ENE324 การทดลองเรื่อง Global Positioning System (GPS)

ENE324 การทดลองเรื่อง Global Positioning System (GPS)

วัตถุประสงค์ :
1. เพื่อศึกษาการรับสัญญาณ จากดาวเทียมระบุตำแหน่ง GPS
2. เพื่อทำความเข้าใจกับ กับโปรโตคอล NMEA - 0183

ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง :
ระบบ GPS (Global Positioning System ) ประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่
1. ดาวเทียมที่ทำการส่งข้อมูลตำแหน่ง
2. สถานีภาคพื้นดินที่ทำหน้าที่ควบคุม ดาวเทียม
3. เครื่องรับสัญญาณ จากดาวเทียม ที่ถอดรหัสและคำนวณ ตำแหน่งบนพื้นโลก

อุปกรณ์การทดลอง :
1. PC loaded with GPS viewer, RMC to NMEA, Google Earth, 
Google map
2. GPS Receiver

ทางเรขาคณิต
          โดยพื้นฐานแล้ว การที่จะสามารถทำการคำนวณตำแหน่งของเราในปัจจุบัน ได้ถูกต้อง จำเป็นต้องทราบข้อมูลต่างๆ ของตำแหน่งที่สามารถอ้างอิงได้ ในอดีต ต้องใช้การอ่านมุมทิศ เทียบกับตำแหน่งที่ทราบค่าและทำการคำนวณแบบเส้นสามเหลี่ยมบนแผนที่ เมื่อเราทราบพิกัดของมุมแล้วสามารถลากเส้นตรงผ่านตำแหน่งอ้างอิง และทำซํ้า จนเห็นจุดที่ตัดกันของเส้นที่ทำการลากไป อย่างไรก็ตาม ก็ส่งกล้องหามุมที่แม่นยำยังไม่แม่นยำเพียงพอ จุดตัดของเส้นสามเส้น ก็อาจจะกลายเป็นรูปสามเหลี่ยมขึ้นมา ซึ่งตำแหน่งที่ตั้งของเราอาจจะอยู่ในสามเหลี่ยมที่เกิดขึ้น แต่ไม่สามารถได้ตำแหน่งที่แน่นอน หากสามเหลี่ยมนี้มีขนาดที่เล็กพอ เราอาจจะลากเส้นอีกเส้นหนึ่งเพื่อหาความเกี่ยวเนื่องกัน ความแม่นยำของตำแหน่งที่ได้ขึ้นกับความสามารถที่จะได้มุมองศาที่แม่นยำ และความสามารถในการพล๊อต รวมทั้งความถูกต้องของข้อมูลตำแหน่งของสถานที่อ้างอิง
   
          เครื่องรับสัญญาณ GPS ทำการวัดระยะห่างจากดาวเทียม และใช้ข้อมูลนี้ในการกำหนดตำแหน่ง โดยใช้การวัดช่วงเวลาที่สัญญาณเดินทางมาถึง อย่างไรก็ตามสถานีที่ว่านี้คือ ดาวเทียมซึ่งจะเคลื่อนที่ไปตลอดเวลา จึงต้องให้ตัวดาวเทียมเองทำการส่งข้อมูลตำแหน่งของตัวมันเอง เพื่อใช้ในการคำนวณตำแหน่งในเครื่องรับ ดังนั้นจึงคาดได้ว่าเราสามารถคำนวณ ตำแหน่งที่อยู่คร่าวๆได้ว่า อยู่ในทรงกลม ที่กำหนดจากรัศมี หรือระยะห่างจากดาวเทียม จากนั้นเมื่อเราได้ข้อมูลแบบเดียวกันจากดาวเทียมดวงที่สอง เราจะสามารถคำนวณ ทรงกลมอันที่สองซึ่งจะตัดกับทรงกลมอันแรก ซึ่งที่ตั้งของเราน่าจะอยู่ภายในบริเวณที่ตัดกันของทรงกลมทั้งสอง หากมีข้อมูลแบบเดียวกันจากดาวเทียมดวงที่สาม เราสามารถคำนวนและวาดทรงกลมที่จะตัดกับทรงกลมสองอันแรกสองจุด หากเราทราบตำแหน่งของเราโดยประมาณเราก็จะสามารถเลือกจุดที่ถูกต้องได้ และสามารถระบุตำแหน่งแบบ 3D ได้ หากได้ข้อมูลจากดาวเทียมดวงที่สี่ มันก็ควรจะแสงในตำแหน่งเดิมที่เราได้คำนวณไปแล้ว

          การที่จะสามารถระบุตำแหน่งคงที่ได้เสมอแปลว่า เราต้องทำการคำนวณเรื่อยๆ จากข้อมูลดาวเทียมที่เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา เมื่อเรามีข้อมูลอ้างอิงตำแหน่งได้มากขึ้น เราจะสามารถแสดงข้อมูลอื่นๆที่เกี่ยวข้องได้ เป็นต้นว่าทิศทางของการเคลื่อนที่จากการเปรียบตำแหน่งในปัจจุบันกับในเวลาที่ผ่านมา คำนวณความเร็ว ระยะทาง เวลา และค่าอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้ข้อมูล Doppler data จากดาวเทียมที่กำลังเคลื่อนที่ตัวเลข almanac data เพื่อใช้ในการประมาณตำแหน่งของดาวเทียมทั้งหมดในระบบ และ ephemeris data ที่ส่งมาจากดาวเทียมโดยตรง เพื่อใช้คำนวณตำแหน่งในอวกาศของดาวเทียม ลักษณะการเรียงตัวทางเรขาคณิตของดาวเทียมต่างๆ มีผลมากกับความเที่ยงตรงในการกำหนดพิกัดตำแหน่งด้วยตัวเลขไม่มีหน่วยที่ใช้แทนลักษณะทางเรขาคณิตนี่เรียกว่า Dilution Of Position, DOP และถูกในระบบ GPS เพื่อที่จะเลือกดาวเทียมดวงที่จะให้ผลการคำนวณที่ดีที่สุดซึ่งค่า DOP ที่น้อยแสดงว่าลักษณะทางเรขาคณิตดีกว่า

ทางคณิตศาสตร์
          อีกทางหนึ่งในการเข้าใจการทำงานของ GPS คือการศึกษาคณิตศาสตร์ของการคำนวณตำแหน่งจากทฤษฏีของพีธากอรัส :  
Prs + T + Es = sqrt{(X – Xs)2 + (Y – Ys)2 + (Z – Zs)2}
          โดย X, Y, Z คือตำแหน่งที่เราต้องการหาและ T คือเวลาผิดพลาดของเครื่องรับ เทอม Xs, Ys, Zs คือตำแหน่งของดาวเทียมที่สามารถคำนวณได้จากข้อมูล (ephemeris information) ที่ส่งมาจากดาวเทียม เทอม Es เป็นค่ารวมของค่าผิดพลาดต่างๆที่ ถูกพิจารณาโดยระบบ GPS เช่นค่าผิดพลาดจากการเดินทางในบรรยากาศโทรโปสเฟียร์ และ ไอโอโนสเพียร์ ค่าผิดพลาดของสัญญาณนาฬิกาบนดาวเทียมรวมทั้งค่าอื่นที่เครื่องรับ GPS คิดว่าจำเป็นในการจำลอง Prs คือค่าระยะ pseudorange จากดาวเทียมถึงเครื่องรับเนื่องจากเราสามารถคำนวณ Pseudorange และ ตำแหน่งของดาวเทียมอย่างเป็นอิสระต่อกัน เพื่อใช้ในการแก้สมการที่มี 4 ค่าที่ต้องการ คือ X, Y, Z, และ T ดังนั้น เราต้องการ 4 สมการเพื่อแก้สมการ หาค่าตัวที่ไม่ทราบค่าทั้ง 4 (least squares problem) วิธีหนึ่งที่ใช้กัน คือ ประมาณค่าหนึ่งในสี่มาก่อน จากนั้นแทนค่าที่เหลือเพื่อคำนวนหาผลต่างจนเมื่อเหลือผลต่างในระดับที่ยอมรับได้ ก็จะใช้เป็นคำตอบ

