Antena Reflector Esquinado con adaptador desbalanceado

Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica

TRABAJO DE DIPLOMA

Antena Reflector Esquinado con adaptador

desbalanceado para la TDT

Autor: Sahilí Díaz Bergolla

Tutor: MSc. Tuan E. Cordoví Rodríguez

Santa Clara

2017

“Año 59 de la Revolución "

Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica

TRABAJO DE DIPLOMA

Antena Reflector Esquinado con adaptador

desbalanceado para la TDT

Autor: Sahilí Díaz Bergolla [email protected]

Tutor: MSc. Tuan E. Cordoví Rodríguez

[email protected]

Consultante: Dr. C. Roberto Jiménez Hernández

[email protected]

Santa Clara

2017

“Año 59 de la Revolución "

Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central

“Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad

de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea

utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial

como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización

de la Universidad.

Firma del Autor

Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de

la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un

trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.

Firma del Tutor Firma del Jefe de Departamento

donde se defiende el trabajo

Firma del Responsable de

Información Científico-Técnica

i

PENSAMIENTO

“En tiempos de cambio, quienes estén abiertos al aprendizaje se adueñarán del futuro,

mientras que aquellos que creen saberlo todo estarán bien equipados para un mundo que

ya no existe”

Eric Hoffer

ii

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a:

Mi mamá por ser la persona más importante en mi vida,

ser mi luz, mi guía, mi apoyo y mi modelo a seguir,

a mi abuelita por su amor y paciencia incondicionales.

iii

AGRADECIMIENTOS

A mi mamá por haber estado siempre a mi lado, por haberme brindado todo el amor y el

apoyo que necesitaba para seguir adelante y hacer realidad mis sueños.

A Marlen por haber sido una segunda madre durante este tiempo, por ser la persona que me

tendió su mano cuando más lo necesitaba, quien me alentó a seguir adelante con sus buenos

consejos.

A mi familia que aunque estén lejos me han apoyado siempre.

A mi tutor por su dedicación, exigencia y apoyo incondicional brindado durante la

confección del trabajo.

A Roberto Jiménez por brindarme su vasta experiencia y conocimientos para que todo

saliera adelante.

A todos los profesores de la carrera que ayudaron de una forma u otra en mi formación

durante estos cinco años.

A todas mis amistades que son una parte fundamental en mi vida:

A mis mejores amigas de la universidad Claudia y Adanay, con quienes compartí buenos y

malos momentos durante estos cinco años, siendo mi gran apoyo, y que creo que nuestra

amistad será para siempre aunque nos separemos.

A todas las chicas de Telecomunicaciones que nos mantuvimos unidas hasta el final, nunca

las olvidaré, ellas son Liarenis, Adriana, Yanet, Mónica, Amanda, Grether, Dedaldina,

Ailén y Evelin.

A amigas que me acompañan desde mi infancia y continuamos siendo inseparables, aunque

algunas ya no estamos tan cerca, Betsabé, Yuset y Bia.

iv

TAREA TÉCNICA

1. La realización de un estudio bibliográfico de la antena Reflector Esquinado

Cuadrado, y de los distintos tipos de redes adaptadoras.

2. Análisis de los diseños realizados, basados en diferentes parámetros y criterios de

diseños.

3. Obtención de los parámetros principales a partir del software empleado.

4. Comprobación de los resultados teóricos de la simulación con mediciones

prácticas.

5. La evaluación y validación de la efectividad del diseño propuesto con el software

CST Microwave Studio 2015 para lograr un prototipo efectivo que culmine en las

líneas de producción de la industria.

Firma del Autor Firma del Tutor

v

RESUMEN

El presente trabajo está encaminado al diseño de una antena para la recepción de la

Televisión Digital Terrestre (TDT), de redes adaptadoras de impedancia y baluns para la

banda de UHF, esto debido a los nuevos cambios tecnológicos en los que está inmersa la

televisión en el país y al aceptado interés de la Empresa Antenas de Villa Clara de

participar en estas transformaciones. Existen pocas investigaciones que aborden estas

temáticas y que ofrezcan soluciones económicamente factibles y ventajosas a la constante

demanda de la población en cuanto a la sustitución de la línea bifilar en las antenas con

impedancia de 300Ω, por el cable coaxial de 75 Ω, problema que se presenta comúnmente

en estos días en cualquier hogar o institución. Para dar cumplimiento al propósito de este

trabajo se analizaron varios documentos con los que se pudieron estudiar las características

de las antenas y los baluns para un posterior diseño con el software CST MICROWAVE

STUDIO 2015. Luego de la simulación de la antena, llegado a un diseño optimizado y

obtenido los parámetros deseados para la banda de UHF para TDT, fueron construidos los

prototipos y realizadas las mediciones pertinentes. Tanto los parámetros típicos de la antena

como los parámetros de calidad de la recepción de la TDT se mantuvieron dentro de los

márgenes de aceptación.

vi

TABLA DE CONTENIDOS

PENSAMIENTO ..................................................................................................................... i

DEDICATORIA .................................................................................................................... ii

AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii

TAREA TÉCNICA ................................................................................................................ iv

RESUMEN ............................................................................................................................. v

TABLA DE CONTENIDOS ................................................................................................. vi

GLOSARIO DE ABREVIATURAS ..................................................................................... ix

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1

CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO ..................................................................... 4

1.1. Televisión Digital Terrestre ..................................................................................... 4

1.1.1 Principales parámetros para medir la calidad de la Televisión Digital Terrestre

5

1.2. Antena Reflector Esquinado .................................................................................... 7

1.2.1 Patrón de radiación ........................................................................................... 9

1.2.2 Resistencia de radiación .................................................................................. 10

1.2.3 Ganancia ......................................................................................................... 11

1.2.4 Directividad .................................................................................................... 11

1.2.5 Coeficiente de Radiación Trasera ................................................................... 11

1.2.6 Impedancia del punto de alimentación ........................................................... 12

1.2.7 Razón de Onda Estacionaria (ROE) ............................................................... 12

1.2.8 Parámetros de diseño del Reflector Esquinado ............................................... 13

1.2.9 Metodología para el diseño de la antena con Reflector Esquinado para la TDT

14

1.3. Dipolo Mariposa..................................................................................................... 15

vii

1.4. Elección del tipo de líneas de transmisión a utilizar .............................................. 16

1.4.1 Cable Coaxial .................................................................................................. 16

1.4.2 Líneas de microcinta ....................................................................................... 17

1.4.3 Líneas Coplanares ........................................................................................... 20

1.5. Balun ...................................................................................................................... 21

1.5.1 Ejemplos de Baluns ........................................................................................ 22

1.5.2 Balun de Microcinta ........................................................................................ 23

1.6. Conclusiones del capítulo ...................................................................................... 25

CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN .................................................................... 26

2.1 Selección y descripción del software de simulación electromagnética a utilizar ....... 26

2.1.1 CST Microwave Studio .................................................................................. 26

2.1.2 CST Design Studio ......................................................................................... 27

2.2 Diseño y simulación de la Antena Reflector Esquinado para la recepción de la

Televisión Digital Terrestre .............................................................................................. 28

2.2.1 Diseño del Reflector Esquinado Cuadrado ..................................................... 28

2.2.2 Diseño del Dipolo Mariposa ........................................................................... 29

2.2.3 Simulación de la antena Reflector Esquinado ................................................ 30

2.2.4 Análisis del comportamiento de la antena Reflector Esquinado optimizado . 33

2.3 Baluns ..................................................................................................................... 37

2.3.1 Diseño y análisis del balun de línea de transmisión de λ/2 con cable coaxial 38

2.3.2 Diseño y análisis del balun de línea de λ/2 con microcinta ............................ 40

2.3.3 Análisis del comportamiento de los baluns propuestos .................................. 42

2.4 Materiales utilizados y descripciones técnicas ....................................................... 44

2.5 Conclusiones del capítulo ...................................................................................... 45

CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y ANÁLISIS ................................................................ 46

viii

3.1 Descripción técnica del equipamiento utilizado en las mediciones ....................... 46

3.1.1 Analizador de Espectro ................................................................................... 46

3.1.2 Analizador de Televisión ................................................................................ 46

3.1.3 Antenas de referencia para mediciones .......................................................... 47

3.2 Mediciones de parámetros radioeléctricos de los prototipos de antenas .................... 47

3.2.1 ROE y Pérdidas por Retorno medidas ................................................................. 48

3.2.2 Medición de la Ganancia ..................................................................................... 51

3.2.3 Medición del Ángulo de Apertura, Directividad y Coeficiente de Radiación

Trasera .......................................................................................................................... 55

3.2.4 Medición del Patrón de radiación ................................................................... 56

3.3 Mediciones de señal en zonas de baja cobertura ........................................................ 58

3.3.1 Validación de las antenas exteriores a través de los parámetros de calidad de la

recepción de la TDT en zonas de baja cobertura de la provincia de Villa Clara .......... 59

3.4 Valoración Económica ........................................................................................... 61

3.5 Conclusiones del capítulo ........................................................................................... 61

CONCLUSIONES ............................................................................................................ 62

RECOMENDACIONES ................................................................................................... 63

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 64

ANEXOS .............................................................................................................................. 67

Anexo I. Tabla I: Indicadores de recepción de la señal en receptores de TV ................. 67

Anexo II. Ejemplos de baluns de microcinta ................................................................... 67

Anexo III. Instrumentos de medición ............................................................................... 68

Anexo IV. Antenas de referencia para mediciones ........................................................... 69

Anexo V. Mediciones de ROE y Pérdidas por retorno .................................................... 70

Anexo VI. Medición de Ganancia mediante el Método de las tres antenas ..................... 71

ix

Anexo VII. Medición del Patrón de radiación .................................................................. 72

Anexo VIII. Mediciones en zonas de baja cobertura ........................................................ 74

GLOSARIO DE ABREVIATURAS

TDT: Televisión Digital Terrestre

VHF: Muy Alta frecuencia (Very High Frequency)

x

UHF: Ultra Alta Frecuencia (Ultra High Frequency)

HD: Alta Definición (High Definition)

TV: Televisión

DTMB: Multidifusión Digital Terrestre de Multimedia (Digital Terrestrial Multimedia

Broadcasting)

MER: Razón de Error en la Modulación (Modulation Error Ratio)

BER: Razón de Error de Bit (Bit Error Ratio)

C/N: Razón Portadora a Ruido

ROE: Relación de Onda Estacionaria

F/B: Coeficiente de radiación trasera (Front to Back)

MMIC: Amplificador Monolítico para Microondas (Microwave Monolithic Integrated

Circuit)

INTRODUCCIÓN 1

INTRODUCCIÓN

La Televisión Digital Terrestre es un medio más eficiente de emitir televisión que el

vigente sistema analógico, ya que se puede recibir más canales, con mayor calidad de

imagen y sonido [1]. Dentro de las tecnologías que han caracterizado un gran desarrollo de

las telecomunicaciones se encuentran las pertenecientes a la televisión, donde la televisión

digital se ha convertido en un tema importante debido a su implementación y puesta en

práctica en nuestro país. Un elemento fundamental para el desarrollo de la misma lo

constituyen las antenas, las cuales son elementos imprescindibles en un sistema de

radiocomunicaciones, donde actúan como transductores de energía eléctrica en

electromagnética y viceversa. Son las interfaces entre los subsistemas transmisor y

receptor, utilizando el espacio libre como medio de transmisión [2].

A partir de la introducción de la televisión digital en Cuba, es preciso crear antenas que

sean capaces de cubrir la banda de televisión digital para los canales del 14 al 52 de UHF,

con vista a respaldar el desarrollo de este programa nacional [3]. Como las antenas

presentan diferencia con respecto a la impedancia de entrada de la línea de transmisión a

emplear, se hace necesaria la construcción de un adaptador balun que permita la máxima

transferencia de potencia recibida. También se hace necesario acoplar sus terminales

balanceados a una línea de transmisión desbalanceada, para evitar insatisfacción en los

usuarios en la recepción de las señales de TDT al seleccionar el “bajante” más idóneo para

tales propósitos.

El creciente uso de la banda de UHF para la TV ha causado interés en la Antena Reflector

Esquinado, la cual fue creada en 1938 por Kraus. Se han hecho trabajos similares con

anterioridad que abordan esta temática donde el Reflector Esquinado se presenta como una

propuesta muy ventajosa para la televisión digital, debido a que se puede obtener ganancia

media con una construcción relativamente simple, pero no se ha abordado con profundidad

la posibilidad de hacer el diseño de una red adaptadora de impedancia que brinde

considerables mejoras para la población al permitir sustituir la línea bifilar por el cable

coaxial de impedancia 75 Ω. Los diseños anteriores realizados son basados en el empleo de

INTRODUCCIÓN 2

líneas balanceadas de 300 Ω. No existe hasta el momento análisis y diseños de antenas de

Reflector Esquinado que empleen líneas coaxiales de 75 Ω en la línea de alimentación.

