Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Hab. Müh. Mikrodalga Lab. Deney No:6

Transkript

1 Deney No:6 Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Hab. Müh. Mikrodalga Lab. VCO, Dedektör ve 3-Kapılı Sirkülatörün Tanınması Alçak Geçiren Filtreye Ait Araya Girme Kaybı Karakteristiğinin Belirlenmesi Doğrultu Kuplörünün Özelliklerinin Belirlenmesi A. Ön Bilgi Gerilim Kontrollü Osilatör (VCO): Adından da anlaşılacağı gibi, uygulanacak gerilim ile kontrol edilebilen, istenilen konumda çalışma olanağını veren osilatördür; ince film mikrodalga rezonatör devre teknikleri kullanılarak üretilmiştir. VCO nun çalışma özellikleri: Frekans Bölgesi GHz Çıkış Gücü 10 mw,minimum Güç Değişimi +1.5 db,maksimum Ayar Gerilimi Düşük Frekans için (2.4 GHz) 2 Volt Yüksek Frekans için (3.7 GHz) 30 Volt DC Besleme Gerilimi 15 Volt, maksimum Şekil 6.1 VCO Mikrodalga Kaynağı 1

2 Şekil 6.1 den de görüldüğü gibi, CW(Continuous Wave-Sürekli Dalga) ve 1 KHz de anahtarlama pozisyonları uygun koşullarda kullanılır. Anahtarlama pozisyonuna göre, LED ler ya sürekli yanar ya da 2 sn de bir yanıp söner. VCO ile diğer üniteler arasında kullanılacak olan bağlantı elemanları ve adaptörler set içerisinde yer almaktadır. Şekil 6.2 de yer alan kristal dedektör, 50 Ω ile ideal uyum sağlayan bir yapıya sahiptir ve her μw için 0.5 mv dan daha duyarlıdır; çalışma bölgesi 1 μw 30 μw arasındadır. Şekil 6.2 Kristal Dedektörün İç Yapısı Şekil 6.3 de yer alan CIR, jonksiyonları arasında enerji iletimini sağlayan ferritin nonresiprok özelliklerine uygun olarak çalışır. Birinci kapıdan verilen enerji, ikinci kapıya ulaştığında, idealde üçüncü kapıdaki enerji sıfırdır. İkinci kapıya enerji verildiğinde, bu enerji üçüncü kapıya, üçünü kapıdaki enerji de birinci kapıya ulaşır. Birinci ve ikinci kapılar arasındaki transmisyon katsayısı 10log( P2 / P1) Birinci ve üçüncü kapılar arasındaki izolasyon 10log( P3/ P1) Giriş VSWR < 1.2 Band Genişliği Merkez Frekans + %15 Şekil Kapılı Sirkülatör 2

3 Şekil 6.4 de mikrodalga haberleşme sistemlerinde önemli bir yere sahip olan alçak geçiren filtre, yüksek geçiren filtre, band geçiren filtre ve band durduran filtrenin genel karakteristik özellikleri görülmektedir. Şekil 6.4 Filtre Karakteristikleri Bu deneyde kullanılacak olan LPF(Alçak Geçiren Filtre), S-bandında 2.7 GHz de tasarlanmıştır. L ve C nin eşdeğerleri şekil 6.5 de verilmiştir. 3

4 Şekil 6.5 Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri Alçak geçiren filtrede araya girme kaybı ( P2 / P1) ve db olarak ifadesi ise 10log( P2 / P1) şeklindedir. Doğrultu kuplörü, birbirine kuple iki dalga kılavuzunu içerir ve burada sadece tek yönde propagasyon söz konusudur. Doğrultu kuplörünün doğrultu kuplaj özellikleri, kuplaj katsayıları ve doğrultuculuğu şekil 6.6 da görüldüğü gibi belirlenir. Şekil 6.6a daki ileri yöndeki transmisyonda, 1. kapıdan verilen işaret 2. kapıya iletilir, 3. kapıda kuple güç yer alırken ideal durumda 4. kapıdaki güç sıfırdır. Doğrultu kuplörünün kuplaj katsayısı ( P3/ P1) olarak bulunur. Kuplajın db olarak ifadesi : 10log( P3/ P1) şeklindedir ve doğrultuculuk ise ( P4 / P3) şeklinde yazılır. db olarak ifadesi ise 10log( P4/ P3) dür. Şekil 6.6 da yer alan geri doğrultudaki transmisyonda, 2. kapıdan veilen işaret 1. kapıya iletilir; 4. kapıda kuple güç yer alırken, ideal durumda 3. kapıdaki güç sıfırdır. Doğrultu kuplörünün kuplaj katsayısı c = ( P4 / P) 2 olarak bulunur ve db cinsinden ifadesi 10log( P4 / P2) şeklindedir. Doğrultuculuk d = ( P3/ P4) şeklinde yazılır ve db olarak ifadesi 10log( P3/ P4) dür. Şekil 6.6 Deri Doğrultudaki Transmisyon 4

