MEDIOS DE TRANSMISIÓN Y PROPAGACIÓN DE SEÑALES

LABORATORIO N° 15

ANTENAS

DOCENTE:SR. NESTOR FIERRO

ALUMNOS:BELTRÁN, HECTORFIERRO, JEANNOVA, JUAN CARLOSCFT – TED 2008

LABORATORIO N° 15

ANÁLISIS DE ANTENAS

ÍNDICE

I.- OBJETIVOS………………………………….…………………….…… 3

II.- DESARROLLO DE LABORATORIO………………………………… 3 - 8

Fundamento teóricoPatrón de RadiaciónDiagrama de Radiación

III.- CONCLUSIÓN .……..………………..……………………………….. 9

IV.- IMÁGENES DE APOYO

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I.- OBJETIVOS

Objeto complementar los conocimientos teóricos adquiridos en la sala de clases, respecto a la unidad temática de “líneas de transmisión” en conjunto con la unidad “ondas electromagnéticas y antenas”, vamos a realizar el laboratorio de “antenas”, conociendo, aplicando y descubriendo características y usos del dipolo, dipolo doblado y la antena yagui.

Para lo anterior, vamos a apoyarnos y trabajar con el modulo De Lorenzo DL 2595, una vez realizado el laboratorio, estaremos en condiciones de utilizar, realizar, poder graficar, obteniendo los parámetros de directividad y ganancias de las antenas por medio de la gráfica del “patrón de radiación” de una antena en base a las mediciones realizadas en el laboratorio.

II.- DESARROLLO DE LABORATORIO N°15

FUNDAMENTO TEÓRICO

ANTENA: Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana.

Las antenas se basan en el principio de la radiación producida al circular una corriente eléctrica por un conductor. Esta corriente produce un campo magnético alrededor del conductor, cuyas líneas de fuerza están en ángulo recto con respecto al conductor y su dirección está determinada por la dirección de la corriente. Este campo magnético es variable y sigue las mismas ondulaciones de la corriente eléctrica de alta frecuencia que se le entrega a la antena. Cuando el transmisor entrega la señal de corriente alterna, ésta aumenta desde cero voltios hasta su máximo valor. Así al llegar al pico máximo de voltaje, la antena adquiere una carga eléctrica positiva. Esta carga produce a su alrededor un campo eléctrico. Cuando la señal de corriente alterna empieza a decrecer de su máximo valor hacia cero, el campo eléctrico también decrece. Por lo mismo se puede concluir que en una antena existen un campo eléctrico y un campo magnético simultáneos que siguen las variaciones de la señal entregada a ella, y que además son perpendiculares entre sí.

El tipo de antena más sencillo consiste en un conductor de suficiente longitud para permitir que la carga eléctrica se desplace de un extremo a otro y viceversa durante cada ciclo de la señal de radiofrecuencia. Se dice entonces que ese conductor es una antena de 1/2 longitud de onda. Hay dos tipos principales de antenas: La antena tipo Hertz, que consiste en una antena horizontal aislada de la tierra con un tamaño de 1/2 longitud de onda de la frecuencia que se desea transmitir. Esta antena está formada por dos alambres y recibe popularmente el nombre de antena dipolo. El otro tipo de antena es el tipo Marconi, que

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utiliza como uno de sus polos la tierra, y mide 1/4 de la longitud de la onda para transmitir. Este tipo de antena se monta en forma vertical (l/4).

Las antenas poseen diferentes características con las cuales se puede medir su calidad. Las principales características que se deben tener en cuenta son: Impedancia, directividad, ganancia, polarización y el ancho de banda.

Impedancia de una Antena: El valor de la impedancia de una antena es la resistencia que ésta presenta en su punto de conexión a la señal de corriente alterna que le llega del transmisor por la línea de transmisión. Esta impedancia debe ser igual a la impedancia de la línea de transmisión para que haya una máxima transferencia de energía.

Cuando la impedancia de la antena es de un valor diferente se utilizan bobinas o transformadores con el fin de acoplar esas impedancias.

Directividad: De acuerdo a su posición y forma, una antena irradia la energía entregada por el transmisor en una disposición específica. Esta disposición recibe el nombre de patrón de radiación o directividad. Según este parámetro, existen dos grupos de antenas: Las antenas omnidireccionales, que son las que irradian las ondas en forma casi uniforme en todas las direcciones, y las antenas direccionales, que concentran la energía en una sola dirección. Este patrón de radiación se refiere teóricamente al espacio libre sin tener en cuenta los obstáculos que pueda encontrar la señal.

Ganancia: Teniendo en cuenta el patrón de radiación, se dice que una antena tiene ganancia no en el sentido que amplifica la señal recibida del transmisor, sino que la concentra hacia una sola dirección, o que hace ver como si la señal fuera emitida con una potencia mayor. Este es el caso de las antenas direccionales que dirigen sus ondas hacia un sólo sector, llegando la señal con más fuerza que si fuera emitida por una antena omnidireccional.

Para determinar la ganancia se establece la intensidad en un punto, irradiada por una antena omnidireccional sin ganancia y la intensidad de la señal emitida por la antena direccional. La relación de estas señales se utiliza para obtener los decibeles de ganancia.

Polarización: La polarización de una antena se refiere a la dirección del campo eléctrico dentro de la onda electromagnética emitida por ésta. Las antenas verticales emiten un campo eléctrico vertical y se dice que están polarizadas verticalmente. Las antenas horizontales tienen, por lo tanto, polarización horizontal.