El presente trabajo se centrará en el diseño de una Antena Reflector Esquinado con

adaptador desbalanceado para la TDT debido al interés de la Empresa de Antenas en

cambiar el tipo de línea a comercializar, de la bifilar a la coaxial, porque la primera dejará

de comercializarse en el país dentro de muy poco tiempo, siendo muy importante evaluar la

conveniencia de esta propuesta con Reflector Esquinado y proponer una metodología para

el cálculo de los parámetros fundamentales para su diseño con el uso del software CST

Microwave Studio 2015 como herramienta imprescindible para la simulación y análisis de

los resultados del diseño.

Considerando lo establecido anteriormente, conduce como problema de la investigación:

¿Es factible la sustitución de la línea bifilar por la línea coaxial en la antena Reflector

Esquinado Cuadrado?

Por lo que se plantea como objetivo general:

Realizar un diseño para una antena Reflector Esquinado Cuadrado con dipolo Mariposa y

baluns para líneas desbalanceadas de 75 Ω.

Para dar solución al problema de investigación y dar cumplimiento al objetivo general, se

plantean los siguientes objetivos específicos:

1. Caracterizar la antena Reflector Esquinado a partir de los principales parámetros a

medir para la correcta recepción de la TDT.

2. Diseñar una antena Reflector Esquinado Cuadrado con dipolo Mariposa y baluns

para la banda de UHF de la TDT.

3. Simular a través del software CST Microwave Studio 2015 la antena Reflector

Esquinado clásica y la optimizada con los distintos baluns propuestos.

4. Validar el diseño mediante la construcción y medición de la antena y los baluns.

El informe de la investigación se estructurará en resumen, introducción, capitulario,

conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos.

Capítulo 1: Contiene los fundamentos teóricos y prácticos de la TDT en nuestro país, el

análisis y estudio bibliográfico de la antena Reflector Esquinado, de su elemento activo el

INTRODUCCIÓN 3

dipolo Mariposa, y los tipos de líneas a utilizar, así como, las posibles variantes de

alimentación en función de la impedancia a ser adaptada.

Capítulo 2: Describe los métodos de diseño teóricos de la antena, su elemento activo y de

los baluns, con los cálculos realizados para cada uno, la simulación de la antena clásica

propuesta por John D. Kraus, y de esta antena optimizada, así como la posterior simulación

de ella con las diferentes propuestas de baluns, y el análisis de los parámetros más

importantes para cada una.

Capítulo 3: Se realiza la construcción de los prototipos diseñados y se exponen los

resultados de la validación mediante la comparación con ejemplos prácticos de la

efectividad del método y la calidad del producto. Se establecen comparaciones entre las

simulaciones y los resultados obtenidos de las mediciones reales.

CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO 4

CAPÍTULO 1. FUNDAMENTO TEÓRICO

En el presente capítulo serán abordados aspectos esenciales de la Televisión Digital en

Cuba, los fundamentos teóricos de la antena Reflector Esquinado Cuadrado, la estructura

de su elemento activo, así como también los posibles tipos de líneas de transmisión a

utilizar, a ser adaptadas : variante a coaxial, a microcinta y otras.

1.1. Televisión Digital Terrestre

Con el devenir de los años, la ciencia y las tecnologías han experimentado numerosos

cambios y evoluciones. La TDT forma parte importante de esta evolución, siendo un nuevo

método de transmisión de la señal televisiva, que incluye la captación de la imagen y el

sonido por las cámaras y los micrófonos de un estudio de televisión, el procesamiento

posterior, el transporte y la distribución de las señales, la radiodifusión y la recepción por el

televidente. Se transmiten en varias modalidades: cable, satélite, internet, telefonía móvil.

La comunicación digital comprende la transmisión de símbolos discretos a través de un

canal ruidoso. Estos símbolos discretos pueden provenir bien de fuentes de datos discretos

tales como computadoras, o bien de fuentes cuyas señales son analógicas pero que han

sufrido un proceso de digitalización como, por ejemplo: voz, video, etcétera [4].

En el mundo existen actualmente cuatro normas para el dominio digital, que no son

compatibles entre sí: DVB-T, ATSC, ISDB-T, DTMB. La adopción de una de estas normas

es un paso importante y fundamental para el despliegue y puesta en práctica de la televisión

digital en un país, pues define lo que va a ocurrir en el periodo histórico de la TDT en el

mismo. En Cuba se aprobó el estándar internacional de la televisión digital terrestre

DTMB.

El despliegue de la TDT es un proyecto integral de creación de infraestructura social, con la

finalidad de mejorar el nivel de vida del pueblo, introduciendo una tecnología de punta que

beneficia a toda la población y anticiparse a la inevitable obsolescencia tecnológica. Se

prevé que la Televisión Digital estará instalada totalmente en Cuba en el año 2021, cuando

se aplicará el “apagón analógico”, luego de transitar por tres etapas para introducir ese

sistema de trasmisión que traerá ventajas como la mayor calidad en el servicio [5].


Las características de la Televisión Digital permiten un mejor aprovechamiento del

espectro radioeléctrico, razón por la cual, el espectro dedicado a la transmisión de

televisión será reducido a la Banda III de VHF desde el canal 7 al 13 y la Banda de UHF

desde el canal 14 al 52 [6].Además se pretende emigrar hacia la banda de UHF, o sea, a

partir de 470 MHz y hasta aproximadamente 700 MHz (canal 51).

1.1.1 Principales parámetros para medir la calidad de la Televisión Digital

Terrestre

Los principales parámetros para medir la calidad de la TDT son los siguientes:

Potencia de la señal : La potencia de la señal que se recibe en la toma de la vivienda o

local, se mide en dBm. El valor admisible mínimo conocido como TOV Umbral de

Visibilidad (Threshold Of Visibility), según el Standard UIT-R BT. 2032-2 y en pruebas

realizadas en laboratorios indican valores inferiores de -85 dBm para algunos receptores

repartidos a la población cubana. Sin embargo en la práctica, en algunas mediciones

realizadas con antenas exteriores en diferentes localidades del territorio nacional los niveles

débiles oscilaban por debajo de -68 dBm los cuales también se ven en la Tabla I (Ver

Anexo I) por la UIT-R la cual se elige como referencia [7] [8].

MER (Modulation Error Ratio, Razón de Error en la Modulación) : El MER, en

términos de QAM (Quadrature Amplitude Modulation, Modulación de Amplitud de

Cuadratura) que es la modulación más usada en TDT, es la razón entre la amplitud del

símbolo promedio (Sp) y la amplitud del error promedio (E) para el símbolo que

normalmente se mide en dB.

(1.1)

Es equivalente a la Relación Señal a Ruido (S/N) pero en la modulación. Se define también

como un factor que nos informa de la exactitud de una constelación digital mostrado en la

Figura 1.1. El valor aceptable del parámetro MER no está determinado. La mayoría de los

receptores actuales decodifican correctamente la señal que toma, si se dispone de una MER

> 20dB con un valor mínimo aconsejable de 22 dB. El valor mínimo aconsejable para la

MER en una antena es de 23 dB. La MER puede verse alterada por las señales

multitrayecto, interferencias, ruidos provocados por el hombre, entre otros [9].


Figura 1.1. Interpretación física de MER dentro de la modulación digital 64QAM

El BER (Bit Error Ratio) : Es el parámetro fundamental que nos determina la calidad de la

señal demodulada (trama de transporte) de los sistemas de televisión digital terrestre. Es el

número de bits o bloques incorrectamente recibidos, con respecto al total de bits o bloques

enviados durante un intervalo específico de tiempo. Esta es la medida fundamental para

determinar la calidad de la señal. Para una correcta decodificación de la señal digital,

únicamente se define un valor del BER < 2 x después de la decodificación en el

receptor. Por encima de este valor, es imposible realizar la decodificación debido al gran

número de errores presentes en el flujo de datos [9] [10].

C/N (Relación Portadora a Ruido) : es también importante a la hora de realizar la

decodificación. Si la C/N está por debajo de cierto valor, la decodificación no se puede

realizar [10].

Todos estos parámetros descritos anteriormente se pueden calcular con instrumentos de

medida como son los Medidores de Campo Portátiles con diversas funcionalidades como el

de la Figura 1.2, donde se pueden observar dos mediciones de campo a una distancia

considerable de un transmisor de dos antenas: una exterior y otra interior pasiva dentro de

un local, a través del instrumento, el Analizador de TV DEVISER S7000.

Se muestra la validez de los parámetros de medida, los cuales para la antena exterior están

dentro de los parámetros aceptables, mientras que en la interior, todos los parámetros se

encuentran deteriorados, y es por ello que la tasa de errores es considerable y mayor a la

recomendada, y en este caso, la imagen en el televisor “no se ve”.


Figura 1.2. Lectura típica de un instrumento de medición portátil para TDT

1.2. Antena Reflector Esquinado

La influencia de la lámina reflectora con tamaño finito sobre el patrón de radiación de la

antena fue investigada primero por Oliver y Sterr [11], usando el dominio del tiempo de

diferencia finita “the finite difference time domain “(FDTD), método descrito por Taflove y

muchos otros autores [12]. El método FDTD es una buena técnica para el estudio de la

antena Reflector Esquinado con láminas reflectoras de tamaño finito. El método de análisis

que emplearemos para el diseño de la antena Reflector Esquinado es el creado por Kraus

[13] en 1938 quien mostró que las características de radiación de un tamaño infinito se

pueden determinar analíticamente en forma aproximada utilizando la teoría imagen, si el

ángulo del vértice es un sub-múltiplo de π.

La antena Reflector Esquinado (Figura 1.3) es muy utilizada en la recepción de la TV en

UHF por su relativa alta ganancia, ancho de banda satisfactorio, bajo nivel de lóbulos

laterales y coeficiente de radiación trasera aceptable. Consta de dos láminas planas que se

interceptan formando un ángulo α, el cual puede ser mayor o menor que y se alimenta

por un dipolo de aproximadamente media longitud de onda colocado a una distancia (S) del

vértice normalmente sobre la bisectriz.

Los reflectores con ángulos , , pueden ser analizados por el método de la teoría

de imagen, ahora la antena con ángulos intermedios no pueden ser determinados por este

método, sino solo por la teoría geométrica de la difracción.


Figura 1.3. Típica Antena Reflector Esquinado. (Fuente: [14])

Analizando el Reflector Esquinado de , podemos decir que existen tres elementos

imagen 2, 3, 4 colocados como muestra la Figura 1.4 (a).

(a) (b)

Figura 1.4. Reflector Esquinado: (a) con imágenes (b) Onda incidente en el reflector.

(Fuente: [15])

La antena directora 1 y la imagen 3 tienen corrientes de igual magnitud. Las fases de las

corrientes 1 y 4 son iguales, mientras que la fase de las corrientes 2 y 3 también son iguales

pero desfasada relativos a las corrientes en 1 y 4. La forma del patrón de radiación es

función del ángulo del reflector y de la distancia S. Si S excede a 0,5 λ pueden obtenerse

múltiples lóbulos. Este tipo de antena puede constar con elementos directores o parásitos

frente al dipolo aumentando así la directividad y posiblemente la ganancia. El reflector con

este ángulo tiene la propiedad de que la onda que incide es directamente reflejada en la

fuente, como muestra la figura 1.4 (b).


1.2.1 Patrón de radiación

Las antenas están diseñadas, fundamentalmente, para dar una distribución específica de

energía en el espacio en función de los ángulos de dirección espacial, a la vez que se

minimizan las pérdidas y las reflexiones. Esa distribución es expresada por el patrón de

radiación de la antena. La distribución incluye una región de alta intensidad de radiación

para iluminar un objetivo. Las radiaciones fuera de la dirección del haz principal deben ser

severamente restringidas para evitar interferencias con otros sistemas o recibir

interferencias desde otros. El nivel de los lóbulos laterales constituye el parámetro más

delicado del diseño de antenas de haz formado.

El patrón de radiación de la antena se define como la representación gráfica de las

características de radiación en función de la dirección angular. La onda electromagnética

radiada se compone de un campo eléctrico E y uno magnético H, los cuales son

perpendiculares entre sí y a su vez son perpendiculares a la dirección de propagación que es

radial, desde la fuente hacia el infinito [16].

