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Abstract— A continuación podemos encontrar un estudio detallado de las antenas lineales, una antena es un medio de radiación y/o recepción de ondas de radio, las cuales son utilizadas muchas veces para optimizar o acentuar la radiación de energía en alguna dirección y suprimirla en otras. En el informe se describen las mediciones realizadas de cada una de las características de radiación de las antenas lineales diferenciando los tipos de antenas lineales que existen a partir de estos análisis.

• Materiales utilizados:

MATERIALES REQUERIDOS CODIGO SIC Base fuente de alimentación S300PSB Panel de antenas con líneas Lecher, detector y transmisor de RF SIP360A Mástil de antenas con Balúm SIP360-1 Antena de dipolo horizontal de media onda SIP360-2 Antena dipolo vertical de plano a tierra SIP360-3 Arreglo de antena yagi SIP360-4 Varilla reflector SIP360-5 Medidor de intensidad de campo, mástil y base SIP360-6 Cinta de medición de 150cm SIP360-10 Cable BNC/BNC de 30cm (12”) RG-58 SIP360-7 Escala polar para graficar SIP360-9 Sujetadores o clips para guías de onda SIP365-1 Cable de plug stereo a bananas (10”) SIP360-11 Osciloscopio Multímetro digital Aplicación SADI 1,12

I. MEDIDAS, PRUEBAS Y CONSIDERACIONES DEL MONTAJE

En este y en los siguientes experimentos, se realizarán las pruebas y mediciones que determinan las características de las antenas dipolo de media onda, dipolo vertical, dipolo vertical con reflector, dipolo plegado y antena Yagi. Para estas antenas serán calculados y medidos la ganancia directiva, el ancho del haz de media potencia, la polarización, ganancia frontal-trasera y se graficarán los patrones de radiaciones en el plano H para una frecuencia de operación de los equipos en el rango de los 860 a 900 MHz.

ANTENAS LINEALES

Luís F. De La Hoz, María I. Dovale, Franklin Oliveros, Álvaro Ulloa Universidad del Norte

Figura 2.7: Arreglo Experimental del equipo

2.II. MEDICION DEL DIPOLO DE MEDIA ONDA PROCEDIMIENTO 1. Conecte el mástil de la antena en el panel, luego coloque la antena en el mástil; ajuste el voltaje de la fuente entre 15 VDC y -15 VDC, luego inserte el panel en la base de la fuente.

Ajuste el control de sensibilidad del medidor de campo al máximo, luego coloque el medidor de campo a una distancia de 1 a 2 m (Verifique que se encuentra en el campo lejano) y asegurase de que hay Transmisión. 2. Conecte el multímetro al medidor de campo, utilizando el cable, 10” (miniature plug to banana plugs), dado que la longitud evitara las interferencias de los cuerpos, con las mediciones. MEDIDA DE POLARIZACIÓN 3. Mientras tenemos la antena del medidor de campo paralela al dipolo de media onda tome la medida del multímetro. V = ___145___mV. 4. Ahora rote la antena del medidor de campo hasta que quede perpendicular al piso, y tome la medida del multímetro. V = ___20___Mv ¿Qué observa? Como podemos ver claramente, la señal se atenúa de forma abrupta cuando el medidor de campo queda perpendicular al piso,

esto sucede debido que los campos no se suman sino que se cancelan entre si. MEDIDA DEL PATRÓN DE RADIACIÓN

5. Rote la antena de transmisión 360° y tome la medida del multímetro cada 20° y complete la siguiente tabla.

GRADOS TENSION (mV) Vnorm GRADOS TENSION (mV) Vnorm

0 145 1 180 179 1,23

20 135 0,93 200 161 1,11

40 115 0,79 220 155 1,07

60 50 0,34 240 118 0,81

80 15 0,10 260 55 0,38

90 6 0,04 280 40 0,28

100 100 0,69 300 80 0,55

120 145 1,00 320 120 0,83

140 168 1,16 340 137 0,94

160 179 1,23 360 145 1,00

Para la obtención del patrón de radiación en el plano H, se debe normalizar los valores de voltaje obtenidos con respecto al máximo valor (0°). Posteriormente, se deben llevar estos datos a una carta polar donde se toma como referencia una distancia para el máximo valor normalizado obtenido, los demás valores serán proporcionales a dicha distancia. Finalmente, se deben unir todos los puntos para obtener el patrón de radiación.

