Lab5 Microware measurements
วัตถุประสงค์
1. เพื่อให้คุ้นเคยกับการใช้งานอุปกรณ์ย่านความถี่ไมโครเวฟ
2. เพื่อให้ศึกษาเกี่ยวกับคลื่นนิ่ง การผสมสัญญาณ การลดทอน การวัดความถี่ ฯลฯ
อุปกรณ์ในการทดลอง
1. Gunn diode oscillator 1
2. Straight W/G 1
3. Variable flap attenuator 1
4. Frequency Meter 1
5. Modulator 1
6. Fixed attenuator 1
7. Slide 1
8. Horn antenna 1
9. Reflector plate 1
10. Base 5
11. Cables as needed
12. Mounting hardware as needed
ผลการทดลอง
วัตถุประสงค์
1. เพื่อให้คุ้นเคยกับการใช้งานอุปกรณ์ย่านความถี่ไมโครเวฟ
2. เพื่อให้ศึกษาเกี่ยวกับคลื่นนิ่ง การผสมสัญญาณ การลดทอน การวัดความถี่ ฯลฯ
อุปกรณ์ในการทดลอง
1. Gunn diode oscillator 1
2. Straight W/G 1
3. Variable flap attenuator 1
4. Frequency Meter 1
5. Modulator 1
6. Fixed attenuator 1
7. Slide 1
8. Horn antenna 1
9. Reflector plate 1
10. Base 5
11. Cables as needed
12. Mounting hardware as needed
ขั้นตอนการทดลอง
1. เปิดเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ ต่ออินพุทกับสายอากาศ Horn ขนาดเล็ก ตั้งcentre frequency เท่ากับ 11 GHz ตั้ง span เท่ากับ 2 GHz ตั้ง Reference Level เท่ากับ - 30 dBm (หากพบสัญญาณแล้วสามารถเปลี่ยนแปลงค่าที่ตั้ง นี้ได้เพื่อความเหมาะสม)
2. กำเนิดสัญญาณไมโครเวฟ โดยการเปิดสวิทซ์จ่ายไฟที่ Gunn power supply ปรับแรงดันไปที่ประมาณ 7 โวลต์ หรือ สังเกตว่ามีสัญญาณที่เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่
3. ปรับค่าแรงดันและจูนไมโครมิเตอร์เพื่อให้ความถี่ออกมา 11 GHz
4. เปิดเครื่องกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมที่ต่อสายเข้าอุปกรณ์ Modulator
5. สัญญาณรูปสี่เหลี่ยมสามารถสังเกตได้จากเครื่องออสซิโลสโคปซึ่งต่อกับ Slotted line detector
6. ปรับเครื่องกำเนิดความถี่รูปสี่เหลี่ยม แต่ละอย่างต่อไปนี้ สังเกตดูผลที่เกิดขึ้นบนจอ ออสซิโลสโคป
6.1 ปรับ Offset
6.2 ปรับ frequency
6.3 ปรับ Output
7. ปรับค่าการลดทอนของ Variable attenuator ไปที่ 10 dB สังเกตและบันทึกขนาดของสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม
8. ปรับค่าการลดทอนของ Variable attenuator ไปที่ 0 dB สังเกตและบันทึกขนาดของสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม
9. ตั้งแผ่นสะท้อนคลื่น ห่างจากปลายของสายอากาศ Horn ด้านตัวส่ง ประมาณ 5 cm. ค่อยๆเลื่อนให้แผ่นสะท้อนห่างออกมา จนห่าง 10 cm. ในขณะที่กำลังเลื่อนสังเกตดูรูปสัญญาณ
10. ตั้งแผ่นสะท้อนคลื่น ห่างจากปลายของสายอากาศ Horn ด้านตัวส่ง ประมาณ 5 cm. ค่อยๆเลื่อนSlide ไปจนเห็นสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมที่มีขนาดต่ำสุดอ่านค่าระยะทางที่สเกล จากนั้นเลื่อนไปทิศเดิมจนขนาดสัญญาณเปลี่ยนแปลงสูงขึ้น และต่ำสุดอีกครั้งอ่านค่าระยะทางระหว่างจุดที่สัญญาณต่ำสุด 2 ครั้ง จากนั้นคำนวณความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น ( ระยะทางระหว่างจุด 2 จุดเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นในตัวนำ )
