LABORATORIO DE ANTENAS

LABORATORIO N3 ANTENAS DIPOLOS Y PLEGADO

I. ALCANCE:Familiarizarse con el principio de radiacin isotrpica, las caractersticas de una antena vertical, plano de tierra y una antena dipolo plegado.

II. OBJETIVOS:1. Describir el significado y aplicacin de radiacin de una antena isotrpica.2. Describir las caractersticas de una antena dipolo vertical.3. Describir las caractersticas de una antena dipolo plegado.

III. INTRODUCCION TEORICA:En este estudio experimental se pone nfasis en las caractersticas de dos antenas dipolo, a saber, la antena vertical plano de tierra y el dipolo plegado. Antes de investigar las caractersticas de estas antenas, se presenta un tratamiento breve de una antena isotrpica. La antena isotrpica se usa como una referencia definiendo la ganancia de otros tipos de antenas.1. ANTENA ISOTROPICA:Una antena isotrpica se usa como fundamento de referencia al definir la ganancia de otros tipos de antenas. La antena isotrpica radia uniformemente en todas las direcciones. Imagnese una esfera con un dimetro sumamente grande. Tambin se imagina un dipolo localizado al centro de esta esfera con un patrn de radiacin tal que produce radiacin coherente con densidad uniforme sobre la superficie esfrica entera. Una antena que produce tal radiacin uniforme se llama una antena isotrpica. Una antena isotrpica no tiene NINGUNA Directividad. En otras palabras , todos los puntos en la superficie son de igual nivel de radiacin.

Se calcula la densidad de potencia de esta antena ficticia con la siguiente ecuacin:

Dnde:Pdi: es la densidad de potencia del campo isotrpicoPdt: es la potencia transmitidaR: es el radio de la esfera4 R^2: es el rea de la superficie de la esferaDesde que una antena isotrpica, radia con densidad igual en todas las direcciones, su Directividad (D) se dice que tiene un valor de 1 o 0 dB.

2. GANANCIA DE UNA ANTENA:Definimos a la ganancia de una antena dada como el cociente entre la cantidad de energa irradiada en la direccin preferencial y la que irradiara una antena isotrpica alimentada por el mismo transmisor. Este nmero lo expresamos en decibelios con relacin a la isotrpica y por ende se denota en dBi.Las antenas inalmbricas no son diseadas para difundir la energa en todas direcciones en cambio se disean para dirigir la seal total de radio en el rea a la cual aspiramos a proveer de cobertura. La ganancia de antena es una manera de medir cun directiva es una antena, en comparacin con una antena isotrpica. Entre ms grande sea la ganancia de una antena, esta es ms directiva y el haz de radio es ms angosto.Es muy importante entender que las antenas son elementos pasivos que no amplifican la seal de radio. Las antenas slo concentran la seal en la cierta direccin. Cuando se usa como transmisora la antena es responsable de dirigir la potencia del radiotransmisor en la cierta direccin; cuando acta como receptora la antena colecta la potencia de radio que le envi el receptor.Si una antena tiene un ganancia de 3 dBi en cierta direccin, quiere decir que la potencia transmitida o recibida en esa direccin es equivalente a la potencia que ser transmitida o recibida por una antena isotrpica que usa doble de la potencia en el radiotransmisor.La ganancia de una antena es el producto de la Directividad (determinada exclusivamente por factores geomtricos) y la eficiencia de la antena, que depende del material de la que est construida y de las imperfecciones de manufactura. La eficiencia de la antena se suele expresar con la letra griega eta y vara normalmente entre 40 y 60%.Algunas veces la ganancia de las antenas es expresada en dBd. En tal caso la antena de referencia es una antena de dipolo (dipolo). Una antena dipolo tiene un ganancia de 2.14 dBi comparado con una antena isotrpica. Por ello, si la ganancia de una antena dada se expresa en dBd resultar en un valor inferior en 2,14 dB respecto a la ganancia de la misma antena expresada en dBi.

3. DIAGRAMA DE RADIACIN El diagrama de radiacin o patrn de radiacin es una grfica de la potencia de la seal trasmitida en funcin del ngulo espacial, en ellos podemos apreciar la ubicacin de los lbulos laterales y traseros, los puntos en los cuales no se irradia potencia (NULOS) y adicionalmente los puntos de media potencia.Los diseadores de antenas se esmeran por reducir al mnimo los lbulos secundarios, laterales y traseros ya que generalmente son perjudiciales, esto se logra mediante la modificacin de la geometra de la antena. Desde el punto de vista formal, el campo electromagntico producido por una antena a gran distancia corresponde a la transformada de Fourier en dos dimensiones de la distribucin de cargas elctricas en la antena.

Los diagramas de radiacin son volmenes y como tal se representan en forma tridimensional, en la siguiente figura podemos ver dos diagramas de radiacin, en la misma observamos que se ha representado la intensidad mnima por el color rojo y la mxima con el color azul.

4. ANCHO DEL HAZ (Beamwidth):El ancho del haz (Beamwidth) es el ngulo subtendido por la radiacin emitida entre los puntos en que la potencia disminuye a la mitad, (3 dB) respecto a la radiacin mxima.

