Ονοματεπώνυμο: Αντώνιος Καράλης

Αριθμός Μητρώου: ΤΛ20258

Θέμα:

Τίτλος στα ελληνικά: Μελέτη και ανάπτυξη μετρητικής διάταξης διαγράμματος ακτινοβολίας Μικροταιvιακώv Κεραιών

Τίτλος στα αγγλικά: Design and development of a radiation pattern measurement device for microstrip antennas

Επιβλέπων:

Μπακλέζος Ανάργυρος, Επικ. Καθηγητής, Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ

Τριμελής Επιτροπή

1. Βαρδιάμπασης Ιωάννης, Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
2. Νικολόπουλος Χρήστος, Αναπ. Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
3. Μπακλέζος Ανάργυρος, Επικ. Καθηγητής, Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τη μελέτη, τον σχεδιασμό και την υλοποίηση μιας μετρητικής διάταξης για την πειραματική καταγραφή του διαγράμματος ακτινοβολίας κεραιών  με έμφαση στις τύπου μικροταινιακές .

Ως προς τη δομή, αρχικά παρουσιάζεται η ιστορία των κεραιών, οι βασικές εφαρμογές τους καθώς και πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τους. Στη συνέχεια, αναλύονται οι βασικές αρχές λειτουργίας των μικροταινιακών κεραιών, οι παράμετροι ακτινοβολίας που χρησιμοποιούνται για την ποσοτική τους αξιολόγηση, καθώς και η σημασία του διαγράμματος ακτινοβολίας για τον χαρακτηρισμό της κατευθυντικότητας και της απόδοσής τους.

Έπειτα γίνεται αναφορά στο Vector Network Analyzer συνοδευόμενη από χρήσιμες τεχνικές πληροφορίες για τη λειτουργία του. Παράλληλα, παρουσιάζονται αναλυτικά τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή της διάταξης, η διαδικασία συναρμολόγησης, τα πειραματικά αποτελέσματα με τα αντίστοιχα διαγράμματα. Τέλος γίνεται λεπτομερής επεξήγηση κάθε γραμμής  κώδικα που αναπτύχθηκε σε περιβάλλον Arduino και Python

H αυτοματοποιημένη περιστροφική διάταξη που αναπτύχθηκε επιτρέπει την σταθερή και με ακρίβεια περιστροφή της κεραίας καθώς και τη λήψη μετρήσεων ακτινοβολίας στο χώρο σε πλήρη κύκλο 360°, με δυνατότητα ελάχιστης γωνίας περιστροφής 0,2°.  Η διάταξη συνεργάζεται με διανυσματικό αναλυτή δικτύου (VNA- Cobalt series C4420 της Copper Mountain ),για τη λήψη σήματος από τη μικροταινιακή κεραία και τη δημιουργία διαγράμματος ακτινοβολίας. Ο κώδικας που αναπτύχθηκε υλοποιεί την επικοινωνία Arduino–υπολογιστή–VNA, αυτοματοποιεί τη διαδικασία λήψης , οργανώνει τα δεδομένα και τα αποθηκεύει για περαιτέρω ανάλυση. Επειτα παρουσιάζονται τα αποτελέσματα, τα αντίστοιχα πολικά διαγράμματα και η αξιολόγηση της ακτινοβολιακής συμπεριφοράς των πειραματικών μετρήσεων

Επιπλέον, περιλαμβάνεται επιπρόσθετος κώδικας για τη μέτρηση της απόδοσης της κεραίας ως προς τη συχνότητα, χωρίς τη χρήση της περιστροφικής διάταξης. Μετά την εκτέλεση του, παράγεται το αντίστοιχο διάγραμμα, ενώ τα αποτελέσματα αποθηκεύονται σε αρχείο μορφής CSV

 

 

Abstract

This diploma thesis focuses on the study, design, and implementation of an automated measurement system for the experimental acquisition of antenna radiation patterns, with emphasis on microstrip antennas.

The thesis begins with an overview of the historical development of antennas, their fundamental applications, as well as the advantages and limitations of microstrip antenna technology. Subsequently, the basic operating principles of microstrip antennas are analyzed, along with the key radiation parameters used for their quantitative evaluation. Particular emphasis is placed on the radiation pattern as a critical tool for assessing antenna directivity and performance.

A detailed description of the Vector Network Analyzer (VNA) is provided, including essential technical information regarding its operation. Furthermore, the materials used for the construction of the measurement setup are presented, along with the assembly procedure and the experimental methodology. The developed system consists of an automated rotational platform capable of precise and stable antenna positioning, enabling full 360° measurements with a minimum angular resolution of 0.2°.

The measurement setup is integrated with a Vector Network Analyzer (VNA – Cobalt Series C4420, Copper Mountain Technologies) to acquire signal data from the microstrip antenna and generate the corresponding radiation patterns. Custom software developed in Arduino and Python enables seamless communication between the hardware components, automates the data acquisition process, and ensures efficient data organization and storage for further analysis.

The experimental results are presented in the form of polar diagrams, followed by a comprehensive evaluation of the antenna radiation characteristics. Additionally, a supplementary measurement procedure is implemented to evaluate antenna performance as a function of frequency, without the use of the rotational system. The corresponding results are visualized graphically and stored in CSV format for further processing.

Λέξεις – Κλειδιά

Arduino Uno, Βηματικό μοτέρ, Τρισδιάστατη εκτύπωση, Μικροταινιακές κεραίες, Διάγραμμα ακτινοβολίας, Μετρητική διάταξη, Διανυσματικός αναλυτής δικτύου Κατευθυντικότητα, Κέρδος κεραίας..

Keywords

Arduino Uno, Stepper Motor, 3D Printing, Microstrip Antennas, Radiation Pattern, Measurement Setup, Vector Network Analyzer (VNA), Directivity, Antenna Gain.

Ημερομηνία Εξέτασης: Τετάρτη, 15 Ιουλίου · 6:30  – 7:30 μμ

Ζώνη ώρας: Europe/Athens

Πληροφορίες για συμμετοχή στο Google Meet

Διαδικτυακά:: https://meet.google.com/qdq-zths-cxj

Χώρος Εξέτασης: Εργαστήριο 7, Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών, Κτίριο Α