11. เปลี่ยนค่าความถี่เป็น 10 GHz ทำการทดลองซ้ำแล้วเปรียบเทียบผลการทดลอง
12. ตั้งแผ่นสะท้อนไว้ระหว่างสายอากาศ Horn ตัวรับและตัวส่ง ปรับมุมสะท้อนให้สามารถรับสัญญาณได้สูงสุด บันทึกค่ามุมนี้
1. เปิดเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ ต่ออินพุทกับสายอากาศ Horn ขนาดเล็ก ตั้งcentre frequency เท่ากับ 11 GHz ตั้ง span เท่ากับ 2 GHz ตั้ง Reference Level เท่ากับ - 30 dBm (หากพบสัญญาณแล้วสามารถเปลี่ยนแปลงค่าที่ตั้ง นี้ได้เพื่อความเหมาะสม)
2. กำเนิดสัญญาณไมโครเวฟ โดยการเปิดสวิทซ์จ่ายไฟที่ Gunn power supply ปรับแรงดันไปที่ประมาณ 7 โวลต์ หรือ สังเกตว่ามีสัญญาณที่เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่
3. ปรับค่าแรงดันและจูนไมโครมิเตอร์เพื่อให้ความถี่ออกมา 11 GHz
4. เปิดเครื่องกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมที่ต่อสายเข้าอุปกรณ์ Modulator
5. สัญญาณรูปสี่เหลี่ยมสามารถสังเกตได้จากเครื่องออสซิโลสโคปซึ่งต่อกับ Slotted line detector
6. ปรับเครื่องกำเนิดความถี่รูปสี่เหลี่ยม แต่ละอย่างต่อไปนี้ สังเกตดูผลที่เกิดขึ้นบนจอ ออสซิโลสโคป
6.1 ปรับ Offset
6.2 ปรับ frequency
6.3 ปรับ Output
7. ปรับค่าการลดทอนของ Variable attenuator ไปที่ 10 dB สังเกตและบันทึกขนาดของสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม
8. ปรับค่าการลดทอนของ Variable attenuator ไปที่ 0 dB สังเกตและบันทึกขนาดของสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม
9. ตั้งแผ่นสะท้อนคลื่น ห่างจากปลายของสายอากาศ Horn ด้านตัวส่ง ประมาณ 5 cm. ค่อยๆเลื่อนให้แผ่นสะท้อนห่างออกมา จนห่าง 10 cm. ในขณะที่กำลังเลื่อนสังเกตดูรูปสัญญาณ
10. ตั้งแผ่นสะท้อนคลื่น ห่างจากปลายของสายอากาศ Horn ด้านตัวส่ง ประมาณ 5 cm. ค่อยๆเลื่อนSlide ไปจนเห็นสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมที่มีขนาดต่ำสุดอ่านค่าระยะทางที่สเกล จากนั้นเลื่อนไปทิศเดิมจนขนาดสัญญาณเปลี่ยนแปลงสูงขึ้น และต่ำสุดอีกครั้งอ่านค่าระยะทางระหว่างจุดที่สัญญาณต่ำสุด 2 ครั้ง จากนั้นคำนวณความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น ( ระยะทางระหว่างจุด 2 จุดเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นในตัวนำ )
11. เปลี่ยนค่าความถี่เป็น 10 GHz ทำการทดลองซ้ำแล้วเปรียบเทียบผลการทดลอง
12. ตั้งแผ่นสะท้อนไว้ระหว่างสายอากาศ Horn ตัวรับและตัวส่ง ปรับมุมสะท้อนให้สามารถรับสัญญาณได้สูงสุด บันทึกค่ามุมนี้
ผลการทดลอง
Frequency เท่ากับ 11 GHz
 |
ก. |
ข.