El ancho de haz tiene gran importancia, ya que acorde a este se logra tener la precisión en

la orientación espacial deseada de la antena y el rechazo de las señales fuera de la región. El

ancho angular del haz principal del patrón de radiación de la antena, es caracterizado por el

ancho del haz entre puntos de mitad de potencia (HPBW), que se define como el ancho

angular total entre los dos puntos que están 3 dB debajo del pico del haz principal [17]. El

HPBW es dependiente de la distribución de iluminación en la apertura de la antena y la

dimensión de la apertura en el plano en el cual el patrón es medido. Para la antena Reflector

Esquinado a medida que disminuimos el ángulo del vértice la directividad tiende a

incrementarse, aunque no necesariamente la ganancia, aunque la antena va a crecer en

tamaño y por tanto como la distancia S aumenta se obtendrían más lóbulos en el patrón de

radiación como muestra la Figura 1.5, lo cual no es deseable. Lo ideal sería obtener un

patrón de radiación con un lóbulo único.


Figura 1.5. Patrón de radiación según el valor de S. (Fuente: [14])

1.2.2 Resistencia de radiación

Si la resistencia de pérdida del elemento direccional es cero la resistencia total sería solo la

resistencia de radiación. La variación de la resistencia de radiación total de la antena con

dipolo simple es mostrada en la figura 1.6 en función del espaciamiento S para el reflector

esquinado de [14].

Figura 1.6. Trazado de la resistencia de radiación en Ohm contra el espaciamiento del

dipolo (S) en longitud de onda (λ). (Fuente: [15])

En el análisis anterior se asume que los reflectores son perfectamente conductores y de

extensión infinita, con la excepción que la ganancia con un reflector de conductividad finita

puede ser aproximada con una debida elección de la resistencia de pérdida del elemento

alimentado.


1.2.3 Ganancia

La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada

en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a igualdad de

distancias y potencias entregadas a la antena, considerando la eficiencia de radiación y que

las pérdidas por reflexión son nulas. Matemáticamente se ve en la siguiente expresión:

[

]

(1.1)

Es uno de los parámetros más usados para describir el desempeño de una antena práctica.

Está normalmente dada en decibeles isotrópicos [dBi], ya que representa la ganancia en

comparación con una antena isotrópica, aunque también puede estar expresada en [dBd],

que es la ganancia comparada con una antena dipolo de media longitud de onda. En este

caso, se debe sumar 2,147 para pasar la ganancia de [dBd] a [dBi]. La ganancia de una

antena es la misma, tanto para recibir como para transmitir [18].

1.2.4 Directividad

Dentro de los parámetros fundamentales que se miden en antenas de TDT es la

directividad. La misma es una medida de la concentración de radiación en la dirección de

máxima radiación. A diferencia de la ganancia no depende de la eficiencia de la antena

[15]. Se expresa a través de la ecuación siguiente:

(1.2)

Donde:

: Intensidad de radiación máxima.

: Intensidad de radiación de una fuente isotrópica.

1.2.5 Coeficiente de Radiación Trasera

Es la relación entre la ganancia de la antena en la dirección de máxima radiación y la

ganancia de la antena en cualquier otra dirección comprendida entre 90º y 270º de la

dirección de máxima radiación (Figura 1.7) [16].


Figura 1.7. Representación del Coeficiente de Radiación Trasera. (Fuente: [19])

1.2.6 Impedancia del punto de alimentación

La impedancia de una antena se define como la relación fasorial entre el voltaje y la

corriente en sus terminales de entrada. Dicha impedancia es en general compleja. Desde el

punto de vista circuital, la antena 100% eficiente tiene entre sus terminales una impedancia,

cuya parte real es la resistencia de radiación, y una componente imaginaria reactiva, que

depende del campo cercano que dicha antena genera. Si el sistema de radiación está bien

diseñado, esta componente imaginaria debe ser despreciable con respecto a la parte real

[20].

(1.3)

La resistencia de la antena se puede considerar como la suma de la resistencia de radiación

y la resistencia de pérdidas.

(1.4)

1.2.7 Razón de Onda Estacionaria (ROE)

La razón de onda estacionaria es una medida de las reflexiones ocurridas en el sistema

director de onda (línea de transmisión, guía de onda, etc.) acorde al grado de adaptación de

impedancia de la antena con este. Mientras mayor sea el grado de adaptación, menor

potencia será reflejada y, por lo tanto, mayor cantidad de ésta será irradiada o recibida por

la antena. Un valor de ROE igual a uno implica que la antena está completamente adaptada

y un 100% de la potencia está siendo aprovechada si se desprecian las pérdidas en calor.


En la práctica, un nivel aceptable de adaptación de impedancia se logra en la mayoría de las

aplicaciones con una ROE igual a 2, que equivale a que un 90% de la potencia recibida por

la antena está siendo dirigida hacia el receptor. Por lo tanto se debe tener un valor para la

ROE menor o igual a 2 para considerar a las antenas de TV con un nivel aceptable de

adaptación de impedancia [21].

1.2.8 Parámetros de diseño del Reflector Esquinado

La longitud de los elementos del reflector (R) puede ser igual o mayor que 0,6 λ, así

logramos que la antena irradie muy poco hacia atrás, lográndose una directividad

satisfactoria [13], si la longitud de R es reducida a un valor menor que 0,6 λ, la radiación

hacia los lados y atrás tiende a aumentar y la ganancia disminuye. Cuando R es reducida a

un valor muy pequeño como 0,3 λ, la radiación es poco directiva y el reflector actúa como

un director. Otra dimensión determinante es la distancia que existe entre el vértice de la

antena y el dipolo (S), si S es muy grande aparecen lóbulos segundarios. Se toma como

criterio para el diedro de 900

que 0,25 λ ≤ S ≤ 0,75 λ, pero generalmente se toma hasta

0,5 λ, porque a partir de este valor comienzan a obtenerse lóbulos secundarios en el patrón

de radiación y se pierden las características direccionales deseadas [22]. Por otro lado S

está relacionada con el ángulo del diedro (α=900

o 600

) y el largo del reflector. Se toma

como criterio que el largo del reflector sea L = 2S. La apertura del reflector esquinado

usualmente es 1 λ ≤ D ≤ 2 λ, ver Figura 1.8 [23].

Figura 1.8. Diseño de los parámetros del Reflector Esquinado

Para reducir la resistencia al viento y la cantidad de metal requerido, los reflectores pueden

ser sustituidos por rejillas de alambres paralelos. La distancia entre los elementos


reflectores (G) no debe exceder a 0,2 λ preferiblemente 0,1 λ, las cuales se muestran en la

Figura 1.9.

La alimentación de una antena es la parte más importante de la misma, para la antena

analizada usaremos un dipolo de aproximadamente media longitud de onda, el cual puede

ser doblado o del tipo Mariposa, en este caso, usaremos el dipolo Mariposa, ya que el

mismo nos brinda una máxima flexibilidad en todo el rango de frecuencia de la banda UHF

y aumenta apreciablemente el ancho de banda.

Figura 1.9. Reflector Esquinado con rejillas

1.2.9 Metodología para el diseño de la antena con Reflector Esquinado para la

TDT

Para el diseño se recomiendan los requisitos dados por John D. Kraus en su libro

“Antennas”, el cual propone algunos criterios de diseño prácticos para el caso de la antena

con reflector de rejilla mostrada en la Figura 1.10, destinada a cubrir un determinado ancho

de banda con una ganancia que puede variar entre 11 dBi a 14 dBi, los cuales son: un

espaciamiento S entre el vértice y el dipolo de 0,4 λ; una longitud L de cada plano reflector

de 1,13 λ; la longitud R de cada varilla de 1,2 λ. El espaciamiento centro a centro de las

varillas de los paneles reflectores de 0,092 λ. El diámetro de cada varilla del reflector de

0,015 λ y con un largo del dipolo Mariposa (Bow-Tie) de 0,8 λ a la frecuencia central [21].

Los parámetros anteriores son considerados para la longitud de onda media (λc) en el

centro de la banda de trabajo y para una ganancia de 13 dBi. El ángulo es de 45º en los

vértices de los extremos interiores de cada monopolo Mariposa o Bow-Tie con un doblé de

90º para alimentación con cinta de 300Ω [13].


Figura 1.10. Modelo de diseño propuesto por John D. Kraus. (Fuente: [13])

1.3. Dipolo Mariposa

La alimentación, tanto con dipolo recto o doblado para cubrir la banda de UHF del canal 14

al 52 no resulta conveniente, debido a su ancho banda relativamente estrecho. Por esa razón

se eligió como elemento excitado el dipolo del tipo Mariposa (Bow-Tie), el cual es

prácticamente definido por ángulos, y por tanto es inherente de banda ancha, con todas sus

variantes prácticas posibles, fabricados con chapa o malla. El dipolo Mariposa no irradia

igualmente en todas direcciones. El ancho de banda se incrementa cubriendo toda la banda

UHF. Consiste en dos triángulos que pueden ser confeccionados con lámina de aluminio de

espesor aproximado de 1mm ver la Figura 1.11, o pudiera ser de malla metálica de

aluminio cuyos orificios sean siempre menores a 0,1 λ.

Posee características bastante similares a las de un dipolo del tipo bicónico con propiedades

físicas-eléctricas que le permiten cubrir un buen ancho de banda , una ROE por debajo de 2

con respecto a un alimentador de impedancia 300 Ω y un ángulo de vértice α que puede

variar entre 60º y 80º [24].

Este ángulo juega un papel importante en determinar la impedancia de la antena, lo cual

hay que tener en cuenta para lograr una buena adaptación de impedancia con el objetivo de

reducir al mínimo las pérdidas en el acople de impedancia (ROE) en dependencia de la

línea de bajada al receptor.


Figura 1.11. Dipolo triangular Bow-Tie. (Fuente: [14])

1.4. Elección del tipo de líneas de transmisión a utilizar

Una línea de transmisión es un medio de transmisión con soporte físico, susceptible de

guiar ondas electromagnéticas en modo TEM (modo transversal electromagnético). Un

parámetro que la define comúnmente es su impedancia característica. Ejemplos de líneas de

transmisión son el cable bifilar, el cable coaxial, y líneas planares tales como la stripline, la

microstrip, la CPW y la CPS.

1.4.1 Cable Coaxial

El cable coaxial, es utilizado para transportar señales eléctricas de alta frecuencia, posee

dos conductores concéntricos, el núcleo, y uno exterior, de aspecto tubular llamado malla o

blindaje. Entre ambos se encuentra una capa aislante llamada dieléctrico. Todo el conjunto

suele estar protegido por una cubierta aislante. Poseen una impedancia característica de 50,

52, 75 o 93 Ω, siendo la de 75 Ω la más usual. El cable coaxial no es habitualmente

afectado por interferencias externas, y es capaz de lograr altas velocidades de transmisión

de datos en largas distancias.

La figura 1.12 muestra una vista frontal y lateral de un alimentador coaxial:


Figura 1.12. Flujo de Corrientes en las distintas secciones del coaxial. (Fuente: [25])

No existen pérdidas fuera del conductor interno, evitando de esta manera que surja un

acoplamiento entre la corriente I2 dentro de la malla y la corriente I0 fuera de la malla. La

corriente I2 en el interior de la malla debe ser igual en amplitud pero opuesta en fase a la

corriente I1 en el interior del conductor. De ahí se derivan dos aspectos en el cable coaxial

que necesitamos analizar [26]:

prevenir acoplamiento entre las corrientes I2, I1

mantener la impedancia característica de la línea constante.

Sus principales ecuaciones son [25]:

Constante de Propagación: √ √ (1.5)

Característica de impedancia de la línea coaxial:

⁄

√

⁄

(1.6)

1.4.2 Líneas de microcinta

La tecnología de circuitos impresos de microondas ha avanzado considerablemente, con la

introducción de las líneas de transmisión de microcinta, mostradas en la Figura 1.13, y ha

facilitado el desarrollo de amplificadores y de circuitos de microondas en general.

La línea balanceada consiste de un conductor central, introducido en un material

dieléctrico, o sea un “sándwich” entre dos placas conductoras. La línea desbalanceada

consiste de una tira conductora fina, colocada sobre el material dieléctrico, usualmente

denominado sustrato, el cual se soporta en el fondo por una placa conductora.


Figura 1.13. Líneas de transmisión de microcinta. (Fuente: [20])

En general, las líneas de microcintas son de peso ligero, tamaño pequeño, fácil de fabricar

con técnicas de circuito integrado, y costo eficiente. Su modo principal de operación es el

modo cuasi-TEM, aunque a las frecuencias más altas son evidentes los modos de orden más

altos, incluyendo las ondas superficiales.

