Antennin säteilykuvion mittaaminen LabVIEW-ohjauksella

Abstract

Tutkintotyön tarkoituksena oli luoda mittausjärjestelmä Yagi-Uda -antennin säteilykuvion mittaamiseen. Työhön sisältyi mittausjärjestelmän ulkoisten rakenteiden sekä mittausohjelman suunnittelu ja toteuttaminen. Lisäksi mittausjärjestelmälle suoritettiin erillinen testausprosessi, jolla pyrittiin selvittämään järjestelmän toiminnassa mahdollisesti ilmeneviä virhetilanteita.

Työn päälähtökohtana oli se, että koko mittausjärjestelmää on pystyttävä ohjaamaan yhdestä ohjelmasta käsin. Mittausjärjestelmän ulkoinen rakenne oli työn aloitusvaiheessa antennin suuntakulman määritysmenetelmää lukuun ottamatta lähes valmiiksi suunniteltu. Suuntakulman määritykseen pohdittiin eri vaihtoehtoja ja lopulta suuntakulman määrittämisessä päätettiin käyttää askelmoottoria, jonka avulla mittausjärjestelmä voitiin automatisoida lähes täysin.

LabVIEW:lla toteutetun mittausohjelman rakenne koostuu kahdeksasta pääosasta joita ovat: signaaligeneraattorin, spektrianalysaattorin ja askelmoottorin ohjaaminen, säteilykuvion piirtäminen, etutakasuhteen laskenta, puolen tehon keilanleveyden määrittäminen, säteilykuvioiden analysointi sekä raportin tallennus. Analysointiosio ei kuulunut alkuperäiseen suunnitelmaan, mutta päätettiin liittää ohjelmaan, koska se lisää ohjelman monipuolisuutta sekä käytettävyyttä. Ohjelman toiminta testattiin kaikkien mittausvaiheiden läpikäynnillä sekä ohjelman muiden osioiden testaamisella.

Tämän työn tarkoituksena oli ainoastaan luoda mittausjärjestelmä sekä sitä ohjaava ohjelma, joten mittaustuloksien analysointiin ei keskitytty. Työssä luotua mittausjärjestelmää on tarkoitus jatkossa käyttää opiskelijoiden laboratoriotyönä, jossa opiskelijat tutustuvat tarkemmin antennimittaukseen sekä Yagi-Uda -antennin rakenteeseen ja ominaisuuksiin.

Työssä suunniteltu mittausjärjestelmä on ensimmäinen laboratoriotyöksi tehty versio ja esittää yhden tavan antennimittausjärjestelmän toteuttamiseksi. Työlle asetetut vaatimukset täyttyivät hyvin sekä lopulta mittausjärjestelmä sisälsi myös ylimääräisiä, mutta hyödyllisiä ominaisuuksia. Jatkokehitysmahdollisuuksia varsinkin mittausohjelmaan on lähes rajattomasti ja mahdollisten päivitysten avulla voidaan ohjelman toimivuutta parantaa sekä mittaustuloksia tarkentaa.

The focus of this engineering thesis was to create a measurement system for Yagi-Uda antenna's radiation pattern measurement. Development and implementation covers system's external structure as well as the measurement program. Thesis also included a separate test process, whose purpose was to determine possible errors in the system's functionality.

The main starting point for this thesis was that the whole system could be controlled from one program only. When thesis was started the planning for the system's external structure was already quite done, apart from antenna's directional angle definition. To define directional angle some possibilities were considered and eventually angle definition was done with a stepper motor, which allowed automating almost the whole measurement system.

Measurement program that was done with LabVIEW consists of eight main parts, which are: controlling the signal generator, the spectrum analyzer and the stepper motor, drawing the radiation pattern, calculating the front-to-back ratio, defining the half-power beamwidth, analyzing the radiation patterns and saving the report. The analyzing part wasn't included to the original plans, but it was added to the program, because it increases program's usability and versatility. Program's functionality was tested by going through all of the measurement states and by testing all other parts of the program.

The main focus of this thesis was only to create a measurement system and controlling program for it, so analyzing the measurement results was not considered. Developed measurement system is meant to be used as a laboratory work for students where they study more closely antenna measurements as well as the structure and characteristics of the Yagi-Uda antenna.

Measurement system that was developed in this thesis is the first version as a laboratory work and it represents one possibility to implement antenna measurement system. Requirements for the thesis were achieved and eventually measurement system included some extra features. There are almost unlimited number of possibilities to develop system further and future updates can improve program's functionality as well as accuracy of the measurement results.