การแสดงผลในครั้งแรกเมื่อต่ออินพุทกับสายอากาศ Horn ขนาดเล็ก
ตั้ง Centre Frequency เท่ากับ 11 GHz ตั้ง
ก. Span เท่ากับ 100 MHz ตั้ง Reference Level เท่ากับ -30 dB
ข. Span เท่ากับ 50 MHz ตั้ง Reference Level เท่ากับ -10 dB
ข. Span เท่ากับ 50 MHz ตั้ง Reference Level เท่ากับ -10 dB
ถ้าปรับค่า Span เท่ากับ 2 GHz ตั้ง Reference Level เท่ากับ -30 dB จะมองไม่เห็นสัญญาณ
เปิดสวิทซ์จ่ายไฟที่ Gunn power supply ปรับแรงดันไปที่ประมาณ 7 โวลต์
เมื่อเปิดเครื่องกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมที่ต่อสายเข้าอุปกรณ์ Modulator และสังเกตสัญญาณที่
Slotted line detector
เมื่อปรับ Offset เพิ่มขึ้นที่เครื่องกำเนิดความถี่รูปสี่เหลี่ยม จะสังเกตได้ว่า กราฟจะมีขนาดเพิ่มจนสูงสุดแล้วก็จะเล็กลง
เมื่อปรับ Frequency เพิ่มขึ้นที่เครื่องกำเนิดความถี่รูปสี่เหลี่ยมจะสังเกตได้ว่า มีคาบลดลง
เมื่อปรับ Output เพิ่มขึ้นที่เครื่องกำเนิดความถี่รูปสี่เหลี่ยมจะสังเกตได้ว่า เมื่อเพิ่มOutput amplitude จะสูงขึ้น
เมื่อปรับค่าการลดทอนของ Variable Attenuator ไปที่ 10 dB
เมื่อปรับค่าการลดทอนของ Variable Attenuator ไปที่ 0 dB
- ผลการตั้งแผ่นสะท้อนคลื่น ห่างจากปลายของสายอากาศ Horn ด้านตัวส่ง ประมาณ 5 cm. ถึง 10 cm. เมื่อเราเลื่อนแผ่นสะท้อนคลื่นนั้น พบว่าสัญญาณที่ได้จะมีขนาดเล็กและใหญ่สลับกันไปเรื่อยๆตามระยะทาง
- ผลการตั้งแผ่นสะท้อนคลื่น ห่างจากปลายของสายอากาศ Horn ด้านตัวส่ง ประมาณ 5 cm. แล้วค่อยๆเลื่อน Slide ไปจนเห็นสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมที่มีขนาดต่ำสุด
- เมื่ออ่านค่าระยะทางที่สัญญาณต่ำสุด ครั้งที่ 1 6 cm.
- เมื่ออ่านค่าระยะทางที่สัญญาณต่ำสุด ครั้งที่ 2 7.5 cm.
คำนวณความยาวคลื่น
ความยาวคลื่น = ระยะทางระหว่างจุดต่ำสุด x 2
ความยาวคลื่น = (7.5 - 6) x 2
ความยาวคลื่น = 3 cm. = 30 mm.
Frequency เท่ากับ 10 GHz
เมื่อเปิดเครื่องกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมที่ต่อสายเข้าอุปกรณ์ Modulator และสังเกตสัญญาณที่ Slotted line detector
เมื่อปรับ Offset เพิ่มขึ้นที่เครื่องกำเนิดความถี่รูปสี่เหลี่ยม จะสังเกตได้ว่า กราฟจะมีขนาดเล็กลง
เมื่อปรับ Frequency เพิ่มขึ้นที่เครื่องกำเนิดความถี่รูปสี่เหลี่ยมจะสังเกตได้ว่า มีคาบลดลง
เมื่อปรับ Output เพิ่มขึ้นที่เครื่องกำเนิดความถี่รูปสี่เหลี่ยมจะสังเกตได้ว่า เมื่อเพิ่ม Output amplitude จะสูงขึ้น
เมื่อปรับค่าการลดทอนของ Variable Attenuator ไปที่ 10 dB
เมื่อปรับค่าการลดทอนของ Variable Attenuator ไปที่ 0 dB
- ผลการตั้งแผ่นสะท้อนคลื่น ห่างจากปลายของสายอากาศ Horn ด้านตัวส่ง ประมาณ 5 cm. ถึง 10 cm. เมื่อเราเลื่อนแผ่นสะท้อนคลื่นนั้น พบว่าสัญญาณที่ได้จะมีขนาดเล็กและใหญ่สลับกันไปเรื่อยๆตามระยะทางเช่นเดียวกับการทดลองที่ใช้ความถี่ 11Ghz
- ผลการตั้งแผ่นสะท้อนคลื่น ห่างจากปลายของสายอากาศ Horn ด้านตัวส่ง ประมาณ 5 cm. แล้วค่อยๆเลื่อน Slide ไปจนเห็นสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมที่มีขนาดต่ำสุด
- เมื่ออ่านค่าระยะทางที่สัญญาณต่ำสุด ครั้งที่ 1 5.5 cm.
- เมื่ออ่านค่าระยะทางที่สัญญาณต่ำสุด ครั้งที่ 2 7.5 cm.