3MEDICIÓN DEL DIPOLO VERTICAL PROCEDIMIENTO 6. Ahora retire el dipolo de media onda, y coloque el plano de tierra y el dipolo vertical. 7. Verifique que el control de sensibilidad del medidor de campo se encuentre al máximo, luego coloque el medidor de campo a una distancia de 1 a 2 m (verifique la polarización de las antenas y que estas se encuentra en el campo lejano) y asegúrese de que hay transmisión. 8. Conecte el multímetro al medidor de campo, utilizando el cable 10”. MEDIDA DEL PATRÓN DE RADIACIÓN 9. Rote la antena de transmisión 360° y tome la medida del multímetro cada 30° y complete la tabla y grafique posteriormente el patrón de radiación.

GRADOS TENSION (mV) Vnorm

0 40 1

30 40 1

60 40 1

90 42 1,05

120 40 1

150 53 1,325

180 44 1,1

210 46 1,15

240 48 1,2

270 40 1

300 41 1,025

330 38 0,95

360 40 1

MEDICIÓN DEL DIPOLO VERTICAL CON REFLECTOR 10. Coloque el reflector en la parte posterior del plano de tierra, obtenga el patrón de radiación y grafíquelo.

GRADOS TENSION (mV) Vnorm GRADOS TENSION (mV) Vnorm

0 80 1 180 22 0,28

20 76 0,95 200 18 0,23

40 72 0,9 220 15 0,19

60 62 0,775 240 38 0,48

80 54 0,675 260 62 0,78

90 69 0,8625 280 71 0,89

100 44 0,55 300 82 1,03

120 38 0,475 320 85 1,06

140 30 0,375 340 86 1,08

160 27 0,3375 360 87 1,09

411. Determine el ancho del haz de media potencia de la antena (3dB). Para determinar el ancho del haz, alinee la antena hasta obtener el valor máximo en el multímetro, luego rote la antena hacia el lado derecho hasta que el valor en el multímetro 77 caiga 3dB, es decir hasta que en el multímetro se obtenga un valor del voltaje máximo entre √2 (Vmáx/√2). Determine dicho ángulo y haga el mismo procedimiento hacia el lado izquierdo. Sumando los dos ángulos obtenidos obtendrá el ancho del haz. Esto indica que en 70° y 290° hay una caída de 3Db Finalmente podemos concluir que el ancho del haz es de 140° 12. Determine la ganancia Frontal – Trasero (Front to Back) de la antena. Para determinar la relación Frontal – Trasero, alinee la antena hasta obtener el valor máximo en el multímetro y luego rote la antena 180° y obtenga el nuevo valor en el multímetro. 0° � 80 mV 180° � 22 mV MEDICIÓN DE LA ANTENA YAGI PROCEDIMIENTO 13. Ahora retire el dipolo plegado y coloque la antena Yagi sobre el mástil de la antena en el panel. 14. Ahora coloque el control de sensibilidad del medidor de campo al la mitad, luego coloque el medidor de campo a una distancia de 1 a 2m y asegurase de que hay transmisión. Conecte el multímetro al medidor de campo, utilizando el cable 10”, porque la longitud evitará las interferencias de los cuerpos, con las mediciones. MEDIDA DEL PATRON DE RADIACION 15. Rote la antena de Yagi 360° y tome la medida del multímetro cada 20°,complete la tabla y grafique el patrón de radiación

GRADOS TENSION (mV) Vnorm GRADOS TENSION (mV) Vnorm

0 197 1 180 56 0,28

20 183 0,93 200 30 0,15

40 135 0,69 220 40 0,20

60 80 0,41 240 70 0,36

80 70 0,36 260 56 0,28

90 69 0,35 280 88 0,45

100 66 0,34 300 116 0,59

120 63 0,32 320 161 0,82

140 60 0,30 340 193 0,98

160 58 0,29 360 197 1,00

Como se puede observar, el dipolo plagado da igual que el dipolo de media onda, en esta tabla hubo valores que debían ser pequeños pero el voltímetro los mostró grandes debido a la reflexión de las ondas en las paredes del laboratorio.

