Università di Pisa Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni...
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Università di PisaUniversità di PisaFacoltà di IngegneriaFacoltà di Ingegneria
Corso di laurea in Corso di laurea in Ingegneria delle TelecomunicazioniIngegneria delle Telecomunicazioni
Misure su un prototipo di array di antenne in microstriscia per
applicazioni UMTS
Anno accademico 2005/ 2006Anno accademico 2005/ 2006
Candidato: Emanuele Giorgi
Tirocinio svolto presso: RTW - Ride The Wave
Relatori: Prof.. P. Nepa
Ing. A. Armogida
Progetto del Dip. Ing. Informazioneper Selex Communications
Assemblaggio di due prototipi- specifiche di progetto- ottimizzazione
Aggiornamento del programma (LabVIEW)
Misura dei parametri “S” Misura dei diagrammi di irradiazione Misura del guadagno
Lavoro svolto:Lavoro svolto:
Descrizione Dell’AntennaDescrizione Dell’Antenna Array 4x4, +/- 45° Bande operative UMTS I, ISM, UMTS II
Circuito stampato (PCB) Elementi radianti (i patch
metallici) Piano metallico
Componenti che costituiscono l’antenna
Sito di misura e strumentazioneSito di misura e strumentazione
Camera Semi-anecoica
- Efficacia di schermatura ~100dB da 100Khz a 18Ghz
- Rivestimento interno:
Ferriti e coni assorbenti
Analizzatore Vettoriale di Reti (VNA)
- Connessione GPIB
Posizionatore a singolo asse
- Rotazione 360°, risoluzione 0,02°
- Connessione GPIB
Sito Di Misura
Strumentazione:
Programma LabVIEW (1/3)Programma LabVIEW (1/3)
Controllo combinato dei due strumenti di misura Salvataggio su PC dei dati acquisiti
Funzioni del programma:
Controllo della strumentazione in camera Lavoro di tirocinio:
- Verifica dei moduli non funzionanti
- Implementazione di Calibrazione e Step Variabile
Programma LabVIEW (2/3)Programma LabVIEW (2/3)
Pannello Frontale del VNA:
Freq. Start e Stop
Averaging
Smoothing
Selezione
parametro S
Grafico qualitativo
Calibrazione
Programma LabVIEW (3/3)Programma LabVIEW (3/3)
Impostazione intervallo angolare (variabile)
Velocità
Indicatore posizione corrente
Pannello Frontale del Posizionatore:
Misura parametri “S” (1/3)Misura parametri “S” (1/3)
ROS (Return Loss) – S11 dal VNA Isolamento Co-Polare – S12 dal VNA Isolamento Cross-Polare – S12 dal VNA
Specifiche: tutto al di sotto dei –10dB
Ottimizzazione :
Misure con variazioni:
- Distanza tra PCB e piano metallico
- Dimensione dei Patch superiori
- Air Gap tra i Patch
Assemblaggio del Prototipo “II”
Assemblaggio di una sola colonna
Misura parametri “S” (2/3)Misura parametri “S” (2/3)
Misure effettuate al banco su entrambi i prototipi Calibrazione VNA Carichi adattati (50) alle porte non utilizzate
Esempio Grafici (RL UMTS I, Prot. I – Prot. II)
Return Loss
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
1.9 1.92 1.94 1.96 1.98 2 2.02 2.04 2.06 2.08 2.1 2.12 2.14 2.16 2.18 2.2Freq (GHz)
S P
ara
mete
r (d
B)
|S11|
|S22|
Misura parametri “S” (3/3)Misura parametri “S” (3/3)Risultati
Conclusioni sul Prototipo II
- Isolamenti simili al Prototipo I
- RL migliore, meno fluttuante, sempre sotto a –10dB
Fasi successive Prototipo II
RL a - 45° : al di sotto dei –10db nel Pr. II, supera la soglia nel Pr. I RL a +45° : efficacemente sotto la soglia Isolamenti Co e Cross- Polari:
- Molto al di sotto dei –10dB
- Isolamento Cross-Polare un po’ alto in UMTS II
Diagrammi di irradiazione (1/3)Diagrammi di irradiazione (1/3)
Setup del sito
Misure effettuate in camera Calibrazione VNA
Puntamento delle antenne
Antenna RX: Standard Gain Horn
Livella a bolla e puntatore Laser
Puntamento elettrico
Antenna TX : Array
Distanza : 5m ( λ ~ 15 Cm @ 2GHz) Altezza : 170 Cm
VNA esterno
Diagrammi di irradiazione (2/3)Diagrammi di irradiazione (2/3)
Piano delle Misure Broadside
- Azimut / / Elevazione, Co e Cross Polare Beamforming
- Azimut Co-Polare, +15° // –30°
- Utilizzo di 4 sfasatori
Risultati BroadSide
HPBW intorno a 18°~22°
UMTS II Up-Link - AZIMUT, E-45, Co-polar
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
-175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150 175
Fre quenc y(GHz)
Am
plitu
de(d
B)
f=2.5GHz
f=2.53 5GHz
f=2.57 GH z
UMTS II Up-Link - AZIMUT, E-45, X-polar
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
-175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150 175
Fre quenc y(GHz)
Am
plitu
de(d
B)
f=2.5GHz
f=2.53 5GHz
f=2.57 GHz
SLL inferiori ai –13dB
Isolamenti Cross-Polari intorno ai –13 ~ –15dB
Diagrammi di irradiazione (3/3)Diagrammi di irradiazione (3/3)
Problemi in Down-Link UMTS II in elevazione :
Risultati Beamforming
UMTS II Up-Link - Beamforming +15 °, E-45
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
-175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150 175
Fre quenc y(GHz)
Am
plitu
de(d
B)
f= 2.5GHz
f= 2.53 5GHz
f= 2.57 GH z
- Forte asimmetria
+12° in UMTS I e +14° in UMTS II
Risultati più variabili,
da –25° a –35°
Beamforming a +15° :
Beamforming a –30° :
Verifica con connettori
ruotati di 180°
Misure di GuadagnoMisure di Guadagno
Gain UMTS I
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
17.00
18.00
19.00
1.9 1.925 1.95 1.975 2 2.025 2.05 2.075 2.1 2.125 2.15 2.175 2.2
Frequency(GHz)
Am
plitu
de
G.Array
Gain ISM e UMTS II
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
20.00
2.4 2.425 2.45 2.475 2.5 2.525 2.55 2.575 2.6 2.625 2.65 2.675 2.7
G.Array
Metodo delle tre antenne:
3 misure
Grafici risultanti
UMTS I : 16 ~ 18 dB
ISM, UMTS II :
+17dB fino a 2.5 GHz
Decadimento (+ 8dB a 2.7 GHz )
Array 4x4 (Prototipo II) 2 antenne a singolo elemento
ConclusioniConclusioni
Durante il tirocinio è stata assemblata e misurata l’antenna
Proposta versione ottimizzata (incremento prestazioni ROS)
L’antenna (ottimizzata) rispetta le specifiche di progetto
- Buono il Beamforming dell’ Array
Problema:
- Asimmetria diagramma elevazione in Down Link UMTS II
Il Programma LabVIEW ha ottimizzato e velocizzato il lavoro