Línea de microcintas balanceada (Stripline)

Dos de los parámetros más importantes de cualquier línea de transmisión son la y la

velocidad de fase . Como el modo principal de operación es el TEM.

= ( ⁄ )

⁄ =

⁄

⁄

De modo que, =

⁄

⁄

Si “C” se conoce, se puede hallar (Ver la figura 1.14)

Figura 1.14

La capacitancia total Ct = 2 Cp + 4 Cd (1.7)

Donde

→ capacitancia total/long.

Cp→ capacitancia de las placas paralelas/long (en ausencia del flujo de dispersión).

Cd→ capacitancia de dispersión/long.

Cp = ε (2w)/ (b-t) = 2 (w/b)/ (1-t/b) (1.8)


Por tanto

=

⁄ /Ct= ε/Ct

⁄ = ε/[

⁄ Ct]

⁄

⁄ = 120πε/[

⁄ Ct] (1.9)

⁄ = 120π/ (Ct/ε) = 120πε/ (2Cp+ 4Cd) = 30π/ (w/b/(1-t/b) +Cd/ε) (1.10)

Línea de microcinta desbalanceada (Microstrip)

El rápido crecimiento de la miniaturización de los circuitos de microondas, los cuales son

usualmente estructuras planares, causaron renovar el interés de los diseños de los circuitos

“microstrip”. También, el desarrollo de los materiales con “ ” altas tienden a concentrar

las líneas del campo hacia el conductor central, disminuyendo las pérdidas de radiación, y

simultáneamente reduciendo las dimensiones del circuito total. Este comportamiento, más

las ventajas de conveniencia económica de las técnicas de fabricación de los circuitos

integrados, permiten que los métodos de diseño de las microcintas (microstrip) tengan una

aplicación amplia.

Debido a que la parte superior de la “microstrip” está descubierta, algunas de las líneas del

campo de dispersión estarán en el aire, mientras las otras residen en el sustrato. (Ver la

Figura 1.13). Por tanto, todas las “microstrip” están compuestas de un dieléctrico

homogéneo cuya > , pero con una constante dieléctrica relativa < del sustrato. Ella

se denomina constante “ ”. Como la línea “microstrip” se compone de dos materiales

dieléctricos diferentes (línea no homogénea), no puede soportar modos TEM puros. El

modo de orden más bajo es el cuasi-TEM. A bajas frecuencias, los parámetros

característicos de las líneas de microcintas desbalanceadas pueden encontrarse usando las

siguientes expresiones para wef (0)/h ≤ 1 [27]:

(0) = 60/

⁄ ln8h/ wef(0)+ wef(0)/(4h)] (1.12)

donde = ( +1)/2 + ( -1)/2

⁄ +0,04 (1.13)

Para wef(0)/h > 1:

(0)=120π/

⁄ / /h+1,393+0,667ln[ /h+1,444] (1.14)

donde =( +1)/2+( -1)/2

⁄ (1.15)

Para


w/h≥1/(2π): /h=w/h+1,25t/(πh)[1+ln(2h/t)] (1.16)

Para

w/h < (1/(2π) : /h = w/h + 1,25t/(πh) [ 1 + ln(4πw/t) ] (1.17)

1.4.3 Líneas Coplanares

El término “línea coplanar” es usado en las líneas de transmisión donde todos los

conductores están en el mismo plano, es decir, sobre la superficie del sustrato. Esas líneas

de transmisión incluyen la guía de onda coplanar CPW (Coplanar waveguide) y la línea de

cinta coplanar CPS (Coplanar stripline), (Figura 1.15). Algunas de las ventajas de estas dos

líneas surgen del hecho de que el montaje de componentes (activos o pasivos) ya sea en la

configuración de paralelo o serie es mucho más fácil. También no es necesaria la

perforación de agujeros a través del sustrato para alcanzar el plano de tierra, y la transición

a la línea ranurada es menos engorrosa, permitiendo así una mayor flexibilidad en el uso de

medios de transmisión mixtos. Por consiguiente, las líneas coplanares se utilizan

comúnmente en MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits). Las líneas coplanares

tienen algunas desventajas como los modos parásitos y una capacidad más baja de manejo

de potencia.

Figura 1.15. (a) (b) Guía de onda coplanar (CPW) y (c) Línea de cinta coplanar (CPS).

(Fuente: [28])


Como se muestra en la figura 1.15(a) la CPW consta de dos ranuras cada una de anchura

W, impresas sobre un sustrato dieléctrico. La separación entre las ranuras se denota por S.

A frecuencias más altas, el modo de propagación en la CPW se convierte en no-TEM

porque existe una componente longitudinal del campo magnético. En tal caso, la CPW tiene

un campo magnético polarizado elípticamente en las ranuras de la interfaz de aire-

dieléctrico y se convierte en algo adecuado para los dispositivos de ferrita no recíprocos. La

impedancia característica es determinada por la razón de a/b, lo que hace posible reducir el

tamaño, con la desventaja de que se incrementan las pérdidas mientras menor sean los

valores de a y b (Ver Figura 1.15 (b)).

Una configuración de CPS complementaria a la CPW es mostrada en la figura 1.15(c). La

CPS es una línea de transmisión balanceada comúnmente usada para alimentar dipolos

impresos. Se compone de dos tiras, generalmente de igual anchura W sobre un sustrato

dieléctrico. La separación entre las tiras se denota por S. La CPS también es útil para

transportar señales de circuitos de computadora de alta velocidad [28].

1.5. Balun

Un balun es un circuito que transforma una entrada desbalanceada a salidas balanceadas o

viceversa. Es un transformador de impedancia que puede producir dos niveles de señal

diferentes con una diferencia de fase de . El propósito de un balun es permitir la

conexión de una línea de alimentación desbalanceada a una antena balanceada.

Muchos dispositivos electromagnéticos están integrados con circuitos de baluns que

pueden transformar una forma desbalanceada de línea de transmisión (cable coaxial, línea

de microstrip y CPW) a una forma balanceada de línea de transmisión (Slot línea, stripline

y CPS). Por otra parte, el patrón de radiación de la antena cambia si las corrientes en el

elemento accionado de una antena balanceada no son iguales y opuestas. Debido a eso, las

antenas requieren alimentación balanceada. Además de una simple transición de una línea

de transmisión a otra, un buen balun también puede parar la corriente de radiofrecuencia

(RF) no deseada que fluye en el conductor exterior de un cable coaxial.

Generalmente los baluns se pueden clasificar en activos o pasivos. Los criterios de diseño

son un mejor aislamiento, adaptación de impedancia, transformación balanceada a

desbalanceada y menor interacción de ruido entre puertos. También pueden clasificarse en


dos categorías: a parámetros concentrados y a parámetros distribuidos. Los baluns a

parámetros concentrados se fabrican con inductores y capacitores, se pueden mencionar: el

balun choke o de corriente, balun coaxial, balun bazooka, etc.; estos se emplean para

anchos de bandas estrechos y no proveen transformaciones de impedancias, a diferencia del

balun de ferrita que provee transformaciones de impedancia como 4:1 o 1:4, 1:1, entre

otras, para banda ancha. Los baluns a parámetros distribuidos son los que utilizan

tecnología planar como la microcinta, la CPW (guía de onda coplanar), y la CPS (línea de

cinta coplanar), ejemplo de estos se pueden citar el balun Marchand con transición de

CPW-CPS, balun Doble-Y de CPW a CPS, etc., todos ellos presentan un ancho de banda

satisfactorio [29].

1.5.1 Ejemplos de Baluns

Balun con núcleo de Ferrita

A frecuencias (<100 MHz) la ferrita tiene una alta permeabilidad. A medida que aumenta

la frecuencia, la permeabilidad baja, pero las pérdidas de los campos magnéticos internos se

incrementan. Los baluns de ferrita (Figura 1.16) pueden trabajar durante muchas décadas.

El material de ferrita ofrece alta impedancia a través de la inductancia en las frecuencias

bajas. Cualquier balun con núcleo de ferrita es un diseño de compromiso entre la respuesta

de más baja frecuencia controlada por la cantidad de ferrita y la respuesta de más alta

frecuencia controlada por la longitud de la línea de transmisión.

(a) (b)

Figura 1.16. Baluns transformadores de ferrita: (a) Ejemplo real, (b) Esquema circuital

En un balun transformador la impedancia de salida de modo balanceado es el cuádruple de

la de la entrada del modo desbalanceado. En un devanado con alambre trifilar, la salida


tiene dos veces el número de vueltas en comparación con la entrada, y cada línea de salida

tiene la misma impedancia a tierra a través del transformador [30].

Balun de línea coaxial de media longitud de onda

Pueden ser construidos dispositivos que proporcionan no sólo un equilibrio sino también

transformaciones de impedancia. Uno de tales dispositivos es el balun de coaxial de /2

(Figura 1.17), con una transformación de impedancia de 4:1. La sección en forma de U de

la línea coaxial debe ser /2 de largo [23]. Este balun emplea una línea de media longitud

de onda, esta se conecta entre los dos terminales de la línea balanceada, forzando los

potenciales a tierra para que sean iguales y opuestos a la frecuencia de diseño. Se obtiene

una relación de impedancia balanceada a desbalanceada de 4. El ancho de banda se puede

aumentar mediante la adición de múltiples secciones [31].

Figura 1.17. Balun de media longitud

1.5.2 Balun de Microcinta

Hay una amplia variedad de topologías de baluns de microcinta impresos que tienen la

ventaja de ser de bajo costo, que pueden estar en la placa de circuito impreso (PCB) o en el

sustrato del Circuito Integrado de Microondas (MIC). Ver Anexo 2.

Balun Marchand

Antenas de alta frecuencia suelen utilizar este balun como red de alimentación para lograr

un ancho de banda amplio. La Figura 1.18 muestra los circuitos equivalentes para un balun

Marchand. Estos baluns se implementan generalmente en su segundo o tercer orden

mediante el uso del cable coaxial dentro de una cavidad de metal que controla la

impedancia relativa y la frecuencia central. El ancho de banda de las antenas estándar con

el balun Marchand puede lograr anchos de banda mayores que 9:1, los baluns Marchand


también han sido exitosamente implementados en forma de grabado con la línea de

microcinta como una entrada. Las ventajas de la forma de grabado son: barato y menos

complejo para realizar algunas de las impedancias más altas necesarias en los diferentes

diseños. Sin embargo, el ancho de banda de esta versión grabada no es tan alto como el de

las versiones coaxiales. Estos baluns consisten en líneas de microcinta como líneas de

entrada y ranuras como salida, como se muestra en la Figura 1.18 que se ahusa rápidamente

en una línea de cinta coplanar para una fácil conexión a la antena. El ancho de banda del

balun grabado se puede mejorar con diferentes tipos de estructuras de terminación [28].

Figura 1.18. Balun Marchand y su Circuito equivalente. (Fuente: [28])

Balun Doble-Y

Un balun Doble-Y tiene 6 puertos, de los cuales tres están balanceados, y los otros puertos

están desbalanceados con alteraciones alrededor del centro de la estructura. El balance

puede lograrse desacoplando cada dos puertos opuestos y acoplando los otros cuatro

puertos, donde se descuidan los efectos de la unión. Pares opuestos de líneas equilibradas y

desequilibradas son elegidos para tener coeficientes de reflexión opuestos. Una señal

balanceada se obtiene cuando la señal de entrada en un puerto desbalanceado está

igualmente dividida entre los otros cuatro puertos. En aplicaciones prácticas, el balun

muestra características de paso bajo o incluso pasa banda. El balun Doble-Y es capaz de

alcanzar anchos de banda mayores de 6:1. Sin embargo, tiene pequeñas tolerancias de

grabado y un buen rendimiento de alta frecuencia lo que se puede lograr mediante el uso de

sustratos de alta permitividad [28].


1.6. Conclusiones del capítulo

En el presente capítulo quedaron expuestos los principales parámetros y características de

la TDT en cuanto a la calidad y sus principales ventajas. Además, se dejan claros los

principales parámetros de las antenas, incluyendo los de calidad de la señal, para la

correcta recepción de la TDT. Se definen los diferentes tipos de líneas de transmisión

posibles a usar como el coaxial, la microcinta, observándose las ventajas de cada una sobre

la línea bifilar, la cual ya no se va a comercializar más en Cuba. Se abordan con

profundidad la definición de balun y se propone el uso de distintos tipos, con variadas

tecnologías como propuesta de diseño para el próximo capítulo.

CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN 26

CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN

En este capítulo se hace una breve descripción de las herramientas de software

especializadas en la banda de UHF. Se realiza el diseño y simulación de la antena Reflector

Esquinado Cuadrado y su elemento excitado, el dipolo Mariposa o Bow-Tie, utilizando el

software CST Microwave Studio 2015 para las mismas y el análisis de los parámetros

radioeléctricos fundamentales. También se realiza el diseño de dos baluns de línea de

transmisión de media longitud de onda con tecnologías correspondientes al cable coaxial

RG-6 y tecnología planar como la microcinta respectivamente. Por medio del cálculo y

simulación por software de las mismas tiene como objetivo analizar el comportamiento en

la banda de frecuencias de trabajo. Por último, se proponen algunas características

constructivas para su posterior fabricación.

2.1 Selección y descripción del software de simulación electromagnética a

utilizar

Para el modelado y simulación del diseño de la antena de la Televisión Digital Terrestre y

los baluns correspondientes se utilizaron herramientas del software CST, como son el CST

Microwave Studio 2015 y el CST Design Studio. Estas herramientas estimulan el desarrollo

de tecnologías en las bandas de UHF con una gran variedad de opciones.

2.1.1 CST Microwave Studio

El programa de simulación CST Microwave Studio 2015 (CST-MS) es una herramienta

especializada para la simulación electromagnética en tres dimensiones (3D) basado en el

método de las Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo. Es un programa creado por la

empresa CST (Computer Simulation Technology), que se dedica a proporcionar softwares

para el diseño electromagnético en todas las bandas de frecuencia. Es un paquete completo

para el análisis y diseño de componentes en frecuencia de radio. Dispone de una interfaz

gráfica muy potente, que permite generar todo tipo de superficies y volúmenes, pudiéndose

combinar de forma booleana para generar nuevas formas según convenga. Simplifica el

proceso de creación de estructuras proporcionando un poderoso modelado gráfico de

sólidos. A la hora de diseñar, se definen las unidades en las que se trabajan, MHz para la

frecuencia, así como mm para las dimensiones físicas. El material que se utiliza en el

diseño se puede escoger entre un conductor eléctrico perfecto (PEC) y un material real con


su permitividad y sus pérdidas [32] [33]. Otro aspecto importante es elegir el rango de

frecuencias con el que se trabaja.

Después que el modelo se diseñe, se aplica un procedimiento de mallado completamente

automático antes de que comience la máquina de simulación. Proporciona varias técnicas

de simulación diferentes: estados transitorios, en el dominio de la frecuencia, por

ecuaciones integrales, asintótico, multicapa, lo que lo hace adecuado para muchos tipos de

aplicaciones. El módulo Solucionador Transiente (Transient Solver) es el más utilizado en

la simulación de antenas. Es un simulador electromagnético en 3D de propósito general que

proporciona la propagación del campo bajo estudio en el dominio del tiempo. Es la

herramienta más flexible del programa y permite simular la mayoría de problemas

electromagnéticos.

Una vez elegido el simulador Transient Solver, se pueden definir 2 tipos de puertos:

Waveguide Port y Discrete Port.

Con la utilización del software se encontrarán los diferentes parámetros como son el patrón

de radiación, la impedancia de entrada compleja, la razón de onda estacionaria (ROE), la

ganancia directiva, el coeficiente de radiación trasera, el ángulo de elevación y la

polarización, entre otros, variando las características físico-constructivas de la antena se

obtendrá un método de diseño para la antena utilizada, según los resultados obtenidos [21].

2.1.2 CST Design Studio

Es una de las herramientas del software CST que representa una plataforma universal para

gestionar todo el proceso de diseño de un sistema complejo. Mediante la construcción de

sub-sistemas elementales, el usuario puede analizar el comportamiento del sistema

completo en pequeños segmentos. Debido a que los resultados más recientes se almacenan

por separado para los bloques y las modificaciones generales no intervienen en todos ellos,

el proceso de optimización es muy acelerado y esto hace que se use menos densidad de

mallado y sea más rápida la simulación. Ofrece un editor de diseño esquemático, donde este

puede obtenerse fácilmente mediante la inserción y conexión de componentes de acuerdo a

un modelo físico. Los componentes más importantes son los bloques que implementan el

comportamiento físico de un subsistema elemental. A excepción de algunas tareas básicas


de simulación, un diseño válido requiere la presencia de puertos externos, que representan

las fuentes del sistema, es decir, marcan sus entradas y salidas [34].

2.2 Diseño y simulación de la Antena Reflector Esquinado para la recepción de

la Televisión Digital Terrestre

En la antena Reflector Esquinado los parámetros pueden variar en dependencia de lo que el

diseñador desee lograr. Se elige el reflector con rejilla de alambres paralelos, como se

mencionó en el capítulo anterior. Con este modelo se reduce la cantidad de metal requerido

para su construcción, y disminuye la resistencia al viento. En la simulación de las diferentes

variantes de la antena se utilizó el software utilitario CST Microwave Studio 2015.

2.2.1 Diseño del Reflector Esquinado Cuadrado

En primer lugar se realizó el diseño y cálculo de la antena según los requerimientos

recomendados por Jonh D. Kraus en su libro “Antennas”, el cual propone algunos criterios

prácticos de diseño para el caso de la antena Reflector Esquinado de rejilla mostrados en

los Epígrafes 1.2.8 y 1.2.9.

Los valores calculados en milímetros según las recomendaciones anteriores fueron tomados

con el objetivo de realizar una primera simulación con el software CST-MS para el análisis

posterior de los resultados. Donde queda estructurado el reflector con 27 varillas de

616 mm cada una. L y R son menores en longitudes eléctricas, en las frecuencias más bajas

y trae consigo un decremento de la ganancia. Estos valores son:

S = 205 mm

L = 580 mm

R = 616 mm

G = 47 mm

diámetro de las varillas(d) = 10 mm

ld = 411 mm

En la Figura 2.1 se puede observar el modelo para la posterior simulación.


Figura 2.1. Reflector Esquinado en CST Microwave Studio

2.2.2 Diseño del Dipolo Mariposa

Al realizar el diseño de la antena una parte fundamental del mismo lo constituye su

elemento excitador, el dipolo Mariposa, con él se logra aumentar el ancho de banda,

lográndose un mejor comportamiento de las características de impedancia y radiación para

todo el rango de frecuencia, así como una buena ganancia, además de aumentar el

coeficiente de radiación trasera (F/B). Todo esto se puede lograr mediante la modificación

de distintos parámetros del mismo como son: el ángulo del triángulo, la longitud del dipolo,

el espacio de aire del punto de alimentación y el ángulo de inclinación si es doblado.

No existe una fundamentación teórica concreta hasta el momento para diseñar el dipolo

Mariposa, solo métodos empíricos. Para el desarrollo de antenas del tipo Mariposa se puede

tomar en consideración los experimentos realizados por Brown and Woodward, mostrados

en su artículo “Características de Radiación Determinada Experimentalmente en Antenas

Cónicas y Triangulares”, donde en este último se muestran resultados en la Figura 2.2. En

el artículo se dan a conocer una serie de resultados de gran relevancia, principalmente

aquellos de la impedancia (Z): la parte real resistiva (R) y la parte imaginaria reactiva (X).

Los resultados fueron realizados con monopolos, pero en este caso cabe destacar que los

valores de R y X se multiplican aproximadamente por 2 porque se trata de un dipolo [35].


Figura 2.2. Curvas de Z medidas en el monopolo triangular para diferentes ángulos de

apertura de vértice α: (a) Resistencia, (b) Reactancia. (Fuente: [35])

Se toma como paso inicial en su diseño la longitud propuesta para el dipolo Mariposa de

John D. Kraus como se enuncia en el capítulo anterior, siendo esta ld = 0,8 = 411 mm,

longitud que a medida que se avance en el diseño podrá ir variando para así llegar a un

diseño adecuado en cuanto a ROE, ganancia y F/B. El dipolo puede ser recto o doblado,

tomándose el último por sus mejores resultados en cuanto a la ganancia y la razón de onda

estacionaria, se tomó un criterio para la inclinación de este ángulo (θ) de a . Se ha

comprobado, que a medida que aumenta el ángulo de inclinación, se pierde en ganancia,

además de disminuir la impedancia, el ángulo seleccionado en el diseño es de . El

ángulo del triángulo del dipolo juega un papel fundamental en el desempeño del mismo a la

hora de obtener los principales parámetros por lo que se toma con un valor de . Se deja

un espacio de aire del punto de alimentación de 30 mm, cumpliendo con que no sea mayor

, el cual varía el comportamiento de la ROE y la impedancia del punto de

alimentación, buscando así un buen acople de impedancia con la línea de 300 Ω.

2.2.3 Simulación de la antena Reflector Esquinado

El CST Microwave Studio 2015 permite trabajar con facilidad a la hora de diseñar los

propios modelos, lo que permite comprobar el diseño de estructuras resonantes según los

métodos teóricos correspondientes. Para diseñar un Reflector Esquinado es necesario

utilizar la herramienta Shape para crear cilindros y formas. Definiendo las coordenadas de

los elementos se construirá una antena alimentada por un puerto discreto.


Primeramente se definen las unidades en las que se trabajara, mm para las dimensiones y

MHz para la frecuencia así como las propiedades del espacio indefinido dentro de los

límites pudiendo elegir entre un conductor eléctrico perfecto (PEC) y un material normal

libre de pérdidas, en este caso se trabajara con materiales PEC para hacer el proceso de

simulación más rápido. También se define el rango de frecuencias en el que se quiere

trabajar y las condiciones de los limites ya que el ordenador solo es capaz de calcular

problemas con una extensión finita.

Para la simulación sólo se tomarán en cuenta los resultados más significativos como son los

de la ROE, la ganancia, la (F/B), el patrón de radiación y las pérdidas por retorno.

Comportamiento de la Ganancia y el Coeficiente de Radiación Trasera

Para valorar una parte importante del desempeño de una antena existen dos parámetros

importantes, la ganancia y el coeficiente de radiación trasera (F/B). En la Figura 2.3 (a) y

(b) se muestra su comportamiento para el rango de frecuencia de UHF de 470 a 698 MHz.

(a) (b)

Figura 2.3. Comportamiento de la antena: (a) ganancia de potencia y (b) coeficiente de

radiación trasera o F/B

En la Figura 2.3 (a) se puede observar que la máxima ganancia está en el extremo superior

de la banda 698 MHz, con 14,2 dBi de ganancia de potencia, mientras que en las

frecuencias del extremo inferior y central está entre 10,4 dBi y 11,6 dBi. Queda demostrado

que la ganancia aumenta con la frecuencia, favoreciendo a las más altas y disminuye en las


más bajas. Por lo que se requiere que la máxima ganancia esté en el centro de la banda de

frecuencia.

En la Figura 2.3 (b) se observa que el coeficiente de radiación trasera posee un

comportamiento irregular en gran parte de la banda, donde alcanza valores cercanos a los

20 dB en el centro de la misma.

Comportamiento de la ROE y las Pérdidas por retorno

Para antenas de la TDT un parámetro indispensable es la ROE, cumpliéndose en las

mismas que esta deba alcanzar valores entre 1 y 2. Según los resultados de la simulación se

puede observar en la Figura 2.4 (a) que la ROE alcanza valores por encima de 2 en casi

toda la banda, llegando hasta el valor de 3,5, el cual es considerado crítico en la Televisión

Digital.

Las pérdidas por retorno (Figura 2.4 (b)) en las bajas frecuencias toman un valor por

encima de -10 dB lo que conlleva a una ROE equivalente mayor que 2 como ya se había

mencionado. Por lo que no es recomendable para antenas de TV.

(a) (b)

Figura 2.4. Comportamiento de la antena: (a) ROE y (b) pérdidas por retorno

Comportamiento del Patrón de Radiación

La Figura 2.5 presenta el patrón de radiación de campo lejano en coordenadas polares y en

tres dimensiones, en este último se resalta el valor de la ganancia con colores diferentes, los


cuales son especificados en una barra que a modo de leyenda asigna un valor numérico a

cada uno de ellos.

Figura 2.5. Patrón de radiación en coordenadas polares a 572 MHz (a) Plano Horizontal E,

(b) Plano Vertical H y 3D

Como se observa es un patrón de radiación que presenta máxima radiación en el sentido

positivo del eje “z” y su lóbulo principal está conformado, aunque se puede lograr que sea

aún más directivo.

2.2.4 Análisis del comportamiento de la antena Reflector Esquinado

optimizado

La propuesta anterior recomendada por John D. Kraus resulta tentadora pero costosa y poco

resistente mecánicamente. Además de obtenerse resultados en su simulación que no son los

más recomendados para la TDT. Es por ello que dio lugar a reducir el número de varillas,

aumentando la separación entre ellas, y eliminando la varilla del vértice para una mejor

construcción de la misma (Ver Figura 2.6 (b)) así como dejando también un espacio G


entre estas, lo que hace mucho más fácil la fabricación de la antena economizándose los

recursos. Se fue disminuyendo la longitud de los planos reflectores hasta aproximadamente

1 λ para lograr un acortamiento y tener menor cantidad de varillas, teniendo en cuenta la

longitud de onda en el centro de la banda.