          ในทางปฏิบัติเครื่องรับ GPS ของ Garmin จะคำนวณสมการที่มีตัวไม่ทราบค่า 7 ตัว และเพิ่มข้อมูลตัวแปรดอปเปลอร์ dx, dy, และ dz ซึ่งแทนค่าความเร็วสัมพันธ์ระหว่างดาวเทียมกับเครื่องรับ เทอมเหล่านี้เป็นที่ต้องการเนื่องจากเราอ้างอิงจากวัตถุที่เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา dx และ dy สามารถที่จะใช้เป็นส่วนหนึ่งในการคำนวณความเร็วของเครื่องรับ ( ค่า dz ไม่ใช้ ) เครื่องรับในปัจจุบัน จะใช้ระบบการรับสัญญาณ 12 ช่องสัญญาณพร้อมกัน หรือบางรุ่นรับ 20 ช่องพร้อมกัน เพื่อให้สามารถมีข้อมูลที่มากเกินพอ และให้ความเที่ยงตรงที่สูงขึ้นเครื่องรับทำงานโดยการเลือกขอ้ฒุลจากดาวเทียมที่ดีที่สุด 4 ดวง โดยอิงจากค่า DOP ถ้าหากดาวเทียมเคลื่อนตัวออกไปจากมุมมอง หรือถูกบล๊อกสัญญาณจากสิ่งปลูกสร้าง ต้นไม้ วัตถุ เครื่องรับก็จะสวิทช์เลือกดาวเทียมดวงใหม่เพื่อเอาข้อมูลมาคำนวณแทน ถ้าหากจำนวนของดาวเทียมที่สามารถมองเห็นลดลงเหลือ 3 ดวง ผลการคำนวณแบบ 3D จะไม่สามารถทำได้แล้วเครื่องรับจะคำนวณแบบ 2D ร่วมกับข้อมูลความสูงเก่า ในการกำหนดพิกัด

เกี่ยวกับ VisualGPS

          VisualGPS  incorporates many advanced features found in professional programs.  Its sole purpose is to display graphically specific NMEA 0183 sentences and show the effects of selective availability (SA).

 มีหน้าต่างที่สามารถแสดงข้อมูล :
- Azimuth and Elevation Graph  หน้าต่างนี้แสดงมุมทิศและมุมเงยของดาวเทียมทุ กดวงที่มองเห็น   
แสดงหมายเลข pseudo random number (PRN)พร้อมกับมุ มอซิมุธ และมุมเงย  
- Survey หน้าต่างนี้แสดงตําแหน่งและตัวแปร xDOP (HDOP และ VDOP) ผู้ใช้งานสามารถเลือกสีของ HDOP/VDOP และสามารถแสดง ค่าการเบี่ยงเบนมาตรฐาน และผลของ Selective Availabilityรวมทั้งพล๊อตกราฟให้ด้วย   
- Signals Quality/SNR Window หน้าต่างนี้แสดงค่าสัญญาณต่อน้อยส์ที่รับได้ และแสดงแบบแท่งกราฟพร้อมกัน 12 ช่อง  
- Navigation – หน้าต่างนี้แสดง latitude, longitude และ altitude
- NMEA Command Monitor – หน้าต่างนี้แสดงข้อความรหัส NMEA ที่รับได้

ขั้นตอนการทดลอง
1. เปิดโปรแกรม VisualGPS , ต่อเครื่องรับ GPS เข้ากับ USB เลือกความเร็ว 4800 bps รายละเอียดเพิ่มเติมหาจากคู่มือผู้ผลิต
2. วางเครื่องรับ และสายอากาศ GPS ออกห่างอาคาร เพื่อผลการรับสัญญาณที่ดี
3. GPS สามารถแสดงค่าพิกัดตำแหน่งภายในเวลา 1 นาที, จากนั้นค่าละติจูด และ ลองติจูด จะแสดงบนจอ
4. เมื่อค่าถูกแสดงแล้ว ให้บันทึกล๊อกไฟล์ของ ข้อมูลโปรโตคอล NMEA-1083 วิเคราะห์หาข้อมูลสำคัญ
5. เปิดหน้าต่างอื่นๆ ของ VisualGPS ดู บันทึกค่าที่แสดงโดย เก็บภาพหน้าจอ และ อธิบาย
6. นำพิกัดที่ได้มา เปิดใน Google Earth ต้องทำตามขั้นตอนดังต่อไปนี้
6.1) เปิดโปรแกรม NMEA to RMC ดัง รูปที่10
6.2) เลือกหา rmc data ที่ได้บันทึกไว้แบบ.txt format.
6.3) เลือกไฟล์เอ้าท์พุทแบบ KMZ
6.4) กดปุ่ม Convert ไฟล์ KMZ จะถุกสร้างขึ้นจากไฟล์ข้อมูล rmc ที่เราให้
6.5) ดับเบิ้ลคลิกที่ KMZ file จะเป็นการลิ้งค์ไปเปิด Google Earth
7.นำพิกัดที่ได้มาเปิดใน Google Map โดยเข้า Google Map นำค่า Latitude และ longitude ที่ได้จากหน้าต่าง navigation มาวางในช่องค้นหาในรูปแบบทศนิยม

ผลการทดลอง :
หลังจากบันทึกล๊อกไฟล์ของ VisualGPS สามารถถอดรหัสข้อมูลโปรโตคอล NMEA-1083 ได้ 4 แบบดังต่อไปนี้

• GPGGA,030402.000,1338.9762,N,10029.5468,E,1,03,4.3,43.1,M,-27.4,M,,0000*41

        GGA                Global Position System Fix Data 
        030402.000 Fix taken at 03 : 04 : 02 UTC
1338.9762,N Latitude 13 deg 38.9762’N
10029.5468,E Longitude 100 deg 29.5468’ E
Fix quality         1 = GPS fix (SPS)
03                     Number of satellites being tracked
4.3                    Horizontal dilution of position
43.1, M Altitude , Meters , above mean sea level
-27.4, M             Height of geoids (mean sea level) above WGS84 ellipsoid
(empty field)   time in seconds since last DGPS update 
(empty field) DGPS station ID number 
*41                     the checksum data , always begins with * 

