Nagyfrekvenciás áramkörök és rendszerek vizsgálata

Nagyfrekvenciás áramkörök és rendszerek vizsgálata

 

A mobil kommunikáció területén az utóbbi években megjelenő szabványok jelentősen kiterjesztették mind a cellás, mind a WLAN, mind pedig a mobil műsorszórás frekvenciasávját. Az alkalmazások a rádióösszeköttetések megteremtéséhez megfelelő antennákat igényelnek, melyek nem csupán a rádióösszeköttetés megvalósítását teszik lehetővé, hanem megfelelő interferencia védelmet biztosítanak a rendszerben működő berendezések számára.

A tanulmány megvizsgálja a cellás, a WLAN és a mobil műsorszórás területén alkalmazható antennatípusokat, összehasonlítjuk a feladatok ellátására alkalmas antennákat. A WiFi sávra két antenna esetére mérésekkel igazoljuk alkalmazhatóságukat.

 

A bázisállomások szektoriális antennatípusaiként elsősorban a reflektorfallal kiegészített és így megnövelt nyereségű és irányítottságú antennák vizsgálata indokolt. A reflektorfalas antennák alkalmazhatóságának jelentős korlátja a korlátozott sávszélesség, amit a sugárzó elem és reflektor fal távolságából adódó direkt ill. reflektált hullám frekvenciafüggő fáziskülönbsége okoz. A dipól antenna-síkreflektor kombinációra ezért elsősorban az antenna frekvenciával változó iránykarakterisztikáját vizsgáltuk numerikus szimuláció alkalmazásával. A másik fontos szempont a reflektorfal esetén a súlycsökkentést is szolgáló konstrukció a huzalvázzal felépített reflektor konstrukció hatása a tömör síklemezhez képest. Ezen hatást is figyelembe vettük az Eznec programba huzalelemekként bevitt reflektor geometriával. A dipól-reflektorfal kombináció elektromos paramétereinek megvizsgálása után indokolt volt a vizsgálatokat kiterjeszteni kombinált sugárzó elemre, ami a log-periódikus antenna rendszer. A választást két szempont indokolja: egyrészt a dipól-reflektorfal kombináció hátrasugárzása a szektoron kívüli interferenciát jelentősen megnöveli, másrészt az antenna sávszélességét korlátozó dipól sávszélesség probléma a log-periódikus szélessávú antenna alkalmazásával csökken. Az így kialakított antenna melléknyalábjainak szintje sarokreflektor alkalmazásával lenne csökkenthető, de ez a további vizsgálat nem volt jelen tanulmány tárgya.

 

A vezeték nélküli alkalmazások jelentős részét teszik ki a WiFi alkalmazások, melyek antennáit ugyancsak megvizsgáltuk. Az antenna választása a következő igényt próbálja kielégíteni – egy beltéri WiFi jel több falon keresztül történő vétele és használata. Ehhez kellően nagy nyereségű és irányított antennára van szükség. Ilyen esetekre a jelentős nyereségű Yagi ill. Franklin antenna egy jó megoldást nyújt. Mindkét típust analizáltuk és összehasonlítottuk. A numerikus szimulációs és mérési vizsgálataink eredményeképpen megállapítottuk, hogy a Franklin antenna mind bemeneti sávszélesség, mind pedig antennanyereség és iránykarakterisztika szempontból előnyösebb. Egyetlen konstrukciós hátránya a jelentős méretű reflektor igénye, tehát oldalmérete, mellyel szemben a Yagi antenna kiterjedése hosszméretében nagyobb.

 

A televízó műsorszóró hálózat digitális átállása kapcsán a csatornakiosztás miatt felmerül többsávú, vagy szélessávú antennák használatának igénye. A tanulmányban a szélessávú antennákat vizsgáltuk meg, így a hengerparabola reflektoros vékony dipólt ill. szélessávú dipól antennát. Az antennák vizsgálatánál valós igény, a budapesti DVB-T adás mindhárom multiplexének vétele volt a szempont. Ez a három frekvencia a 610, 746 és 802 MHz-en lévő csatornákat öleli fel. Az ingyenesen fogható műsorok a két szélső frekvencián vannak, így kb. 200 MHz sávszélességre célszerű tervezni az antennát. A dipólhoz egy paraboloid reflektor tartozik. A vizsgálat alapján megállapítottuk, hogy mindhárom adás vételére alkalmas sávszélességet a szélessávú dipól-hengerparaboloid reflektor alkalmazásával lehet biztosítani.

 

A vizsgálatok támogatást nyújtanak a tanszéken folyó antenna kutatás irányainak pontosítására, mert a felvetett problémákra csak részben tud választ adni, eredményei azonban közvetlenül is felhasználhatóak a tanszéki oktatási-kutatási munkában.

Kutatási beszámoló 

2012.

Szerzők: Dr. Frigyes István, Farkasvölgyi Andrea, Győri Lajos Zsombor, Dénes Zsolt, Horváth Dávid