El número de varillas se fue reduciendo hasta quedar en 16, formando parte de cada plano

reflector 8 varillas y como compensación se incrementaron las longitudes de las mismas a

700 mm para favorecer las frecuencias más bajas. Se incrementó el espacio entre las

varillas a 64 mm.

Se incrementó el espaciamiento ente el reflector y el dipolo Mariposa (S) a 0,5 λ, se escogió

este valor, ya que a partir del mismo se comienzan a obtener lóbulos secundarios, sin

embargo, en las simulaciones realizadas, este valor no muestra casi lóbulos secundarios en

el patrón de radiación comparado con 0,4 λ. Es importante resaltar que a medida que se

incrementa S, la parte resistiva de la impedancia del punto de alimentación de la antena y la

ganancia aumentan debido a que se debilita el acoplamiento electromagnético entre el

dipolo y el reflector.

A la hora de optimizar la antena, el dipolo Mariposa ocupa una parte importante en la

misma. Se escogió variar el ángulo del triángulo a , lográndose un aumento en la

ganancia, la impedancia, la F/B y se fueron variando los valores para la longitud del dipolo

hasta hallar una relación de compromiso entre la ganancia y los demás parámetros. Se

utiliza la herramienta Blend del software para hacer una ligera modificación a las esquinas

del triángulo del dipolo, los bordes redondeados, que permite mayor facilidad para la

colocación de un borde de goma o plástico para cubrir los cortes filosos que pueden

producir accidentes, observándose con este cambio mejores resultados de los principales

parámetros en la simulación.

Estas elecciones se realizan de acuerdo a lo que se quiera lograr en el diseño que se muestra

en la Figura 2.6. Si mejora el comportamiento de un parámetro, el otro puede empeorar.

Quedaría a elección del diseñador lo que desea sacrificar. También es necesario comprobar

cómo se comportan los diferentes parámetros para el ancho de banda completo, porque

puede pasar que el que ofrece mejores resultados en la ROE, los valores de (F/B) y la


ganancia no son los más adecuados para la banda de frecuencia de trabajo. Estos valores se

muestran a continuación:

S = 257 mm

L = 580 mm

R = 700 mm

G = 64 mm

diámetro de las varillas(d) = 10 mm

ld = 370 mm

(a) (b)

Figura 2.6. Antena Reflector Esquinado optimizada: (a) vista frontal, (b) vista lateral

Los parámetros como la ROE, la F/B, las pérdidas por retorno y el patrón de radiación

mejoran con estos cambios. La ganancia máxima posee un decremento de 1,6 dBi con

relación al modelo original. Según la Figura 2.7 (a), la ganancia posee el valor máximo de

12,6 dBi en el centro de la banda y decrece en los extremos hasta 10,2 dBi en las

frecuencias inferiores de UHF.

El coeficiente de radiación trasera es 28,2 dB máximo en la frecuencia inferior y disminuye

en una parte muy pequeña en el centro de la banda hasta 19,5 dB, lo que no se encuentra

entre los valores recomendables para la TDT, mayores de 20 dB, pero es un valor asequible

y no muy por debajo del valor establecido, ver Figura 2.7 (b).


(a) (b)

Figura 2.7. Comportamiento de la antena optimizada: (a) ganancia de potencia y (b) F/B

La ROE presenta una gran mejoría por debajo de 1,55 en toda la banda, específicamente en

las frecuencias más bajas, y valores por debajo de 1,3 en las más altas, lo que es un

resultado muy favorable para una antena de la TDT, se puede observar el comportamiento

en la Figura 2.8 (a).

Las pérdidas por retorno se encuentran por encima de -28 dB en toda la banda, alcanzando

un valor máximo de -13,3 dB en las bajas frecuencias, mostrando su mejor comportamiento

en los 560 MHz. La ROE posee valores por debajo de 2 en toda la banda lo cual representa

un buen desempeño. (Figura 2.8 (b))

(a) (b)

Figura 2.8. Antena Reflector Esquinado optimizada: (a) ROE y (b) pérdidas por retorno

El patrón de radiación muestra un comportamiento esperado, su lóbulo primario que

alcanza su máximo orientado en el eje Z con una excelente concentración de la energía


hacia la parte frontal de la antena hace que el diseño tenga una buena directividad, con

lóbulos traseros pequeños.

En la figura 2.9 se muestran los patrones de radiación en coordenadas polares dividido en el

plano horizontal (Plano E), plano Vertical H y 3D en la frecuencia inicial del canal 31 en

572 MHz, adyacente al canal 32, con el objetivo de realizar una comparación en la práctica

con el patrón de radiación medido evitando la interferencia producida por el propio canal

32 de la TDT de Santa Clara.

Figura 2.9. Patrón de radiación en coordenadas polares a 572 MHz (a) Plano Horizontal E,

(b) Plano Vertical H y 3D

2.3 Baluns

Para la realización de los diseños de los baluns se tuvo en cuenta todo lo relacionado con su

teoría expuesta en el Capítulo 1. Los mismos a pesar de estar diseñados para una frecuencia

central de operación, pueden mantener buen desempeño en toda la banda de UHF de TV.


Los baluns de líneas de transmisión son muy utilizados en antenas de TV de fabricantes

bien reconocidos.

2.3.1 Diseño y análisis del balun de línea de transmisión de λ/2 con cable

coaxial

El software CST Microwave Studio fue la herramienta escogida para el diseño y simulación

del balun de línea de /2 con cable coaxial, ver Figura 2.10.

Figura 2.10. Balun de línea de λ/2 con cable coaxial

Se comenzó usando una herramienta proporcionada por el software CST Microwave Studio

muy útil para realizar el diseño de diversas estructuras, específicamente en este caso la del

cable coaxial, esta herramienta es Impedance Calculation, ver Figura 2.11. La misma

permite ir variando los parámetros fundamentales del cable coaxial hasta que se logre la

mayor exactitud con los del coaxial del tipo RG-6 de 75 Ω, que es el que se va a usar en la

construcción del balun posteriormente. Una vez logrados estos parámetros entonces esta

herramienta genera por sí sola las variables a usar en la simulación.

Se toma un = 1,45 debido a que la velocidad de propagación ( ) es 0,83 según el

fabricante y la siguiente ecuación:

=

√ (2.1)

Para la realización del balun se tuvo en cuenta la ecuación siguiente para una línea de

transmisión de /2:

√ (2.2)


Considerando la longitud se tuvo en cuenta las siguientes variables que fueron

generadas como parámetros constructivos con la herramienta Impedance Calculation.

Epsilon_r ( )= 1,45

Length = 213mm

InnerDiameter = 1,02

OuterDiameter = 4,57

OuterCondutorThickness = 0,457

Ang = 180

Figura 2.11. Herramienta de cálculo Impedance Calculation

Mediante la simulación del diseño se obtuvieron resultados satisfactorios de acuerdo a lo

que se desea lograr con este balun. Estos resultados se muestran en la Figura 2.12.

La ROE alcanza valores entre 1 y 2 en casi toda la banda, excepto en un pequeño tramo en

las altas frecuencias en el que toma un valor de 2,18 el cual es aceptable.

Las pérdidas por retorno se encuentran entre los -44,7 dB y -8,5 dB lo que hace que la ROE

posea valores muy acertados para la Televisión Digital Terrestre.


(a) (b)

Figura 2.12. Comportamiento del balun de coaxial propuesto: (a) ROE y (b) pérdidas por

retorno

2.3.2 Diseño y análisis del balun de línea de λ/2 con microcinta

La línea de microcinta se compone de una línea plana y estrecha encima de un plano de

tierra, ambos separados por un sustrato como material dieléctrico. La impedancia

característica de la línea depende de la anchura de la línea, junto con la altura y la constante

dieléctrica del sustrato [28]. La impedancia característica de la línea de microcinta se define

en las ecuaciones abordadas en el Epígrafe 1.4.2.

Figura 2.13. Balun media longitud de onda con microcinta

Para el diseño del balun de microcinta (Figura 2.13) se usó también la herramienta

Impedance Calculation proporcionada por el software CST-MS, (Figura 2.14). La misma


permite mejorar los parámetros fundamentales de la línea para un mejor desempeño del

diseño propuesto, que es el que se va a usar en la construcción del balun posteriormente.

Una vez logrados estos parámetros entonces esta herramienta genera por sí sola las

variables a usar en la simulación, las cuales son:

Epsilon_r = 4,3

Length = 146,5

SubstrateHeight = 1,6

TraceWidth = 1,3

TraceThickness = 0,035

GroundThickness = 0,035

SubstrateWidth = 11,6

Figura 2.14. Herramienta de cálculo Impedance Calculation

Mediante la simulación del diseño se obtuvieron resultados satisfactorios, los cuales se

muestran en la figura 2.15.


En la misma se puede observar una ROE por debajo de 1,7 en casi la totalidad de la banda,

excepto en las frecuencias a partir de 675 MHz que toma valores por encima, pero menores

que 2, que es lo que se requiere para la TDT.

Las pérdidas por retorno alcanzan valores por debajo de los -10 dB en toda la banda.

(a) (b)

Figura 2.15. Comportamiento del balun de microcinta propuesto: (a) ROE y (b) pérdidas

por retorno

2.3.3 Análisis del comportamiento de los baluns propuestos

Balun de línea coaxial de media longitud de onda con la Antena Reflector Esquinado

Una vez obtenidos el diseño y los resultados de las simulaciones de la antena Reflector

Esquinado y de los baluns de línea de λ/2 con cable coaxial y microcinta en CST-MS, se

usa CST Design Studio herramienta que se encuentra en el paquete de CST Studio Suite

2015 mencionada en el Epígrafe 2.1.2, se selecciona la opción Schematic y cada elemento

se convierte en un bloque independiente, los cuales se unen mediante un conector. (Figuras

2.16 y 2.18), después se obtienen los resultados de los parámetros de mayor interés del

nuevo diseño integrado, pero ahora como un elemento.


Figura 2.16. Antena Reflector Esquinado con balun de media longitud de onda de coaxial

acoplado

Como se observa se obtuvieron buenos resultados, la ROE alcanza un valor máximo de 1,9,

estando por debajo de 2 en toda la banda, que es lo requerido por la TDT como se ha estado

mencionando anteriormente, ver la Figura 2.17 (a). Las pérdidas por retorno alcanzan su

mejor comportamiento a los 547 MHz con un valor de -31,56 dB, por debajo de los -10 dB.

(Ver la Figura 2.17 (b)).

(a) (b)

Figura 2.17. Comportamiento de la antena con el balun de coaxial acoplado: (a) ROE

y (b) pérdidas por retorno

Balun de línea de media longitud de onda con microcinta con la Antena Reflector

Esquinado


Figura 2.18. Antena Reflector Esquinado con balun de media longitud de onda de

microcinta acoplado

Al analizar las gráficas de la Figura 2.19 se observa el buen desempeño en cuanto a ROE y

pérdidas por retorno de la antena Reflector Esquinado con el balun de microcinta acoplado,

alcanzándose una ROE por debajo de 2, tomando como valores más altos 1,73 y 1.81 a las

frecuencias de 470 y 698 MHz respectivamente.

Los valores de pérdidas por retorno se mantienen por debajo de los -10 dB en toda la

banda.

(a) (b)

Figura 2.19. Comportamiento de la antena con el balun de microcinta acoplado: (a) ROE

y (b) pérdidas por retorno

2.4 Materiales utilizados y descripciones técnicas

El modelo del prototipo de la antena Reflector Esquinado propuesto, en el futuro puede

tener gran aceptación en el mercado nacional. Los materiales para llevar a cabo la

realización de la misma se encuentran disponibles. Se cuenta con la tecnología para la


realización de una producción masiva de antenas Reflector Esquinado, lo que sería una

excelente opción para nuestro país en el caso de ser realizada.

