenne, come la banda a -3 dB e quella a -10 dB ed le perdite per inserzione.

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Capitolo 1 –Esempi

3.1 FILTRI

Osservando, attraverso una prima scansione, che, per i due filtri a microstriscia utilizzati, le frequenze di lavoro erano per entrambi intorno ai 2,4 GHz, abbiamo impostato la frequenza di start sui 2,2 GHz e quella di stop sui 2,5 GHz.

Il numero di punti frequenziali utilizzato è 1601, come si vede dalla figura 3.1, in realtà come già accennato in precedenza, per lo strumento non è possibile effettuare questa impostazione, in quanto la calibrazione, è sì fatta con 1601 punti, ma su una banda che va da 22,5 MHz a 3,0 GHz e non su quella ora considerata.

Quello che fa lo strumento è prendere tutti i punti frequenziali disponibili tra 2,2 GHz e 2,5 GHz. Se ad esempio avessi impostato 801 punti, avrei ottenuto una misura fatta sulla metà dei punti considerati nel caso precedente.

In definitiva, il numero di punti frequenziali impostati, corrisponde a quello che effettivamente lo strumento utilizza, solo se, la banda usata per la misura è la stessa di quella usata per la calibrazione (ovviamente non potrà mai essere maggiore!).

Fig. 3.1 Impostazioni del programma server:

numero punti, frequenze di inizio e fine scansione

Per quanto riguarda le impostazioni della sezione “Enhancement” si è utilizzato solamente un filtraggio IF sui dati con una banda di 100 Hz, e si è preso una sola misura per punto frequenziale, quindi il comando “Average” è stato lasciato sulla posizione di OFF.

Il filtraggio introdotto è un valore intermedio tra quelli messi a disposizione dallo strumento, in quanto si è cercato di aumentare l’accuratezza della misura, senza causare un eccessivo

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Capitolo 1 –Esempi aumento dei tempi della stessa (cosa che sarebbe avvenuta se avessi sfruttato il filtro IF a 10

Hz di banda).

Fig. 3.2 Impostazioni del filtro IF, Smoothing ed Average

Per vedere il punto di lavoro del primo filtro basta visualizzare su uno dei quattro canali disponibili l’ampiezza del parametro S11 e posizionare uno dei due marker attivi sul minimo della curva.

Il valore del marker può essere letto direttamente, sia sull’asse delle ascisse (che rappresentano le frequenze), sia sull’asse delle ordinate (che rappresentano il modulo in dB). Come mostrato in figura 3.3, il filtro lavora ad una frequenza di 2,4042GHz, dove assume un valore di -26,11 dB.

La banda a -3 dB può essere ricavata utilizzando un altro marker, e spostandolo fino ad ottenere un valore maggiore di 3 dB a sinistra e a destra del minimo (figura 3.4).

Dalla differenza di questi due ultimi valori si ottiene per il primo filtro una banda a -3 dB di 47,7 MHz circa.

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Capitolo 1 –Esempi

Fig. 3.3 Frequenza di lavoro del primo filtro

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Capitolo 1 –Esempi

Per il secondo filtro si effettua la stessa misura e dagli analoghi grafici si ottiene:

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Capitolo 1 –Esempi

Fig. 3.6 Banda a -3 dB del secondo filtro

Dalle figure precedenti si vede che il secondo filtro lavora a 2,5273 GHz e ha una banda a -3 dB (ottenuta facendo la sottrazione dei due valori frequenziali del marker di colore nero) è pari a 165 MHz.

Analogamente, si possono calcolare le bande a -10 dB dei due filtri; quello che si ottiene è che il primo filtro ha una banda a -10 dB pari a 11,2 MHz, mentre il secondo ha una banda pari a 12,6 MHz.

In conclusione, si può dire che, il primo filtro risulta avere banda minore del secondo, ed è quindi più selettivo sulla propria frequenza di lavoro.

Dal parametro S21 di entrambi i filtri, è possibile vedere le perdite che essi causano sul segnale: infatti, se misurassi un valore di 0 dB sulla frequenza di lavoro, avrei un segnale d’uscita che non ha subito attenuazione da parte del filtro.

Come si vede dalle figure seguenti, nel nostro caso i filtri degraderebbero notevolmente un ipotetico segnale d’ingresso in quanto: il secondo filtro causa un’attenuazione di circa 3 dB (il segnale d’uscita è quindi la metà di quello d’ingresso), mentre il primo ne causa una di addirittura 9 dB!

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Capitolo 1 –Esempi

Fig. 3.7 Attenuazione del primo filtro sulla frequenza centrale

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Capitolo 1 –Esempi

3.2 ANTENNE

Per le due antenne, essendo queste dispositivi con una sola porta, è stato possibile effettuare un’unica misura, in quanto l’analizzatore di reti vettoriale dispone di due porte del tutto indipendenti.

Attraverso una prima scansione, si è visto che anche le due antenne avevano frequenze di lavoro comprese tra i 2,2 GHz e i 2,5 GHz, quindi si sono presi questi due estremi per la misura della banda.

Per l’antenna sulla seconda porta si misura un valore del modulo di S11 (figura 3.9) di circa 12 dB alla frequenza di 2,27 GHz.

Fig. 3.9 Frequenza di lavoro della prima antenna

Con procedimento analogo a quello illustrato per i filtri, si ricava per quest’antenna una banda a -3 dB di 34,5 MHz, ed una a -10 dB di circa 9,4 MHz.

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Capitolo 1 –Esempi

Invece, per quella posta sulla porta 1 dello strumento si ha un valore del modulo di S22 (figura 3.10) di 11,6 dB alla frequenza di lavoro, cioè a 2,415 GHz.

Fig. 3.10 Frequenza di lavoro della seconda antenna

Per quest’antenna si ottiene una banda a -3 dB di circa 63,3 MHz ed una a -10 dB di circa 13 MHz.

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Capitolo 1 –Esempi

Fig. 3.11 Parametri di trasmissione sulle frequenze di lavoro delle antenne

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Capitolo 1 –Esempi Infine, nelle ultime due figure è possibile vedere, attraverso i parametri S12 (figura 3.11) e

S21 (figura 3.12) come le due antenne si influenzino a vicenda. I grafici ottenuti sono identici, ed i massimi di questi parametri di trasmissione corrispondono proprio alle frequenze di lavoro delle due antenne, e quindi, come era logico aspettarci, ho massima potenza trasmessa là dove sono minime le perdite per riflessione.

Figura

Fig. 3.1    Impostazioni del programma server:
Fig. 3.2   Impostazioni del filtro IF, Smoothing ed Average
Fig. 3.3    Frequenza di lavoro del primo filtro
Fig. 3.5    Frequenza di lavoro del secondo filtro
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