• GPGSA,A,3,22,18,14,04,,,,,,,,,6.7,4.8,4.7*34

        GSA                 Satellite status 
A            Auto selection of 2D or 3D fix 
3                    3D fix – value include 
22,18,14,04 PRNs of satellites used for fix 
6.7                  PDOP (dilution of precision)
4.8                  Horizontal dilution of precision (HDOP)
4.7                  Vertical dilution of precision (VDOP) 
*34                 the checksum data , always begin with *

• GPGSV,3,1,09,22,68,007,42,18,60,102,,31,55,252,24,25,43,088,14*75

        GSV Satellite in view
3                     Number of sentences for full data 
1                     sentence1of 3
09                   Number of satellite in view
22                   Satellite RNB number
68                   Elevation , degrees
007                 Azimuth , degrees
42                   SNR – higher is better    For up to 4 satellite per sentence
*75                 the checksum data , always begins with *

• GPRMC,030402.000,A,1338.9762,N,10029.5468,E,0.49,269.51,080415,,*0C

RMC Recommended Minimum Sentence
030402.000 Fix taken at 03 : 04 :02 UTC
A                       Status A = active
      1338.9762, N Latitude 13 deg38.9762’N
10029.5468, E Longitude 100 deg 29.5468’E
0.49                  Speed over the ground in knots
269.51 Track angle in degrees True
080415 Date – 08th of April 2015
*0C                  The checksum data , always begins with *

 รูปที่ 1 แสดง The Log window

 รูปที่ 2 แสดง The Signal windows

           จากรูปที่ 2 ตัวเลขบนกราฟแท่ง แสดงถึงคุณภาพของสัญญาณในแต่ละช่องสัญญาณ (ค่าคุณภาพสัญญาณสูงสุด50) กราฟแท่งสีฟ้าแสดงถึงช่องสัญญาณที่รับ และกราฟแท่งสีเทาแสดงถึงช่องสัญญาณที่ไม่ได้รับตัวเลขด้านล่างคือหมายเลขของดาวเทียม มีทั้งหมด 12 ดวง

รูปที่ 3 แสดง The Navigation Windows

 รูปที่ 4 แสดง The Survey windows

 รูปที่ 5 แสดง The Satellites windows

          จากรูปที่ 5 เส้นสีน้ำเงิน แสดงเส้นทางการเดินทางของดาวเทียม PRN : Number คือ ดาวเทียม ซึ่งสีเหลือง แสดงถึงดาวเทียมที่รับได้  ส่วนสีเท่าแสดงถึงดาวเทียมที่รับไม่ได้

 รูปที่ 6 แสดงตำแหน่งที่แสดงโดย Google Earth

รูปที่ 7 เมื่อทำการเข้า Google Map นำค่า Latitude และ longitude ที่ได้จากหน้าต่าง navigation มาวางในช่องค้นหาในรูปแบบทศนิยม

วิจารณ์ผลการทดลอง
          ในการทดลองนั้นอาจจะมีความผิดพลาดซึ่งเกิดได้จาก ความผิดเพี้ยนจากความแปรปรวนของชั้นบรรยากาศยกตัวอย่างเช่น ความชื้น อุณหภูมิ ไฟฟ้าสถิต เมื่อสัญญาณเดินทางผ่านเหตุการณ์ดังกล่าวอาจทำให้เกิดการหักเหของสัญญาณได้ นอกจากนี้สิ่งก่อสร้างโดยมนุษย์ก็มีผล เช่นตึกคอนโดทั้งหลาย ซึ่งที่กล่าวมานั่นคือสิ่งแวดล้อมภายนอกที่ทำให้สัญญาณที่ส่งมายังภาครับนั้นคลาดเคลื่อนและประการสุดท้ายคือประสิทธิภาพของเครื่องรับสัญญาณว่ามีความไวในการรับสัญญาณแค่ไหน เราสามารถเพิ่มความแม่นยำให้กับรับส่งสัญญาณ GPS ได้โดยทำการเพิ่มจำนวนดาวเทียม

สรุปผลการทดลอง

          GPS สามารถรับสัญญาณจากดาวเทียม เพื่อระบุตำแหน่งของจุดรับสัญญาณ ซึ่งวิธีการรับสัญญาณจากดาวเทียมของ GPS จะต้องใช้ ดาวเทียมถึง 4 ดวงในการเดินทาง เพื่อคำนวณทางเดิน  ซึ่งจะทำให้ดาวเทียมทราบพิกัดของ GPS อย่างแม่นยำ โดยใช้ความรู้พื้นฐานในเรื่องพีทากอรัสและใช้โปรแกรม GPS viewer ซึ่งจะประกอบด้วยหน้าต่างประมวลผลหลักๆทั้งหมด 5 รูปแบบ
 - The Log windows จะแสดงค่าจากตัวรับสัญญาณ GPS และถอดรหัสข้อมูลออกมาแสดงผ่านหน้าจอ PC
 - The Signal windows จะแสดง SNR ของสัญญาณดาวเทียมแต่ละดวง 
 - The Satellites windows แสดงถึงตำแหน่งการเคลื่อนผ่านของดาวเทียมแต่ละดวงบนน่านฟ้า  เพื่อให้ได้ความถูกต้องจะมีการเปลี่ยนดาวเทียมอยู่ตลอดเวลา 
 - The Survey windows แสดงข้อมูลทางสถิติในการรับสัญญาณนับตั้งแต่เปิด GPS รับสัญญาณจนถึง Log window เส้นที่เป็นวงกลมแสดงถึงค่าเฉลี่ยสัญญาณ
 - The Navigation windows แสดงตำแหน่งของเครื่องรับสัญญาณเป็น Latitude Longitude Altitude 

ENE324 การทดลองเรื่อง การมัลติเพล็กซ์ทางเวลา

ENE324 การทดลองเรื่อง การมัลติเพล็กซ์ทางเวลา

วัตถุประสงค์ :

   1. เพื่อศึกษาหลักการมัลติเพล็กซ์ทางเวลา

   2. เพื่อทดลองการส่งสัญญาณแบบ มัลติเพล็กซ์ทางเวลา 4 ช่อง

   3. เพื่อศึกษาหลักการทำงานของวงจรมัลติเพล็กซ์ และดีมัลติเพล็กซ์

อุปกรณ์ :
   1. ชุดทดลองระบบสื่อสารมัลติเพล็กซ์
   2. แหล่งจ่ายไฟตรงสำหรับวงจรทดลอง
   3. ออสซิลโลสโคป 20 MHz แบบ 2 เส้นสัญญาณ
   4. เครื่องนับความถี่
   5. สายคีบ

ทฤษฎี :
          วงจรในการทดลองแบ่งเป็น สองส่วนคือภาคส่ง(Transmitter) และภาครับ (Receiver)ดังรูปที่ 2 ซึ่งภาคส่งอยู่ทางซ้ายมือ

รูปที่ 2 ภาพบอร์ดที่ใช้ในการทดลอง

          สัญญาณที่ผ่านการมัลติเพล็กซ์ทางเวลาแล้วจะมีการแบ่งช่องเวลาออกเป็น 5 ช่องเวลาเพื่อเรียงสัญญาณ ดังนี้