Figura 2.20. Modelo de la antena para propósitos comerciales: despiece de la antena

2.5 Conclusiones del capítulo

En el capítulo se realizó el diseño, el modelado y la simulación de la antena Reflector

Esquinado Cuadrado clásico y optimizado, además de dos baluns de línea de media

longitud de onda de coaxial y de microcinta, empleando el software CST Microwave

Studio 2015. Se analizaron los parámetros fundamentales de cada diseño de la antena, y se

demuestra que la antena clásica no tiene los mejores resultados, y la optimizada sí, además

de estar construida con menos elementos, lo que reduce considerablemente su costo al

hacer el prototipo. Según los resultados de las simulaciones la antena Reflector Esquinado

posee ganancia relativamente alta y debe ser destinada para localidades lejanas que reciben

la señal de la TDT en canales de UHF. También por su capacidad de recepción se puede

utilizar como antena colectiva donde se requiere la entrega de altos niveles de señal en una

misma edificación. Por último se exponen características constructivas que dan lugar a la

fabricación de los prototipos que serán objetos de mediciones y validaciones en el siguiente

capítulo.

RESULTADOS Y ANÁLISIS 46

CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y ANÁLISIS

El presente capítulo presenta todas las mediciones realizadas con los modelos reales

propuestos, con las que se realizarán comparaciones y análisis de los resultados con el

prototipo de la antena Reflector Esquinado con los baluns de línea coaxial y de microcinta

para la banda de UHF de la TDT.

3.1 Descripción técnica del equipamiento utilizado en las mediciones

Los instrumentos y accesorios empleados se muestran en el Anexo III y se describen a

continuación. Estos instrumentos son utilizados en el Laboratorio de I+D de la Empresa de

Antenas de Villa Clara y que estuvieron disponibles para realizar las mediciones

experimentales de los prototipos.

3.1.1 Analizador de Espectro

Para la realización de las mediciones se utilizaron dos tipos de analizadores de espectro:

El analizador de espectro HAMEG HM5014-2 se utilizó como generador de señal. Posee

un margen de frecuencia de salida 150 KHz hasta 1050 MHz, y niveles de potencia de

salida desde -50 dBm hasta 1 dBm. Se utiliza principalmente para generar una señal

sinusoidal de 0 dBm en frecuencias dentro de las bandas de la TDT, que junto con la

incorporación de una antena transmisora, tiene como objetivo la generación de la señal de

referencia que es utilizada para realizar mediciones de parámetros típicos de las antenas.

El analizador de espectro DEVISER DSA-8853T es de última generación y fue utilizado

para medir las pérdidas por retorno, potencia recibida y conformado del patrón de radiación

[36].

Se empleó como accesorio principal el Puente de Medición de pérdidas por retorno

RLB150N5A con un rango de frecuencia de 5-3000 MHz, cable RG-6 de 75 Ω, un

Adaptador de Impedancia de 75 Ω a 50 Ω con una atenuación de 5,7 dB y un balun con

adaptación de impedancia de 300 Ω a 75 Ω.

3.1.2 Analizador de Televisión

El Analizador de TV S7000 permite medir parámetros característicos de la TDT como son:

la potencia y niveles de la señal, relación señal a ruido, MER, BER, constelación de la


modulación digital y el espectro del canal. El mismo opera tanto con señales analógicas

como digitales y presenta un puerto USB que permite la extracción de datos. Posibilita

monitorear la señal en tiempo real y propicia los 12 V de corriente directa utilizado para el

modulo activo [37].

3.1.3 Antenas de referencia para mediciones

La antena ARE 001 es una Antena de Reflector Esquinado utilizada como una referencia, la

cual tiene características similares al prototipo fabricado, con la diferencia que posee un

ancho mayor, pues su uso está destinado para mediciones en toda la banda de UHF de la

TV desde el canal 14 al 69. Esta antena posee el Reflector de malla con orificios menores

de 1 cm, el cual brinda la posibilidad de la generación de un patrón de radiación de potencia

bien uniforme con carencia de lóbulos laterales, lo que la convierte en una antena de gran

utilidad para las mediciones.

La antena VZENIT UHF es comercializada por TELEVES y es utilizada especialmente

para recepción de la TV. Es una antena híbrida compuesta por un Reflector Esquinado y

dos Uda-Yagi verticalmente apiladas, de ganancia relativamente alta en toda la banda de

TV (con ganancia promedio de 15 dBi). Por su alta ganancia es utilizada en sistemas

MATV (Master Antena TV), donde se requiere la recepción de suficiente nivel señal para

su distribución hacia varios TV o STB en edificios multifamiliares. Las antenas VZENIT

UHF han sido introducidas al país a través de cubanos residentes en España, donde radica

la Empresa TELEVES [38].

3.2 Mediciones de parámetros radioeléctricos de los prototipos de antenas

Las imágenes mostradas en la figura 3.1 pertenecen al prototipo de antena realizado en la

Empresa de Antenas de Villa Clara.

En la misma se muestra dos versiones del prototipo preparado para efectuar mediciones,

que incluyen los baluns diseñados, los cuales se muestran en la Figura 3.2.


(a) (b)

Figura 3.1. Prototipo de Antena Reflector Esquinado optimizado, (a) con balun de línea

coaxial de λ/2, (b) con balun de microcinta

(a) (b)

Figura 3.2. Baluns construidos: (a) balun de línea coaxial de λ/2, (b) balun de microcinta

3.2.1 ROE y Pérdidas por Retorno medidas

Las pérdidas por retorno de las antenas realizadas se midieron empleando un puente de

pérdidas por retorno y el analizador de espectro DEVISER DSA8853-T, manteniendo la

configuración establecida en el sistema de la Figura 3.3.


Figura 3.3. Esquema del sistema para mediciones de pérdidas por retorno: (a) con balun

de cable coaxial de λ/2 y (b) con balun de microcinta

Estas mediciones se realizaron en un espacio abierto con el objetivo de reducir el error

debido a la influencia de las ondas reflejadas en los objetos cercanos. En las siguientes

imágenes (Figura 3.4. a y b) se muestran los resultados obtenidos con el instrumento de

medición de las pérdidas por retorno.


Figura 3.4. Mediciones de pérdidas por retorno con el Analizador de Espectro DSA8853-T:

(a) con balun de cable coaxial de λ/2 y (b) con balun de microcinta

Algunos instrumentos como el analizador de espectro DSA8853T no miden la ROE

directamente y en su lugar solo ofrecen lecturas de las pérdidas por retorno. Es por ello que

para calcular la ROE de la antena se determina el módulo del coeficiente de reflexión | | a

partir de la medición de las pérdidas por retorno ( ) a través de las siguientes ecuaciones:

[dB] (3.1)

| |

(3.2)

VSWR | |

| | (3.3)

Las lecturas de las pérdidas por retorno ofrecidas por el analizador de espectro DSA8853T

y las simulaciones en CST-MS generan un listado de valores en función de la frecuencia.

Utilizando MATLAB se muestran en una misma gráfica, a modo de comparación en la

Figura 3.5, los valores de ROE medidas y simuladas en la antena. La antena con las dos

variantes de baluns posee buen desempeño en cuanto a la adaptación de impedancia en las

bandas de frecuencia para la cual fueron diseñadas debido a que poseen una ROE< 2.


Figura 3.5. Comparación gráfica entre ROE medida y simulada: (a) con balun de cable

coaxial de λ/2 y (b) con balun de microcinta

3.2.2 Medición de la Ganancia

Para determinar la ganancia de la antena se empleó el esquema de la Figura 3.6. Se midió

con un analizador de espectro DEVISER DSA 8853T la potencia recibida desde otro

analizador de espectro HAMEG HM HM5014-2 utilizado como generador a través de su

puerto tracking con 0 dBm de salida en las frecuencias 470 MHz, 572 MHz y 698 MHz en

la banda de UHF de la TDT.


Figura 3.6. Esquema empleado para mediciones de antenas: (a) con sistemas de

acoplamiento de 50Ω a 300Ω y (b) con sistema de 50 Ω a 75 Ω

Las mediciones fueron realizadas con una separación de 7 metros entre la antena

transmisora y la receptora, cumpliendo con la distancia requerida para el campo lejano

(Far-field) o Zona de Fraunhofer,

en el cual no existe distorsión entre los

objetos distantes con respecto a las antenas bajo pruebas, por ser el campo cercano

despreciable [39].

La relación entre la ganancia de dos antenas, una transmitiendo a la otra con visibilidad

directa, puede ser determinada a partir de la ecuación de Friis:

(3.4)

La ganancia tanto de la antena transmisora como la receptora son las variables de la

ecuación. La potencia del transmisor, la frecuencia y la distancia son conocidas mientras

que la potencia en el receptor puede ser medida, así como las pérdidas del sistema. Luego

los valores conocidos pueden ser sustituidos por una constante genérica k.

Con una combinación de tres antenas es posible determinar la ganancia de cada una de

estas a partir de un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas, donde las antenas que

participan en el sistema de mediciones son [40]:


Ant. N° 1: Antena Híbrida (Reflector Esquinado y Uda-Yagi) TELEVÉS VZENIT.

Ant. N° 2: Antena de Reflector Esquinado con malla ARE 001.

Ant. N° 3: Antena de Reflector Esquinado prototipo con varillas.

Los escenarios se muestran a continuación con las ecuaciones correspondientes, y se

muestran en el Anexo VI las diferentes combinaciones de cada una de las antenas en el

terreno de mediciones.

Escenario N° 1: Ant. N° 1 Transmisora y Ant. N° 2 Receptora

Figura 3.7. Esquema para la determinación de la ecuación 1

- (3.5)



- (3.6)




- (3.7)

Las pérdidas del sistema L (pérdidas en los cables, conectores y adaptadores), que se

muestran a continuación, pertenecen a cada frecuencia seleccionada dentro del escenario de

mediciones:

L (470 MHz) = 2,8 dB

L (572 MHz) = 3,9 dB

L (698 MHz) = 4,5 dB

La Tabla 3.1 muestra los valores de ganancia medida y simulada obtenida para cada una de

las antenas. Los cálculos para las ganancias reales fueron realizados haciendo uso del

software de apoyo matemático MATLAB, obteniendo los siguientes resultados para cada

frecuencia de la banda de UHF de la TDT.

Tabla 3.1. Valores de ganancia para simulada y medida de las antenas para frecuencias

de la banda de UHF para la TDT

Ganancia Medida (dBi) Ganancia Simulada (dBi)

Frecuencia (MHz) 470 572 698 470 572 698

Híbrida de TELEVÉS 9,9 12,1 12,6 - - -

ARE 001 con malla 11,2 10,7 9,2 - - -

Prototipo con varillas 9,4 12,0 10,7 10,2 12,13 11,4

Como se puede apreciar los valores de las ganancias tanto simuladas como medidas son

muy similares, dándose la mayor diferencia en los 470 MHz, con aproximadamente 1 dBi,

proporcionando estos resultados una validación correcta del prototipo construido.


3.2.3 Medición del Ángulo de Apertura, Directividad y Coeficiente de

Radiación Trasera

La directividad puede ser estimada a partir de los ángulos de apertura o de -3 dB de la

antena para los Planos E y H. En antenas donde el máximo se encuentra en el ángulo θ=0°

se puede determinar a partir de la directividad en los Planos E y H a través de las siguientes

ecuaciones:

(3.8)

(3.9)

Para determinar el ángulo de -3 dB se empleó el mismo esquema de la Figura 3.5. El

sistema transmisor conformado por el analizador de espectro HAMEG HM5014-2 utilizado

como generador de potencia 0 dBm y la antena Reflector Esquinado con malla ARE 001

radia una señal en diferentes frecuencia de la banda de UHF de la TDT (470MHz, 572

MHz y 698 MHz) que determinan las frecuencias de extremo y central. La antena de prueba

se colocó en un mástil giratorio graduado en ángulos (Ver Anexo VII) y con un punto de

máxima recepción que coincide con la antena transmisora. Se normalizaron las potencias

recibida en cada frecuencia girando el mástil donde la potencia cae en -3 dB y se tomaron

los valores de los ángulos estimados en ambas posiciones: con polarización horizontal y

vertical.

En la Figura 3.10 se muestra el valor de directividad a partir del ángulo de apertura de

-3 dB de la antena.

Figura 3.10. Directividad en función del ángulo de apertura de -3 dB. (Fuente: [40])

En la siguiente Tabla se muestran algunos parámetros medidos como son: ángulos de -3 dB

en el Plano E y H, la directividad y el coeficiente de radiación trasera. El coeficiente de


radiación trasera (F/B) está determinado a partir de la razón de la potencia medida entre el

punto de máxima recepción de 0° y el punto opuesto de 180°.