56,562

80=

dBdG

G

dBd 21.1163,3log20

63,32280

==

==

5 16. Determine el ancho del haz de media potencia de la antena yagi (3dB). Esto indica que en 30° y 310° hay una caída de 3Db Finalmente podemos concluir que el ancho del haz es de 80° 17. Determine la ganancia Frontal – Trasera (Front to Back) de la antena. 0° � 197 mV 180° � 56 mV 18. Retire el primer director de la antena Yagi, y tome la medida en el multímetro, en qué varió el ancho del haz, la ganancia y el front to back de la antena? Al retirar el primer director de la antena disminuyen el ancho del haz, la ganancia y el front to back de la antena, ya que en 0° el voltaje es 186mV 19. Retire el segundo director y tome las medidas en el multímetro, ¿Qué observa en los parámetros calculados en el ítem anterior? Habiendo retirado dos directores, la ganancia, el front to back y el ancho del haz se ven aún más afectados, en la misma posición la tensión es de 178mV 20. Coloque todos los directores y retire ahora el reflector de la antena Yagi. Tome la medida en el multímetro, ¿En qué varía el ancho del haz, la ganancia y el front-toback de la antena? Si se retira el reflector, habiendo dejado todos los directores, los tres parámetros estudiados previamente disminuyen de forma considerable!!! A 0° se presenta una tensión en la antena receptora de 172mV, mucho menor que si se quitan 2 directores incluso.

PREGUNTAS Y PROCEDIMIENTOS FINALES 1. Compare los diferentes tipos de antena teniendo en cuenta el patrón de radiación de cada una. Los diferentes tipos de antenas observados son: antena de dipolo horizontal de media onda, antena dipolo vertical de plano a tierra y antena yagi. El patrón de radiación de una antena horizontal de media onda es desde la parte longitudinal hacia afuera desde ambos lados, la forma de la radiación es como una especie de 8 acostado y alargado. El patrón de radiación de una antena dipolo vertical de plano a tierra es una región de igual radiación hacia todas las direcciones y la antena yagui posee un patrón de radiación dirigido hacia un sentido, gracias a su configuración.

°=1402

197

dBdG

G

dBd 93.1052,3log20

52,356

197

==

==

Dipolo horizontal de media onda Antena Yagi

62. En el caso del dipolo vertical, ¿Corresponden las medidas tomadas con reflector y sin reflector a la teoría? ¿Qué consecuencias trajo añadir un reflector al arreglo? Los valores tomados si corresponden ya que las medidas fueron iguales o muy aproximadas aun cuando se varió la posición angular de la antena. El agregarle un reflector hizo que al variar el ángulo, la medida si cambiara, hecho que es concordante con la teoría estudiada.

3. ¿Qué efecto en las medidas tienen los obstáculos alrededor de los equipos? ¿Por qué? Los obstáculos alrededor de los equipos causan reflexión y hacen que la señal que llega al receptor no sea constante. Esto es debido principalmente al efecto de señales que llegan con diferentes ángulos al receptor provocando un fenómeno denominado “Fading”, que por lo general es por características de “multi-trayecto” que hace que la señal que llega al receptor no sea constante

II. BIBLIOGRAFÍA

[1] TISCHLER, Morris. Microwave communications. The Science Instruments Company. Baltimore, E.U.A. 1994. [2] SADIKU, Matthew N. O. Elementos de Electromagnetismo. 3ª edición. Oxford University Press. México D.F. 2003. [3] NERI, Vela Rodolfo. Líneas de Transmisión. 1ª edición. McGraw-Hill. México, D.F. 1999.