รูปที่ 3 สัญญาณมัลติเพล็กซ์ทางเวลาจาก TP.9

ดังนั้นในวงจรภาคส่งจะมีวงจรที่ทา หน้าที่ต่างๆเพื่อสร้างสัญญาณตามที่ต้องการ

     

รูปที่ 4 วงจรภาคส่ง

                         

รูปที่ 5 วงจรภารับ

            ด้านซ้ายมือของวงจรภาคส่งมีอินพุตขาเข้า 4 อินพุท (1,2,3,4) สามารถป้อนสัญญาณความถี่เสียงเข้าได้ โดยอินพุททั้งสี่ สามารถเลือกว่ามาจากภายในบอร์ดก็ได้โดยการควบคุมที่ดิปสวิทช์ 4 ช่อง IC#4051 (TP.9) ทำหน้าที่เป็นสวิทช์ 5 ช่องควบคุมจาก IC#7490 (TP.5,6,7) ซึ่งสัญญาณควบคุมกำหนดจากสัญญาณนาฬิกา IC555(TP.8)

            วงจรภาครับแสดง IC#MC1733 ทำหน้าที่ขยายสัญญาณที่รับมาผ่านวงจรแปลงสัญญาณแสงเป็นไฟฟ้าออกที่ TP.11 จากนั้นเข้าวงจรแยก Sync. ออกเพื่อสร้างสัญญาณนาฬิกาภาครับให้เข้าจังหวะกับสัญญาณนาฬิกาภาคส่ง โดยใช้ #565PLL ส่วน 7490 และ 4051 ทำหน้าที่เหมือนภาคส่ง

           นำแผงวงจรทดลองติดตั้งเข้ากับแหล่งจ่ายไฟตรงของชุดทดลองซึ่งจะจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงค่า +5v

และ-10v ให้กับวงจรการเชื่อมต่อสัญญาณให้ใช้สายนำแสงต่อเชื่อมสัญญาณ

ขั้นตอนการทดลอง

1. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุตภายในหรือภายนอก ถ้าใช้จากภายนอกป้อนสัญญาณเข้าได้ไม่เกิน 2 Vp-p

2. เปิดสวิทซ์ให้วงจรทำงานวัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง

3.วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ

4.บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิลโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์

5.ป้อนสัญญาณเข้ารูป sine wave อย่างเดียวโดยเลือกที่สวิทซ์อินพุทแล้วบันทึกสัญญาณที่ TP9

6.วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ได้ความถี่ 87.41 KHz

7.เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ Vin ที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณและขนาดของ Vin ที่ปรากฏที่ TP9ว่ามีขนาดเหมือนกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch เท่าไหร่

8.บันทึกรูปคลื่นของสัญญาณที่ตกคร่อมความต้านทาน 10 Ohms (TP4) ว่าเป็นอย่างไร

9.วัดและบันทึกรูปกระแสพัลซ์ที่เข้า Infrared transmitter ว่ามีรูปร่างอย่างไร

10.ขนาดของสัญญาณที่จุด TP11เปลี่ยนแปลงอย่างไร หลังการปรับที่ Gain adj.

11. บันทึกความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ภาค PLL ของวงจรภาครับสร้างขึ้นมามีค่าเท่าไหร่? และความแตกต่างกับสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งอย่างไร? 

12.ปรับ R16 ที่ภาค PLL เพื่อดูผลว่าวงจรสามารถที่จะสร้างสัญญาณนาฬิกาต่างจากสัญญาณ Sync ได้ในช่วงใดบ้าง เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้องสัญญาณที่ส่งมาจะไม่สามารถออกไปที่เอ้าท์พุทได้ และอาจมีเสียงน้อยซ์จากการที่สัญญาณนาฬิกาไม่ถูกต้อง

13.ทดลองหาค่าความกว้างของแถบความถี่ที่ช่องที่ 1 โดยการใช้เครื่องกหนดสัญญาณออดิโอจากภายนอกป้อนสัญญาณเข้ารูป Sine ขนาดไม่เกิน 2 Vp-p แล้วปรับค่าความถี่ไปเรื่อยๆเพื่อบันทึกช่วงผ่านความถี่ภายใน 3 dB

14.วัดสัญญาณขาออกที่จุดเอ้าท์พุทของสัญญาณที่ 1 ทดลองปรับ R16 และดูว่าถ้าสัญญาณนาฬิกาทางภาครับไม่ตรงกับทางภาคส่งแล้วจะเกิดอะไรขึ้น

***หมายเหตุ*** : การทดลองที่ 9,10,13 ไม่ทำ

ผลการทดลอง

1. เลือกใช้แหล่งกำเนิดสัญญาณอินพุตวัดและบันทึกรูปสัญญาณเข้าทั้งสี่ช่อง

CH.1

 CH.2

 CH.3

CH.4

3. วัดความถี่และสัญญาณนาฬิกาที่ภาคส่งที่จุด TP8 บันทึกรูปและขนาดของสัญญาณ
        Volts/Div = 2 Volts/Div
        Times/Div = 1 us/Div
        Frequency = 438.6 kHz

4. บันทึกรูปคลื่นที่จุด TP5,TP6,TP7 ตั้งค่าฐานเวลาของเครื่องออสซิโลสโคปให้แสดงสัญญาณอย่างน้อย 4 พัลซ์

 TP5

 TP6

TP7

5. ป้อนสัญญาณเข้ารูป sine อย่างเดียวโดยเลือกที่สวิทซ์อินพุท แล้วบันทึกสัญญาณที่จุดออก TP9

6. วัดความถี่ของสัญญาณ Sync ที่ TP9 ว่าเป็นเท่าไหร่ ในหน่วย KHz

ตอบ 88.34 KHz

7. เปรียบเทียบขนาดของสัญญาณ Vinที่เข้าไปที่ภาครวมสัญญาณ และขนาดของ Vin ที่ปรากฏที่TP9 ว่ามีขนาดเหมือนกันอย่างไร มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch เท่าไหร่

i/p voltage = 920 mV

o/p voltage = 200 mV

มีแรงดันสูญเสียใน multiplexer switch 0.92-0.2 = 0.72 V

8. บันทึกรูปคลื่นของสัญญาณที่ตกคร่อมความต้านทาน 10 Ohms (TP4) ว่าเป็นอย่างไร

11. บันทึกความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ภาค PLL ของวงจรภาครับ และ ภาคส่ง มีค่าเท่ากัน

สีเหลือง = สัญญาณนาฬิกาภาคส่ง

สีฟ้า = สัญญาณนาฬิกาภาครับ

มีการเลื่อนเฟสเล็กน้อย จะเลื่อนมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับการปรับ CLOCK ADJ.