5 B. Ön Hazırlık VCO hakkında bilgi edininiz ve bilinen elektronik devre elemanları ile bir VCO tasarlayınız. Schottky barrier diyotun çalışma prensibini ve karakteristik özelliklerini inceleyiniz. CIR ın çalışma prensibini ve karakteristik özelliklerini inceleyiniz. Filtrelerin mikrodalga haberleşmesindeki yeri ve önemini tartışınız. Mikrodalga devrelerinde kullanılan filtrelerin özelliklerini belirleyiniz. Doğrultu kuplörünün temel özelliklerini araştırınız. Doğrultu kuplörünün mikrodalga devrelerindeki önemini açıklayınız. C. Deneyde Kullanılacak Elemanlar C.1 Adet Elemanın Adı 1 VCO Gerilim Kontrollü Osilatör 1 CIR 3- Kapılı Sirkülatör 1 D- Kristal Dedektör 1 MT - 50Ω luk koaksiyel sonlandırma elemanı (Kırmızı) 1 SC Koaksiyel kısa devre sonlandırma elemanı (Beyaz) 1 PPC Koksiyel Bağlantı Elemanı 1 VCO İçin Güç Kaynağı 1 Digital Voltmetre (1mV 1.4V) C.2 Adet Elemanın Adı 1 VCO Gerilim Kontrollü Osilatör 1 CIR 3- Kapılı Sirkülatör 1 D- Kristal Dedektör 1 MT - 50Ω luk koaksiyel sonlandırma elemanı (Kırmızı) 1 LPF Alçak Geçiren Filtre 2 PPC Koaksiyel Bağlantı Elemanı 1 VCO İçin Güç Kaynağı 1 Digital Voltmetre (1mV 1.4V) 5

6 C.3 Adet Elemanın Adı 1 VCO Gerilim Kontrollü Osilatör 1 CIR 3- Kapılı Sirkülatör 1 D- Kristal Dedektör 3 MT - 50Ω luk koaksiyel sonlandırma elemanı (Kırmızı) 1 DC Doğrultu Kuplörü 2 PPC Koaksiyel Bağlantı Elemanı 1 VCO İçin Güç Kaynağı 1 Digital Voltmetre (1mV 1.4V) D. Deneyin Amacı VCO, CIR ve dedektör hakkında bilgi sahibi olmak;mikroşerit setiyle yapılacak deneylere taban oluşturmak VCO ve dedektör ile CIR lı devrelerde transmisyon özelliklerini belirlemek Filtreler hakkında bilgi sahibi olmak;alçak geçiren filtrenin temel özelliklerini belirlemek Alçak geçiren filtrenin araya girme kaybı karakteristiğini belirlemek. Mikrodalga haberleşmesinde doğrultu kuplörünün yeri ve önemini ortaya koymak. Doğrultu kuplörünün temel özelliklerini belirlemek E. DENEYİN YAPILIŞI VE SONUÇLARI E.1 Şekil 6.7 deki gibi VCO,CIR ve dedektör bağlantılarını yapınız. 50 Ω luk koaksiyel sonlandırma elemanı olarak kırmızı olanı kullanınız. Frekans = 2.5 GHz alınız. DC güç kaynağını 0-30 Volt çıkışlı ayarlayınız. 6

7 Şekil 6.7 Kristal dedektörü digital voltmetreye koaksiyel kablo ile bağlayınız ve voltmetrede okuduğunuz değeri Tablo 6.1 e yazınız. VCO besleme gerilimini 15V, ayar gerilimini 10V yaparak voltmetrede okuyunuz ve not ediniz.(vco CW moda olmalı ve LED sürekli yanmalıdır) Transmisyon gücü P 2 yi belirleyiniz ve Tablo 6.1 e yazınız. Yukarıda istenilenleri f = GHz, f = 3 GHz, f = 3.25 GHz ve f = 3.5 GHz için tekrarlayarak Tablo 6.1 e yazınız. VCO Frekansı VCO Ayar Gerilimi Dedektör Gerilimi (2. Kapı Çıkışı) Transmisyon Gücü (P 2 Gücü) Tablo 6.1 7