ความยาวคลื่น = ระยะทางระหว่างจุดต่ำสุด x 2
ความยาวคลื่น = (7.5 - 5.5) x 2
ความยาวคลื่น = 4 cm. = 40 mm.
- ตั้งแผ่นสะท้อนไว้ระหว่างสายอากาศ Horn ตัวรับและตัวส่ง ปรับมุมสะท้อนให้สามารถรับสัญญาณได้สูงสุด 45 องศา
วิจารณ์ผลการทดลอง
คลื่นไมโครเวฟที่ศึกษาที่ความถี่ 10 GHz และ11 GHz ในตอนที่ตั้งค่าความถี่ที่กำหนดที่ Gunn diode oscillator ซึ่งมีการต่อไฟเลี้ยงเพราะมีไดโอดอยู่ในตัว Gunn และที่ตัวไมโครมิเตอร์ที่มีการปรับค่าความถี่ตามความยาวที่มีรายละเอียดอยู่บน Gunn diode oscillator อาจจะมีค่าความคาดเคลื่อนเล็กน้อยทำให้ความถี่ที่ปรากฏอยู่บนจอมีค่ามากกว่าค่าที่กำหนด จึงมีการปรับค่าที่ไมโครมิเตอร์ให้ได้ค่าความถี่ตามที่ต้องการ และการวัดตำแหน่งใน slotted lineไม่มีความละเอียดพอที่จะทำให้ผู้ทำการทดลองวัดได้เนื่องจากมีค่าความละเอียดไม่พอที่จะทำการอ่านค่าที่ทำการทดลองได้ ทำให้มีการคลาดเคลื่อนของความยาวคลื่นได้ ซึ่งในการหาจุดต่ำสุดของคลื่นในแต่ละความถี่ดูได้ที่เครื่องออสซิโลสโคป การปรับ Variable flap attenuator มีผลทำให้สัญญาณมีขนาดที่เปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับการปรับสัญญาณที่ลดทอนไป ที่ การปรับ Offset มีผลทำให้ Bandwidth มีขนาดเล็กลง การปรับFrequency จะมีคาบที่ลดลงและ การปรับ Output จะมีค่า Amplitude และมีคาบที่ลดลง
สรุปผลการทดลอง
การทดลองเรื่อง Microwave Measurements เป็นการทดลองเพื่อศึกษาเกี่ยวกับคลื่นไมโครเวฟที่มี Gunn diode oscillator ทำหน้าที่กำเนิดคลื่นไมโครเวฟที่ความถี่ในย่าน 10 GHz และ11 GHz สามารถปรับความถี่โดยการหมุนไมโครมิเตอร์ให้มีความยาวตามที่กำหนดไว้บนแผ่นที่ติดอยู่บน Gunn diode oscillator และ ปรับค่า Gunn power supply ที่ 7 V ที่เป็นไฟแบบ DC คลื่นที่ออกมาจะเดินทางผ่าน Straight W/G ไปที่ Variable flap attenuator ที่เป็นตัวลดทอนสัญญาณตามที่ต้องการ ซึ่งคลื่นจะส่งผ่าน Frequency Meter จะดูดคลื่นที่มีความถี่ตรงกับค่าที่ปรับไว้เข้าไปยังตัวมิเตอร์ที่ทำให้คลื่นลดลงหรือหายไป และมี Modulatorที่นำสัญญาณจาก Square wave oscillator ไป mod กับคลื่นไมโครเวฟ แล้วส่งไปที่ slotted line เป็นตัววัดสัญญาณคลื่นที่จุดต่างๆตามความยาวของท่อว่ามีความยาวคลื่นเท่าไร และสัญญาณจะถูก detect แล้วส่งไปที่ออสซิโลสโคปเพื่อวัดสัญญาณ และคลื่นจะถูกส่งผ่านไปยังส่วนที่เป็น Horn Antenna ที่มีลักษณะเป็นปลายเปิดกว้างและจะส่งคลื่นไปในอากาศและจะสะท้อนกับ Reflector plate ที่เป็นโลหะไปยัง Horn ขนาดเล็กอีกอันหนึ่ง ซึ่งจะส่งสัญญาณเข้าไปยัง Spectrum Analyzer เพื่อวิเคราะห์ความถี่ของคลื่นที่ส่งออกมาว่ามีรูปคลื่นเป็นลักษณะดังรูปในผลการทดลอง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น