12. เมื่อปรับค่า R16 ไม่ถูกต้องสัญญาณที่ส่งมาจะไม่สามารถออกไปที่เอ้าท์พุทได้ และอาจมีเสียงบีทจากการที่สัญญาณนาฬิกาไม่ถูกต้อง ถ้าในกรณีที่สัญญาณถูกต้อง  จะไม่มีเสียง

14. ถ้าสัญญาณนาฬิกาทางภาครับไม่ตรงกับทางภาคส่ง รูปสัญญาณขาออกจะไม่เป็นรูป sine และ มีเสียงความสูง-ต่ำ

วิจารณ์ผลการทดลอง

          การส่งข้อมูลแบบ TDM นั้นจะสามารถช่วยในการประหยัดวงจรในการส่งข้อมูลจะเห็นได้จากการทดลอง เราสามารถส่งสัญญาณในแบบที่ต่างกันพร้อมกันโดยส่งเพียงส่วนหนึ่งของสัญญาณ ซึ่งในภาครับก็สามารถที่จะสร้างสัญญาณกลับมาเหมือนตอนที่ทำการส่งได้ และ bandwidth ของวงจรจะมีค่าขึ้นอยู่กับค่าความถี่สูงสุดของสัญญาณที่ส่งในวงจร ซึ่งในการทดลองจะมีความถี่สัญญาณนาฬิกาใช้ในการควบคุม การ Interleaving โดยทางภาครับใช้หลักการ Phase Lock Loop ในการสร้างสัญญาณนาฬิกาที่ตรงกับสัญญาณนาฬิกาในภาคส่ง 

สรุปผลการทดลอง

          Time division multiplex เป็นเทคนิคที่สร้างขึ้นมาเพื่อนำมาช่วยในการส่งข้อมูลหลายๆ ตัวไปในสายเดียวกัน โดยอาศัยการแบ่งทางเวลา โดยหลักการคือการใช้ MUX (Multiplexer มัลติเพล็กเซอร์) ส่งข้อมูลออกไป และควบคุมโดยสัญญาณนาฬิกา ในการส่งข้อมูลจะมอง MUX เปรียบเสมือนสวิทซ์ ที่จะทำการหมุนไปเรื่อยๆ ด้วยความเร็วคงที่ วนไปตั้งแต่ข้อมูลตั้งแต่ตัวแรกที่จะทำการส่งไปจนตัวสุดท้ายแล้วจะทำการกลับมาส่ง ข้อมูลตัวแรกอีกครั้ง

ตัวอย่างการมัลติเพล็กซ์เชิงเวลา สัญญาณอนาลอก

          โดยในการส่งข้อมูลหลายๆ signal นั้น ข้อมูลจะถูก sampling เป็นส่วนๆ ในภาคส่งและในภาครับข้อมูลจะถูก DEMUX กลับออกมาเป็นรูปสัญญาณเดียวกันกับในภาคส่ง ซึ่งถ้าจะให้สัญญาณที่ออกมาจากกภาครับเหมือนภาคส่งนั้น สัญญาณนาฬิกาที่ใช้ควบคุมการ Interleaving จะต้องมีความถี่เท่ากัน ในการส่งแบบ TDM จะมีการแบ่ง time slot ไว้เป็นช่วงๆเท่ากัน แล้วจึงทำการส่งข้อมูลเข้าไปใน time slot แต่ละช่อง 

          จากรูปจะเห็นว่าข้อมูล B มี 3 ตัว ดังนั้นตั้งแต่ frame ที่ 4 จะไม่มีข้อมูล B ออกไปเลย แต่ยังมีการจอง time slot ไว้ให้กับข้อมูล B อยู่ ดั่งการทดลองเมื่อทำการส่งแต่ CH1 ก็ยังมีการจองข้อมูลไว้ให้กับ CH อื่นๆ อยู่

          

ENE324 การทดลองเรื่อง L Matching Network

ENE324 การทดลองเรื่อง L Matching Network

วัตถุประสงค์ :
  1. เพื่อให้เข้าใจหลักการ การถ่ายทอดกำลังสูงสุด
  2. เพื่อทดลองวงจรแมทชิ่งแบบ L
  3. เพื่อให้คุ้นเคยกับการใช้เครื่องวิเคราะห์เน็ทเวิร์คแบบเวกเตอร์ (VNA)

ทฤษฎี :
        ในการถ่ายทอดกำลังให้ได้สูงสุด อิมพีแดนซ์ด้าน source และ load ต้องมีคอนจูเกตเท่ากัน ส่วนใหญ่นิยมใช้ L-network ประกอบด้วยอุปกรณ์รีแอกตีฟสองตัว ซึ่งสามารถแมทช์กันได้ รูปที่ 1 แสดง เน็ทเวิร์ค L แบบสองชิ้น ซึ่งจะแมทช์ RS เข้ากับ RL ซึ่ง RL< RS เราใช้รีแอกเตอร์ XP ขนานกับความต้านทานที่มีค่ามากกว่า พิจารณาตัวอย่างที่กำหนด RS = 1000 Ω และ RL = 50 Ω อิมพีแดนซ์ด้านซ้าย เท่ากับ

           รูปที่  1 ตัวรีแอกเตอร์สองตัวในเน็ทเวิร์ค  L แมทช์   RL เข้ากับ RS

     เลือก XP เพื่อให้ Zleft เป็น 50 Ω คือเท่ากับ ค่าความต้านทานโหลด โดยใช้สมการ (1)คำนวณได้ XP^2 = 52441 ดังนั้น เราสามารถเลือก XP = 229 (L) หรือ XP = -229 ( C) เราสามารถหักล้าง Xleft โดยการใส่ตัวรีแอกเตอร์อนุกรม XS ที่ค่าเท่ากับ -Xleft. ความสัมพันธ์ของ XL XC Rsource R load จะเป็นดังนี้

      รูปที่ 2 แสดงวงจร แมทชิ่งที่ได้ เมื่อ XP เป็น L(a) และเมื่อ XP เป็น C(b)สุดท้ายเป็นการหาค่า L และ C ที่ทำให้ได้ ค่ารีแอกแตนซ์ ตามที่คำนวณที่ความถี่ที่ต้องการวงจรในรูปที่ 2(b) , ωL = 218 สมมุติว่าความถี่ที่ออกแบบ 1.5 MHz จะคำนวณได้ L = 23.1 μH และ C = 462 pF สังเกตุว่าค่าของ รีแอกเตอร์ทั้งสอง นี้ สามารถหาได้จากค่าความต้านทาน source และ load เว้นแต่ในกรณีที่ต้องการกำหนดว่าอุปกรณ์ตัวไหนเป็น L และตัวไหนเป็น C ในวงจรแมทชิ่งแบบสองชิ้นนี้ไม่มีตัวแปรอิสระ การแมทช์มีผลสูงสุดที่ความถี่ที่ออกแบบการตอบสนองความถี่สำหรับวงจรทั้งสองในรูปที่ 2 การตอบสนองแบบโลวพาส (2a) และไฮพาส (2b)

รูปที่ 2 ผลการคำนวณค่าอุปกรณ์ สำหรับเน็ตเวิร์ค L

รูปที่ 3 การตอบสนองความถี่ของเน็ตเวิร์ค L จากรูปที่ 2

1.16 การออกแบบและคำนวณ

รูปที่ 4 วงจรแมทชิ่งแบบ L สองรีแอกเตอร์ สามารถต่อได้ 4 แบบ

     หากต้องการแมทช์ ความต้านทาน source Rs เข้ากับความต้านทาน load RL เราอาจทำเน็ทเวิร์คไฮพาสหรือโลวพาสซึ่งมีความสามารถเท่าเทียมกัน ตอบสนองสนองความถี่ช่วงแมทช์ คล้ายกัน แต่ที่ความถี่ห่างออกมาปรากฏเป็นไฮพาส หรือ โลวพาส ตามลักษณะวงจร