8 E.2 Şekil 6.8 deki devreyi kurunuz. Şekil 6.8 VCO Frekansı VCO (Volt) 3. Kapıdaki Dedektör Gerilimi (V) 3. Kapıdaki Güç (P 3 ) 2. Kapıdaki Güç (P2- Tablo 6.1) P 3 /P 2 10.log(P 3 /P 2 ) (db) Tablo 6.2 f= 2.5 GHz için üçüncü kapı dedektör gerilimini belirleyiniz ve Tablo 6.2 ye yazınız. f= 2.5 GHz için P 3 ü belirleyiniz ve Tablo 6.2 ye yazınız. Bölüm E.1 de elde ettiğiniz P 2 yi dikkate alarak P 3 /P 2 oranını db olarak ifade ediniz ve Tablo 6.2 ye yazınız. Yukarıda istenilenleri Tablo 6.2 deki frekans değerleri için tekrarlayınız. E.3 Şekil 6.9 deki devreyi kurunuz. Tablo 6.3 de istenilen değerleri elde ediniz. 8

9 Frekans VCO (Volt) 3. Kapıdaki Dedektör Gerilimi (V) Şekil Kapıdaki Güç (P 3 ) Tablo 6.3 E.4 Şekil 6.10 daki devreyi kurunuz. Tablo 6.4 de istenilen değerleri elde ediniz. 2. Kapıdaki Güç (P2-Tablo 6.1) P 3 /P 2 10.log(P 3 /P 2 ) (db) Şekil 6.10 Frekans VCO (Volt) 1. Kapıdaki Dedektör Gerilimi (V) 1. Kapıdaki Güç (P 3 ) Tablo Kapıdaki Güç (P2-Tablo 6.1) P 1 /P 2 10.log(P 1 /P 2 ) (db) 9

10 E.1-E.2-E.3-E.4 de elde ettiğiniz değerleri toplu olarak Tablo-6.5 e yazınız. Frekans log(P 3 /P 2 ) (db) 10.log(P 3 /P 2 ) (db) 10.log(P 1 /P 2 ) (db) Tablo 6.5 E.5 Şekil 6.11 deki devreyi kurunuz. Tablo 6.6 daki frekanslarda V 1 ve P 1 i belirleyiniz ve Tablo 6.6 yı doldurunuz. Şekil 6.11 Frekans VCO (Volt) V 1 P 1 V 2 (mv) P 2 P 2 /P 1 10.log (P 2 /P 1 ) db Tablo 6.6 E.6 Şekil 6.12 deki devreyi kurunuz. Tablo 6.6 daki frekanslarda V 2 ve P 2 yi belirleyiniz ve Tablo 6.6 yı doldurunuz. Araya girme kaybını belirleyiniz ve Tablo 6.6 yı doldurunuz. 10

11 Şekil 6.12 E.7 Şekil 6.13 deki devreyi kurunuz. Tablo 6.7 daki frekanslarda V 1 ve P 1 i belirleyiniz ve Tablo 6.7 yi doldurunuz. Şekil 6.13 Frekans VCO (Volt) V 1 P 1 V 3 P 3 V 4 P 4 V 2 P 2 Tablo 6.7 E.8 Şekil 6.14 deki devreyi kurunuz. Tablo 6.7 daki frekanslarda V 3 ve P 3 ü belirleyiniz ve Tablo 6.7 yi doldurunuz. 11

12 Şekil 6.14 E.9 Şekil 6.15 deki devreyi kurunuz. Tablo 6.7 daki frekanslarda V 4 ve P 4 ü belirleyiniz ve Tablo 6.7 yi doldurunuz. Şekil 6.15 E.10 Şekil 6.16 daki devreyi kurunuz. Tablo 6.7 daki frekanslarda V 2 ve P 2 yi belirleyiniz ve Tablo 6.7 yi doldurunuz. Tablo 6.8 i doldurunuz. Şekil

13 Frekans Kuplaj Doğrultuculuk Araya Girme Kaybı P 3 /P 1 10.log (P 3 /P 1 ) P 4 /P 3 10.log (P 4 /P 3 ) P 2 /P 1 10.log (P 2 /P 1 ) db db db Tablo 6.8 F. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Deneyi ve elde ettiğiniz sonuçları değerlendirerek yorum yapınız. 13

14 Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi: Deney No:6 Tarih: Öğrencinin Adı-Soyadı: Numarası: İmza: Adı-Soyadı: Numarası: İmza: Adı-Soyadı: Numarası: İmza: Arş. Görevlisinin Adı-Soyadı: Değerlendirme: İmza: ÖNEMLİ NOT!!! Deney Esnasında Tablolardaki güç hesapları için her grubun hesap makinesi getirmesi gerekmektedir. 14