Usando el diagrama de radiacin en la figura anterior, podemos determinar la cobertura espacial donde la antena ofrece buena cobertura. El ngulo entre los puntos de media potencia es conocido como ancho del haz o Beamwidth en ingls y se define tanto para el plano horizontal como para el plano vertical. Slo en el caso de una antena con simetra circular perfecta ambos ngulos son iguales. Existe una relacin inversa entre la ganancia y la extensin de la cobertura: una antena de alta ganancia tendr una anchura de haz muy pequea.5. IMPEDANCIA DE ENTRADA:Es el cociente entre el voltaje aplicado a los terminales de entrada y la corriente resultante. En general tiene una parte resistiva y una parte reactiva Para mxima transferencia de potencia la impedancia de la antena debe estar acoplada a la de la lnea de transmisin que la alimenta. La calidad del acoplamiento se mide en trminos de la relacin de onda estacionaria, VSWR (Voltage Standing Wave Ratio). Idealmente debera ser la unidad, cuando las impedancias son exactamente iguales. Cuando excede de 2 empieza a haber problemas, Si es mayor que 3 el transmisor sufre peligro y estamos desperdiciando mucha potencia.

Transferencia de potencia desde una fuente a la carga. En nuestro caso la fuente es el transmisor y la carga la antena. La estacionaria se mide con un vatmetro que permita medir tanto la potencia incidente como la reflejada, o con un analizador de espectros dotado de generador de barrido y acoplador de seales. VSWR=(Pi+Pr)/(Pi-Pr)donde Pi es la potencia Incidente y Pr es la potencia reflejada. La impedancia que ve el TX debe ser igual a su impedancia de salida, de otra manera se produce una onda reflejada que no slo disminuye la seal efectivamente irradiada, sino que puede llegar a daar al TX si es muy elevada.

6. POLARIZACION DE UNA ANTENA:Una onda electromagntica est formada por campos elctricos y magnticos ntimamente ligados que se propagan en el espacio. La direccin del campo elctrico se corresponde con la polarizacin de esta onda.a. POLARIZACION VERTICAL:Si el campo elctrico permanece en la direccin vertical durante toda la trayectoria de una onda decimos que tiene polarizacin vertical, para un dipolo el movimiento de los electrones dentro del alambre responde al campo elctrico y por lo tanto define la polarizacin.

b. POLARIZACION HORIZONTAL:Si colocamos el alambre horizontalmente, tendremos polarizacin horizontal.

7. ANTENA VERTICAL PLANO DE TIERRA:Un dipolo vertical con un plano de tierra se muestra en la figura como puede verse, el dipolo transmite un modelo redondo, hacindolo bueno para el funcionamiento mvil , pero pequeo o ningn patrn existe directamente sobre el dipolo.

En la figura se muestra el dipolo vertical plano de tierra con la energa transmitiendo directamente del dipolo y con energa reflexiva del plano de tierra. Note que la energa reflexiva aparece como una imagen de espejo de un dipolo de onda de un cuarto, proyectado hacia abajo.Si la antena fuera para radiodifusin en AM entonces la onda de un cuarto sobre la tierra , seria reflejada por una seccin de longitud de un cuarto, debajo de la tierra.El plano de tierra vertical tambin es llamado ANTENA MARCONI, mientras una antena horizontal polarizada se llama ANTENA HERTZ.

8. ANTENA DIPOLO PLEGADO:Una antena de dipolo plegado, como es mostrado en figura , habilita un dipolo de media longitud de onda para transmitir en banda ancha. El dipolo plegado, como es mostrado en la figura a tiene unos 300ohms de impedancia de entrada. Esta antena se usa a menudo para la radio en FM, debido a sus caractersticas de banda ancha y para recepcin de TV. Se usa un cable de 75 ohms . Cuando el cable de alimentacin es coaxial, el blindaje del dipolo va a un lado y el alambre del centro va ala otro elemento del dipolo . La figura b muestra un dipolo de tres alambres plegados con la lnea de alimentacin al centro del dipolo. Esta antena requiere una lnea de alimentacin ms espaciada, ms ancha con 600ohms de impedancia caracterstica. La figura c muestra una antena FM polarizada circularmente.

IV. CUESTIONARIO:

1. La resistencia de radiacin de una antena dipolo vertical debe de ser menos que la del dipolo horizontal (que est en un rango de 73).2. En un dipolo vertical /4 la onda reflejada acta como /4.3. En un dipolo vertical el campo elctrico es perpendicularmente al plano de tierra.4. En un dipolo vertical el patrn de intensidad de campo es paralelo.5. Un dipolo horizontal tiene menor Ganancia de antena que un dipolo vertical.6. En una antena isotrpica, la intensidad de campo es radial en todas las direcciones.7. L a ganancia de un dipolo es comparada a una antena isotrpica.8. Un dipolo horizontal hecho de alambre tiene aproximadamente 73 impedancia como un dipolo horizontal hecho de tubo de aluminio.9. La resistencia terica de un dipolo vertical es 36.5.10. Un dipolo plegado de /2 tiene una impedancia de aproximadamente 300.11. Dos dipolos plegados perpendicularmente entre si originan un patrn de campo circular.12. Un dipolo plegado tiene mayor ancho de banda que un dipolo simple horizontal.13. Cuando un dipolo vertical es instalado en el techo de un carro, el carro acta como el plano de tierra.14. Una estacin AM generalmente tiene una antena de polarizacin vertical pero esta tambin puede ser horizontal o plegada.15. Q superior de una antena, el ancho de haz es mas estrecho.