ขั้นตอนการแมทชิ่งด้วยอุกรณ์รีแอกตีฟสองตัว ทำได้ดังนี้

1) เพิ่มตัวรีแอกตีฟอนุกรมหนึ่งตัว ติดกับ RSMALLER และอีกหนึ่งตัวติดกับ RLARGER ตัวที่วางอนุกรมอาจเป็นตัว L หรือ Cส่วนตัวที่วางขนาน จะให้เป็นชนิดตรงข้าม ถ้าตัวที่ต่ออนุกรมเป็น L จะได้การตอบสนองแบบโลวพาส และเมื่อตัวที่ต่ออนุกรมเป็นตัว C จะได้ลักษณะการตอบสนองแบบ ไฮพาส

   · กรณีใช้แบบโลวพาสกับวงจรขยาย BJT ซึ่งปกติจะมีอัตราขยายมากกว่าที่ความถี่ต่ำอาจพบปัญหาเสถียรภาพที่ความถี่ต่ำกรณีนี้เราอาจจะใช้วงจร LC ด้านหน้าเป็น ไฮพาส (seriesC, shunt L) เพื่อช่วยเสถียรภาพ

   · ทางด้านเอ้าท์พุท ถ้าต้องการลดความถี่ฮาร์โมนิกส์ จะต่อเป็นวงจรแมทชิ่งแบบโลวพาส

รูปที่ 5 ค่า Q ของเน็ตเวิร์คย่อยอนุกรม และ ขนาน มีค่าเท่ากัน

2) ต่อตัวรีแอกตีฟอนุกรมกับ RSMALLER แล้วต่อตัวรีแอกตีฟขนานกับ RLARGER เพื่อสร้างเป็นเน็ทเวิร์คย่อยสองชุด ชุดหนึ่งเป็นอินดัคตีฟ ส่วนอีกชุดหนึ่งเป็นคาปาซิตีฟ (ตัวหนึ่งต่ออนุกรมอีกตัวต่อขนานและทั้งสองต้องแสดงเป็นอิมพีแดนซ์เชิงซ้อนแบบคู่ตรงข้ามซึ่งกันและกัน ที่ความถี่ที่ออกแบบไว้ ดังนั้นค่าแฟกเตอร์ Q ของเน็ทเวิร์คย่อยทั้งสองจะต้องเท่ากันที่ความถี่ที่แมทช์ )

3) การที่เราทราบค่า Q เราสามารถที่จะหาค่าตัวรีแอกตีฟที่ต่ออนุกรม และขนาน จากนั้นสามารถหาค่าตัว
เหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุที่ต้องใช้ในเน็ทเวิร์ค จากสมการต่อไปนี้ :

ตัวอย่าง

ต้องการแมทช์ความต้านทาน source 5 Ω เข้ากับความต้านทาน load  50 Ω ที่ความถี่ 850MHz เราสามารถเพิ่มตัวเหนี่ยวนำ อนุกรมกับ RSMALLER (5 Ω) และต่อขนานตัวเก็บประจุ กับ RLARGER (50 Ω) สามารถคำนวณ ค่าแฟกเตอร์ Q ของ เน็ทเวิร์คย่อย ที่ต้องการ ได้ดังนี้ :

การคำนวณหาค่าของตัวเหนี่ยวนำ และ ตัวเก็บประจุที่ความถี่ 850 MHz ทำดังนี้

รูปที่ 6 แสดงวงจรแมทชิ่ง ตามตัวอย่าง

  . เน็ทเวิร์ค LC สามารถแมทช์ ปลายทั้งสองด้าน โดยที่มีคุณลักษณะการตอบสนองไม่สมมาตรในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่า และสูงกว่า ความถี่ที่แมทช์ โดยที่มีการสูญเสียน้อยมากที่ความถี่ที่แมทช์
  · การสูญเสียในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่าความถี่ที่แมทช์ เกิดขึ้น เนื่องจากการไม่แมทช์ ระหว่างวงจรทั้งสองด้านโดย เกิดการสูญเสีย Mismatch Loss [dB] = 10*LOG (1 – Γ 2 )
  · การสูญเสีย ในช่วงความถี่สูงกว่าความถี่แมทช์เป็นผลของการตอบสนองแบบโรลออฟ (12dB/octave )
  · การตอบสนองของ เน็ทเวิร์ค L-C แสดงความไม่สมมาตรเฉพาะช่วงใกล้ ความถี่แมทช์

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง

     1. Vector Network Analyzer 3 GHz 50 Ohms

     2. 50 Ohms ,N type or BNC cables

     3. L network ที่ต้องการทดสอบ

การทดลอง

1. ออกแบบเน็ทเวิร์คแมทชิ่ง แบบ L ที่ ตอบสนองแบบโลวพาส เพื่อแมทช์ซอร์สอิมพีแดนซ์ 50 +j0Ohms เข้ากับโหลด 750 โอห์ม และคำนวณ XL XC ที่ความถี่ 26 MHz

2. สร้างวงจรโดยใช้ ค่าอุปกรณ์ที่คำนวณได้ โดยใช้ขดลวดแกนอากาศ

3. ต่อวงจรนี้ เข้าที่ ขั้ว N female port 1 ของเครื่องวิเคราะห์เน็ทเวิร์ค ( VNA) เพื่อวัด S11

S11 เป็นการวัดการสะท้อนกลับออกจากพอร์ต 1 สามารถแสดงอิมพีแดนซ์ที่มองจากซอร์ส 50 Ohms ของ VNA 

4. กำหนดความถี่กลาง(Center freq)ช่วงกว้างของความถี่ที่แสดง( Span)และสเกลให้เหมาะสม

5. ทำการวัดในรูปแบบ( format ) Log Mag, SWR และ Smith chart ( R+jX)

6. อาจมีการปรับค่าของอุปกรณ์ในวงจรบ้าง

7. บันทึกผลการทดลองโดยแสดงการพล๊อต ทั้งสามรูปแบบ ในช่วงความถี่เท่ากัน

8. แสดงการคำนวณเปรียบเทียบค่าใน format ทั้งสามว่า สอดคล้องกัน

9. เปรียบเทียบผลการทดลองกับการคำนวณ

ผลการทดลอง

1. ออกแบบเน็ทเวิร์คแมทชิ่ง แบบ L ที่ ตอบสนองแบบโลวพาส เพื่อแมทช์ซอร์สอิมพีแดนซ์ 50 +j0Ohms เข้ากับโหลด 600 โอห์ม และคำนวณ XL XC ที่ความถี่ 80 MHz

1.1 คำนวณหาค่า Q

1.2 แทนค่าหา L1 ซึ่งเป็น LS ดังนั้นใช้สมการ

1.3 แทนค่าหาC1 ซึ่งเป็น CP ดังนั้นใช้สมการ

2. สร้างวงจรโดยใช้ค่าอุปกรณ์ที่คำนวณได้โดยใช้ขดลวดแกนอากาศ

3.ต่อวงจรนี้เข้าที่ขั้ว N female port 1 ของเครื่องวิเคราะห์ network (VNA) เพื่อวัด S11 S11 เป็นการวัดการสะท้อนกลับออกจาก port1 สามารถแสดง impedance ที่มองจาก source 50 Ohms ของ VNA