Tabla 3.2 Valores Simulados y medidos de Ángulos de Apertura, Directividad y

Coeficiente de Radiación Trasera (F/B) en la antena Reflector Esquinado prototipo en

frecuencias de UHF de la TDT

Áng. -3 dB (Plano

E)

Áng. -3 dB

(Plano H)

Directividad

(dBi) F/B (dB)

Frecuenci

a (MHz) 470 572 698 470 572

69

8 470 572 698 470 572 698

Simulada 49,9

°

37,4

°

52,8

°

59,7

°

46,5

°

36

°

10,

2

12,

1

11,

4

28,

2

19,5

3

22,

2

Medida 52° 36° 54° 60° 44° 35

°

10,

3

11,

4

11,

1

24,

3

19,5 22,

1

Al observar la tabla, se comprueban buenos resultados en las mediciones realizadas, los

cuales se aproximan en gran medida a los obtenidos mediante la simulación. Los valores de

Ángulos de Apertura son los que más diferencias poseen, pero estas no son tan notables,

mientras que los resultados de los parámetros como la directividad y la F/B son excelentes.

3.2.4 Medición del Patrón de radiación

Para la medición del patrón de radiación se tomó solo en consideración el correspondiente a

la frecuencia de 572 MHz seleccionada como centro de la banda de UHF de la TDT. Se

realizó la medición en el Plano E con polarización horizontal y en el Plano H con

polarización vertical utilizando el esquema mostrado en la Figura 3.6. El prototipo bajo

prueba se colocó sobre un mástil giratorio de 5 m con base graduada con resolución de 10º

(Ver Anexo VII) y a 7 m de distancia de la antena transmisora de Reflector Esquinado

ARE 001. Se fue girando gradualmente el mástil y se fue tomando los valores de potencia

recibida para cada ángulo hasta completar los 360°. Estos valores fueron normalizados y

colocados los ejes de coordenadas polares representados en la Figura 3.11 junto al patrón

de radiación con ambas polarizaciones ofrecidas por la simulación en la frecuencia de 572

MHz.


Figura 3.11. Comparación gráfica entre los Patrones de Radiación en el Plano E y Plano H

simulado y medido: (a) Plano E en 572 MHz y (b) Plano H en 572 MHz

Las variaciones en todas las mediciones anteriores son debidas a la influencia de las señales

multitrayecto que se suman con la señal directa proveniente de la antena transmisora y que

se reflejan desde el suelo. Las mediciones anteriores se recomiendan realizarlas en una

Cámara Anecóica con paredes absorbentes que simula las condiciones ideales de espacio


libre. Aun así se cumplió satisfactoriamente en cada caso con todas las especificaciones y

sugerencias de las bibliografías citadas sobre el tema para los escenarios de mediciones

realizadas.

3.3 Mediciones de señal en zonas de baja cobertura

Las mediciones de señal en zonas de baja cobertura se realizaron en la provincia de Villa

Clara donde se encuentra ubicada la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas y la

Empresa de Antenas V.C. Las localidades escogidas para las mediciones de la señal de la

TDT fueron los poblados de Cifuentes, Sagua la Grande e Isabela de Sagua en la provincia

de Villa Clara solamente, debido a la poca disponibilidad de transportación hacia otras

localidades. Por otro lado, se escogieron estos sitios debido a que su recorrido es por la

misma carretera y está comprendida dentro de la zona de baja cobertura según los mapas de

intensidad de campo simulado en el software EMLAB enviada por la empresa

RADIOCUBA. Los mapas representan el comportamiento de la intensidad de campo

eléctrico en el terreno de la provincia de Villa Clara a 10 m de altura sobre el suelo. Estos

indican como zonas de baja cobertura o con posibles dificultades para la recepción las que

están en blanco. Para el caso del Canal 32 de HD, en 581 MHz, los valores deben estar

como mínimo en 54 dBµV/m. En la Figura 3.12 se muestra el mapa de cobertura de

intensidad de campo correspondiente al canal 32 de Alta Definición (HD) de la ciudad de

Santa Clara con frecuencia central en 581 MHz y que transmite con una potencia de 1 kW.

Se decide realizar pruebas en este canal, por estar cerca del centro de la banda de UHF para

la TDT y es uno de los canales de mayor aceptación por parte de la población en toda la

provincia [21].

Se puede notar el recorrido realizado comprendido dentro de la zona en blanco comenzando

en Santa Clara, pasando por Cifuentes y Sagua La Grande hasta la costa norte, terminando

en Isabela de Sagua cerca de la Playa Uvero. A medida que se alejaba el vehículo del

transmisor la potencia recibida se iba atenuando gradualmente, por lo que en estas

localidades pueden existir dificultades para la recepción del canal 32 de HD de Santa Clara.


Figura 3.12. Zonas de coberturas del transmisor DTMB de canal 32 HD Santa Clara.

(Fuente: Radio Cuba)

3.3.1 Validación de las antenas exteriores a través de los parámetros de

calidad de la recepción de la TDT en zonas de baja cobertura de la

provincia de Villa Clara

A continuación se muestran los resultados de las mediciones realizadas con el analizador de

TDT S7000 en diferentes localidades del territorio dentro de la provincia de Villa Clara,

tomando como referencia los transmisores de la TDT de mayor importancia. En la Figura

3.13 se muestra el esquema para las mediciones realizadas en el terreno.


Figura 3.13. Esquema del sistema para mediciones de parámetros de calidad de la recepción

de la TDT

Las mediciones se realizaron en Sagua La Grande e Isabela de Sagua, debido a la lejanía de

la misma con respecto al transmisor con el fin de analizar el comportamiento de las antenas

exteriores a una distancia del transmisor aproximada de 40 km. El objetivo es mantener al

menos los niveles a un margen permisible por encima de -70 dBm, considerado como el

umbral de recepción señalado y también por el analizador de TV. Los resultados de las

mediciones de parámetros de calidad de la TDT se muestran en la Tabla 3.3. También en el

Anexo VIII se muestran algunas imágenes ofrecidas por el Analizador de TV S7000.

Tabla 3.3. Mediciones de parámetros de calidad realizadas con la antena prototipo en

algunas localidades de Villa Clara en 581 MHz

Prototipo con balun de

microcinta

Prototipo con balun de línea de cable

coaxial de λ/2

Pot.

(dBm)

MER

(dB) BER* Pot. (dBm) MER (dB) BER*

Cifuentes -53,8 >30 -55,3 >30

S. La

Grande -64,3 25,2 -63,7 25,8

I. de Sagua -67,2 23,7 -66,8 24,2

*La Razón de Error de Bit (BER) indica fallo en la recepción y debe siempre estar por

debajo de . Es decir, solo puede haber como máximo un bit erróneo cada 100 000 bit

decodificados por el receptor de lo contrario la imagen se “pixela”.

Las mediciones anteriores con la antena prototipo fueron realizadas con el balun de PCB

incorporado del tipo microcinta y con el balun de línea de cable coaxial de λ/2. Los

resultados obtenidos justifican la utilización de la antena en lugares relativamente alejados

del transmisor, fundamentalmente aquellos que transmiten en UHF. Según los parámetros

medidos y ofrecidos por la antena Reflector Esquinado, estos son aceptables en todos los


poblados por lo que constituye una solución para la recepción del canal 32 de HD en estas

localidades.

3.4 Valoración Económica

El costo económico luego de fabricar la antena Reflector Esquinado Cuadrado asciende en

su totalidad a 14 CUC, y para la fabricación de balun de microcinta 0,45 CUC teniendo en

cuenta el costo del material FR-4 empleado. Muchos de los componentes o materiales de la

antena no presentan un valor monetario apreciable ya que son en este caso materiales

reciclados. El costo total para la fabricación de la antena y los baluns es de $ 14,45 CUC.

3.5 Conclusiones del capítulo

En el capítulo se presentaron los prototipos de la antena propuesta y los baluns. Se

realizaron las mediciones reales de la misma con el equipamiento requerido y se

compararon con los valores obtenidos en las simulaciones, en cuanto a ROE y pérdidas por

retorno se demuestran mejores resultados con el balun de línea de coaxial, aunque con el de

microcinta se obtienen buenos resultados y este constituye una propuesta muy ventajosa al

ser de menor tamaño y fácil instalación. En las validaciones los resultados obtenidos en las

mediciones de parámetros de calidad de la TDT con la antena Reflector Esquinado

presentaron una buena recepción en los municipios seleccionados para pruebas.

CONCLUSIONES 62

CONCLUSIONES

1. La antena Reflector Esquinado Cuadrado constituye una propuesta muy ventajosa

para la recepción de la TDT, por su relativa alta ganancia con valores por encima de

los 10 dBi, ancho de banda satisfactorio, bajo nivel de lóbulos laterales y

coeficiente de radiación trasera por encima de los 20 dB; cumpliendo así con todos

los parámetros requeridos para medir la calidad de la señal.

2. Se realizó un diseño de una antena de Reflector Esquinado Cuadrado con dipolo

Mariposa; a partir de su acople a través de un balun se simuló con el software

obteniéndose muy buenos resultados, se demostró que el software CST Microwave

Studio 2015 facilita el análisis de los modelos diseñados, siendo una poderosa

herramienta de trabajo.

3. A través de la simulación se obtuvieron resultados satisfactorios, demostrándose

que la antena diseñada es una mejor propuesta que la clásica, con una ROE de 1,6,

pérdidas por retorno por debajo de -10 dB, una ganancia de 10,2 dBi; 12,13 dBi y

11,4 dBi para las frecuencias 470, 572 y 698 respectivamente, un patrón de

radiación directivo y con lóbulos laterales pequeños.

4. Luego de construidos los prototipos y como resultado de las validaciones a través

de parámetros de calidad en la recepción de la señal de la TDT se determinó que la

antena Reflector Esquinado posee un comportamiento destacable en lugares muy

alejados del transmisor donde la potencia recibida es relativamente baja o cercana

al umbral de recepción. A través del análisis de los resultados se demostró que el

balun de línea coaxial presenta mejores resultados que el balun de microcinta,

aunque este último constituye una propuesta muy ventajosa por ser de tamaño

pequeño y fácil instalación.

RECOMENDACIONES 63

RECOMENDACIONES

Con el objetivo de dar seguimiento al presente trabajo se proponen las siguientes

recomendaciones:

1. Validar la propuesta de diseño planteada con otros softwares de simulación de

antenas.

2. Realizar nuevos diseños teniendo en cuenta los resultados prácticos alcanzados y la

confrontación con otros métodos tomando como punto de partida el método de

Kraus.

3. Que el presente trabajo sirva como fuente de estudio e información para estudiantes

de esta Facultad, debido a que presenta información sobre la teoría y el diseño de

antenas Reflector Esquinado y del dipolo Mariposa, así como de la utilización de

baluns.

4. Que los diseños propuestos sean utilizados como referencia por la Industria cubana

para la fabricación de antenas para la recepción de la TDT en Cuba.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 64

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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ANEXOS 67

ANEXOS

Anexo I. Tabla I: Indicadores de recepción de la señal en receptores de TV

Rango de niveles según UIT-R BT.2035-2 Indicador según UIT-R BT.2035-2

>-15dBm Muy intenso

-15dBm>nivel>-28dBm Intenso

-28dBm>nivel>-53dBm Moderado

<-68dBm Débil

Anexo II. Ejemplos de baluns de microcinta

ANEXOS 68

Anexo III. Instrumentos de medición

ANEXOS 69

Anexo IV. Antenas de referencia para mediciones

Antena ARE 001

Antena TELVES VZENIT UHF

ANEXOS 70

Anexo V. Mediciones de ROE y Pérdidas por retorno

Código para la comparación de la ROE simulada y medida de la antena en MATLAB

frec=input('rango de frecuencias ');

roesim=input('roe simulada ');

a=input('perdidas por retorno medidas ');

roemed=vswr(10.^(-a./20));

plot(frec,roesim,'r',frec,roemed, ':')

legend('ROE Simulada','ROE Medida')

xlabel('Frecuencia (MHz)');

ylabel('ROE');

grid;

axis([470,572,698]);

hold on

Medición de Pérdidas por retorno

Calibración de los instrumentos Medición con la antena prototipo

ANEXOS 71

Anexo VI. Medición de Ganancia mediante el Método de las tres antenas

Ant. N° 1 Transmisora y Ant. N° 2 Receptora en el terreno de mediciones


ANEXOS 72


Anexo VII. Medición del Patrón de radiación

Mástil giratorio con una escala graduada en su base

ANEXOS 73

Plano E con Polarización Horizontal

Plano H con Polarización Vertical

ANEXOS 74

Anexo VIII. Mediciones en zonas de baja cobertura

Mediciones de señal de TDT en Cifuentes

Mediciones con balun de línea de cable Mediciones con balun de microcinta

coaxial de λ/2

ANEXOS 75

Mediciones de señal de TDT en Sagua la Grande


coaxial de λ/2

ANEXOS 76

Mediciones de señal de TDT en Isabela de Sagua


coaxial de λ/2

Documents

Antena Reflector Esquinado con adaptador desbalanceado