Para que haya una buena comunicación entre dos estaciones, éstas deben tener el mismo tipo de polarización. Por ejemplo n el caso de la Banda Ciudadana, se utilizan preferiblemente las antenas verticales tanto para las estaciones fijas, como para las estaciones móviles.

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En esta oportunidad conoceremos y analizaremos tres tipos de antenas:

Dipolo Simple: Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.

Dipolo doblado: Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados por la mitad y replegados sobre sí mismos. Los extremos se unen. La impedancia del dipolo doblado es de 300 Ohm, mientras que la impedancia del dipolo simple en el vacío es de 73 Ohm.

El dipolo doblado es, en esencia, una antena única formada por dos elementos. Un elemento se alimenta en forma directa, mientras que el otro tiene acoplamiento inductivo en los extremos. Cada elemento tiene media longitud de onda de largo. Sin embargo, como puede pasar corriente por las esquinas, hay una longitud de onda completa de corriente en la antena.

Antena Yagi: Cuando a un dipolo se le antepone otro/s elemento/s (varilla o tubo) delante, directores, ligeramente más cortos (cada uno un 5% más corto que el anterior y ligeramente más separado entre si que el anterior, sucesivamente), y otro elemento (varilla o tubo) detrás, ligeramente más largo (5%) y a una distancia de entre 0.10 y 0.25 de onda, se obtiene una Antena Yagi.

Una antena de este tipo se utiliza principalmente para recibir señales de televisión, tanto en VHF como en UHF. Su peculiaridad es que por cada elemento que se le aumenta su ganancia de forma que cuantos más elementos más ganancia se tiene en el dipolo. Asimismo con cada elemento parásito que se le agrega (por delante) más acusada es la direccionalidad de la antena y más cerrado es el ángulo de recepción. Lo mismo se podría decir si se usa este tipo de antena Yagi para transmitir: cuantos más elementos más ganancia de transmisión y más directividad se obtiene, con lo que con una determinada potencia de emisión y una antena de alta ganancia se pueden obtener un haz radioeléctrico concentrado hacia una determinada dirección y más larga será la distancia lineal, a la que se puede enviar las señales.

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PATRÓN DE RADIACIÓN: El diagrama de radiación de una antena es la representación gráfica de sus propiedades de radiación en las distintas direcciones del espacio. Lo habitual es representar el campo eléctrico en coordenadas esféricas, con la antena situada en el origen de coordenadas y tomando como referencia el valor máximo de la magnitud. El resto serán valores relativos a él.

Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son los siguientes:1) Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación.2) Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima radiación.

Está comprendido entre dos mínimos relativos.3) Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal.4) Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación

de un haz toma el valor de la mitad del máximo.5) Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor

máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario.6) Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de máxima radiación y

el de la misma dirección y sentido opuesto.

MODULO DL 2595

Este modulo ha sido ha sido proyectado para introducir el alumno hacia la comprensión del modo de funcionamiento de las antenas.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:

El sistema comprende un set de antenas de varios tipos (dipolo simple, dipolo replegado, Yagi-Uda, Ground Plane antenna), instrumentación necesaria (generador RF, detector de radiaciones EM, línea Lecher) y accesorios como cables coaxiales, conectores y adaptadores. Frecuencia: desde 860 a 940 MHz. Alimentación: -15Vcc, 200mA

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CONFECCIÓN DE DIAGRAMA DE RADIACIÓN

Conforme a todo lo aprendido y efectuado en laboratorio, ahora estamos en condiciones de poder confeccionar el diagrama de radiación.

Al iniciar el proceso, debemos verificar que las mediciones teóricas concuerdan con las prácticas, es por ello que verificamos dichos valores trabajando con el ROE (Relación de Onda Estacionaria) tanto para un circuito cortocircuitado y uno abierto, lo que nos dio valores muy cercamos al 100%, con lo que podemos concluir que la primera parte fue satisfactoria y que podemos comenzar a construir nuestro diagrama de radiación.

DIAGRAMA DE RADIACION ANTENA YAGI

ANTENA YAGI

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GRADOS VALOR (µA) GRADOS VALOR(µA) GRADOS VALOR (µA)0º 51 160º 8 310º 22

10º 46 180º 12 320º 3220º 42 200º 7 330º 3740º 33 210º 4 340º 4260º 22 220º 2 350º 4780º 0 240º 0 360º 52

100º 1 260º 1120º 2 280º 6150º 6 300º 11

DIAGRAMA DE RADIACION ANTENA DIPOLO DOBLADO

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GRADOS VALOR (µA) GRADOS VALOR (µA)0º 54 180º 40

10º 47 200º 3020º 42 210º 2540º 23 240º 1060º 7 250º 580º 0 280º 0

100º 3 300º 4120º 12 320º 20150º 27 340º 40160º 32 350º 45

III.- CONCLUSIÓN:

Al concluir este laboratorio, debemos hacer especial énfasis en lo que significa el haber estudiado y llevado al laboratorio este unidad temática llamada “antenas”. Hemos aprendido y falta mucho por aprender sobre antenas, un tema interesante y que en la actualidad están por todos lados, creemos que ahora sabremos diferenciarlas y seguir averiguando sobre ellas.

Podemos concluir en especial, que el modulo De Lorenzo DL 2595 es una gran herramienta de apoyo a este laboratorio y nos ayudó a facilitar las cosas prácticas que llevamos a cabo.

Al mismo tiempo, especial atención debemos dar al λ, que es la base para el análisis, confección y trabajo con antenas; por otra parte después del laboratorio y conforme al diagrama de antenas efectuado, estamos en condiciones que afirmar que la antena yagi es una antena direccional y que la dipolo es una antena más omnidireccional.

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IV.- IMÁGENES DE APOYO

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