กำหนดความถี่กลาง (Center freq.) เท่ากับ

รูปแสดงการวัดในรูปแบบ Log Mag

รูปแสดงการวัดในรูปแบบ SWR

รูปแสดงการวัดในรูปแบบ Smith chart

รูปแสดงการเปรียบเทียบโดยการใช้โปรแกรม Matlab 

กราฟ Log Mag

กราฟ  Smith chart (R+jx)

เปรียบเทียบค่าใน format ทั้งสาม

1.จากรูป smith chart เมื่อเราให้ความถี่เป็น 25.752 MHz แล้วทำการเปลี่ยน marker ไปที่ Z = 50 ohm เราจะได้ค่าอยู่ที่จุด (0,0) ซึ่งแสดงว่าที่ความถี่นี้รูปคลื่นไม่มี

2.การสะท้อนกลับ ( Amplitude = 0 และ Phase = 0) จากรูปกราฟ SWR จะเห็นว่าจุดต่ำสุดของกราฟอยู่ที่ความถี่ 25.752 MHz เป็นจุดที่แสดงว่าคลื่นไม่มีการสะท้อนกลับซึ่งค่าสอดคล้องกับ smith chart

3.จากรูปกราฟ log Mag เป็นการ plot ค่าโดยใช้ log scale ซึ่งจุดต่ำสุดคือ จุด Impedance ของวงจรมีค่าประมาณ 26 MHz ซึ่งสอดคล้องกับ  Smith chart และ SWR

คำถาม

1. ประโยชน์ของการใช้ L matching

     - L-Network จะทำให้การถ่ายทอดกำลังมีค่าสูงสุดซึ่งจะใช้อุปกรณ์รีแอคตีฟสองตัวที่สามารถแมทช์กันได้ระหว่าง Rsource กับ Rload เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการสะท้อนของคลื่น เมื่อRทั้งสองตัวไม่เท่ากัน จะต้องทำให้  Rs = Rl โดยจะนำรีแอคตีฟไปต่อขนานกับ R ตัวที่เยอะกว่า

2. เขียนวิธีการใช้เครื่องมือชนิดอื่น นอกเหนือไปจาก VNA เพื่อทำการวัดเช่นเดียวกันนี้

    - สามารถใช้ Antenna analyzer ในการวัดค่าอิมพีแดนซ์ได้ โดยตั้ง Antenna analyzer ไว้ที่ค่าพื้นฐาน จากนั้นต่อสาย longwire มาเข้า L-NETWORK และต่อเข้า analyzer จูนค่า VC จนเข็มตกมาที่ค่า 0 ก็จะใช้งานได้

สรุปผลการทดลอง
     การทดลองนี้เป็นการทดลองเพื่อหาค่า impedance ที่ทำให้เกิดการสะท้อนในการรับสัญญาณให้น้อยที่สุด เพื่อให้การรับสัญญาณมีประสิทธิภาพโดยค่า impedance นั้นจะมีค่าที่ทำให้เกิดการสะท้อน

วิจารณ์ผลการทดลอง 
     ในการทดลองเพื่อหา impedencd ที่จะทำให้มอง  Zin = Zout ที่เราต้องทำ Zin = Zout เพราะถ้ามีการส่งสัญญาณ แล้ว impedance ไม่เท่ากัน จะทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณได้ ดังนั้นจึงต้องออกแบบให้ Zout = Zin = 50 ohm โดยที่เราจะต้องออกแบบ Network matching ขนาด L ที่ตอบสนอง wathsorce Impedance 50+j0 ohm เข้ากับโหลด 750 ohm ดังนั้นเราจึงต้อง matching impedance ที่ความถี่ 26 MHz และเมื่อคำนวณหาค่า XL และ XC จะได้ XC = 200.50 ohm , XL =  187.65 ohm และคำนวณความเหนี่ยวนำได้ 28 nH และ C= 11.2 pF   ดังนั้น เมื่อต่อ L network ได้ตามที่เราออกแบบความถี่ 26 MHz จะไม่มีการสะท้อนเมื่อผ่าน network นี้

ENE324 การทดลองเรื่อง Microwave

ENE324 การทดลองเรื่อง Microwave

วัตถุประสงค์:
1. เพื่อศึกษาการทำงานของอุปกรณ์ในย่านความถี่ x ( 8-12.4 GHz )
2. เพื่อศึกษาเรื่องการสะท้อน และ VSWR
3. เพื่อศึกษาเรื่องความยาวคลื่น

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง: 
1. ชุดทดลองไมโครเวฟ ED-3000
2. เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ 10 GHz
3. Digital voltmeter
4. Digital Ammeter
5. สายต่อที่จำเป็น

เกี่ยวกับชุดการทดลอง ED-3000
ชุดการทดลองนี้ทำงานในย่านความถี่ระหว่าง 8.5GHz~12.4GHz (X-Band) และตัวกำเนิดคลื่น 15mW (Approx.) โดยใช้ท่อนำคลื่นหน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้า ขนาดมาตรฐาน WR-90 (0.9 ” x 0.4”, กว้าง xสูง)มีอุปกรณ์ต่างๆสำหรับการทดลองในย่านความถี่นี้ ดังนี้

1. Gunn diode oscillator     

2. Straight W/G

3. Variable flap attenuator

4. .Frequency Meter

5. Modulator

6. Fixed attenuator

7. Slide

8. Horn Antenna

9. Reflector plate
10.Base
11.Cables
12.Mounting hardware
13. Gunn power supply

14. Square wave Oscillator

ขั้นตอนการทดลอง:

• การทดลองที่ 1 : การวัดคุณลักษณะของ กันไดโอด ( Gunn diode I-V characteristic)

รูปที่  1 การต่ออุปกรณ์สำหรับทดลอง

1. ต่ออุปกรณ์ตามรูปที่ 1

2. ป้อนแรงดันเริ่มต้นที่ 2.5 v. บันทึกค่ากระแสไหลลงในตารางที่ 1.

3. เพิ่มค่าแรงดันครั้งล่ะ 0.5 v. จดค่ากระแส ทำแบบนี้อีกจนแรงดันถึงค่า 8.0  v. 

4. นำค่าที่ได้จากตารางมา พล็อตกราฟ V-I characteristic of GUNN diode 

  ผลการทดลองที่ได้แสดงช่วง การตอบสนองแบบ  Negative resistance

รูปที่ 2 ลักษณะการตอบสนองแบบ negative resistance

• การทดลองที่ 2 : การวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และกำลัง ที่ออกจาก กันออสซิเลเตอร์ เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน

รูปที่ 3 การต่ออุปกรณ์ สำหรับการทดลองวัดความเปลี่ยนแปลงของ
Gunn oscillator O/P

1. ต่ออุปกรณ์ตามรูปที่ 3

2. ป้อนแรงดันค่าต่ำสุดที่ทำให้ กันออสซิเลเตอร์ทำงานโดยสังเกตจาก เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่

3. เพิ่มค่าแรงดันครั้งละ 0.5 v. จดค่าความถี่ที่อ่านได้จากเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ ทำแบบนี้อีก จนแรงดันถึงค่า 8.0 v. บันทึกลงตารางที่ 2.

4. นำค่าที่ได้จากตารางมาพล็อต Supply voltage vs. Frequency

5. นำค่าที่ได้จากตารางมาพล็อต Supply voltage vs. o/p power level

• การทดลองที่ 3 : การวัดความถี่ (frequency measurement)

รูปที่ 4 การต่ออุปกรณ์ สำหรับการวัดความถี่ และความยาวคลื่น

ต่ออุปกรณ์ดังรูปที่ 4 ในการทดลองนี้เราจะใช้ ออสซิโลสโคป แทนเครื่อง SWR indicator

1. ค่อยๆหมุนกระบอกของเครื่องวัดความถี่ช้างๆ จนกระทั่งสังเกตเห็นการลดลง ของขนาดสัญญาณไมโครเวฟ ดูได้จากออสซิโลสโคป 

2. สามารถอ่านความถี่ได้จาก สเกลที่ปรับเทียบไว้

3. การทำงานของเครื่องใช้หลักการของ resonant cavit

• การทดลองที่ 4 : การวัดความยาวคลื่น (Wavelength measurement)

1. ตั้งแผ่นสะท้อนคลื่นปิดที่ปลายท่อ จากนั้นค่อยๆเลื่อนแผ่นสะท้อนออกมา โดยให้แผ่นสะท้อนหันหาปลายท่อตลอดเวลา ขณะที่มีแผ่นสะท้อนที่ปลาย จะมีคลื่นนิ่งในท่อนำคลื่น

2. ขณะที่เราเคลื่อนแผ่นสะท้อน ให้หาตำแหน่งที่มีค่าแรงดันต่ำที่สุด สองตำแหน่งใกล้กัน ซึ่งแรงดันในท่อนำคลื่นสามารถตรวจจับได้ด้วย ดีเทคเตอร์ที่ติดไว้ที่ โพรบของสลอตลายน์ ต่อกับออสซิโลสโคป DC coupling

3. ระยะของสองตำแหน่งค่าแรงดันต่ำสุดที่อยู่ชิดกันนี้ เท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น คำนวณค่าความยาวคลื่น แล้วบันทึกลงในตาราง 3-1

• การทดลองที่ 5 : การวัดความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น (Guided Wavelength measurement )

ทำการทดลองแบบเดียวกับการทดลองที่ 4 แต่ใช้แผ่นปิดปลายท่อแทน แผ่นสะท้อนคลื่น บันทึกค่าลงในตารางที่ 3-1

 ผลการทดลอง:

• ผลการทดลองที่ 1: การวัดคุณลักษณะของ กันไดโอด ( Gunn diode I-V characteristic)

ตารางที่ 1

• ผลการทดลองที่ 2: การวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และกำลัง ที่ออกจาก กันออสซิเลเตอร์ เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน

ตารางที่ 2

• ผลการทดลองที่ 3: การวัดความถี่ (frequency measurement)

ที่ความถี่ 11.37415 GHz เมื่อทำการปรับ Frequency Meter ให้มีค่า 11.2 GHz ซึ่งมีค่าใกล้เคียงความถี่ที่ตั้งไว้ จะพบว่าการลดทอนขนาดของสัญญาณไมโครเวฟจะมากขึ้น จากเดิมที่มีการลดลอน -3.03 dBm เพิ่มเป็น -7.65 dBm

• ผลการทดลองที่ 4-5: การวัดความยาวคลื่น

ตารางที่ 3-1

สรุปผลการทดลอง:

            จากการทดลองคลื่นไมโครเวฟจะเริ่มจาก Gunn diode oscilloscope ทำหน้าที่กำเนิดคลื่นไมโครเวฟที่ความถี่ในย่าน 10 GHz ซึ่งสามารถปรับความถี่โดยหมุนไมโครมิเตอร์ และ Oscillator ตัวนี้รับไฟ dc จาก Gunn power supply ประมาณ 7 vdcคลื่นไมโครเวฟที่ออกมาจะเดินทางผ่านท่อตรงไปยัง Variable flap attenuator ซึ่งเป็นตัวลดทอนสัญญาณ เช่น ลดลง 10 dB ต่อมาคลื่นจะส่งผ่าน Frequency Meter ซึ่งจะดูดคลื่นที่มีความถี่ตรงกับความถี่ที่ปรับไว้เข้าไปยังตัวมิเตอร์ทำให้คลื่น output ลดลงหรือหายไป ต่อจาก frequency meter จะเป็นอุปกรณ์ที่เรียกว่า modulator ซึ่งนำสัญญาณจาก Square wave oscillator ไป mod กับคลื่นไมโครเวฟ หลังจากนั้นก็ส่งผ่านท่อต่อตรงไปยัง slotted line ซึ่งเป็นตัววัดสัญญาณคลื่นที่จุดต่างๆตามความยาวของท่อ และสัญญาณจะถูก detect แล้วส่งผ่าน cable ไปยังออสซิโลสโคปเพื่อวัดสัญญาณ และส่วนสุดท้ายจะเป็นส่วนของสายอากาศ Horn มีลักษณะเป็นท่อสี่เหลี่ยมปลายเปิดกว่างและจะส่งคลื่นไมโครเวฟไปในอากาศ คลื่นที่ส่งไปในอากาศจะสะท้อนกับแผ่นโลหะไปยัง Horn ขนาดเล็กอีกอัน ซึ่งจะส่งสัญญาณเข้าไปยังSpectrum Analyzer เพื่อวิเคราะห์ความถี่ของคลื่นที่ส่งออกมา
วิจารณ์ผลการทดลอง:
     การทดลองที่ 1 : 

         ผลการทดลองที่ได้เมื่อนำมา plot กราฟ V-I Characteristic of GUNN diode จะพบแค่ส่วนของ thereshold voltage แต่ไม่พบในส่วนของ nagative resistance region เพราะ วัดที่แรงดันจำกัดเพียง 8 V ซึ่งยังไม่ถึงจุดดังกล่าว
     การทดลองที่ 2 :
        เมื่อทำการเพิ่มค่าแรงดันจะทำให้ความถี่เพิ่มขึ้นแต่ O/P Power (dBm) มีค่า -dBm ลดลง
     การทดลองที่ 3 :
        เมื่อทำการปรับ Frequncy Metor ให้ตรงกับความถี่ที่ตั้งไว้ จะทำให้มีค่า -dBm เพิ่มขึ้นจาก -3.03 เป็น -7.65 dBm แต่ในการปรับ Frequncy Metor นั้นอาจจะไม่ตรงกับความถี่ที่ตั้งไว้จำทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนจากการประมาณค่าได้
     การทดลองที่ 4-5 :
       จากการทดลองการหาค่าความยาวคลื่นในอากาศและความยาวเคลื่อนในท่อนำคลื่นที่ความถี่เดียวกันจะแตกต่างกัน โดยความยาวคลื่นในท่อนำคลื่นมีค่ามากกว่าส่งผลให้ ความเร็วของคลื่นในท่อนำคลื่นจะเร็วกว่าความเร็วคลื่นในอากาศจากสูตร
ความเร็ว = ความถี่*ความยาวคลื่น