Practica 1 Antenas Pro

7/27/2019 Practica 1 Antenas Pro

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Marco TericoExisten cuatro clases de propagacin:

Directa Por reflexin.

Por difraccin.

Por refraccin.

La directa es la que ms interesa. Es la que se representa por el tpico de hasta donde

alcanza la vista. Sin embargo, tambin se puede captar la seal de TV, si tiene

suficiente intensidad y no la falsean los obstculos, por la propagacin reflejada en un

obstculo.

TIPOS DE POLARIZACION DE UNA ANTENA

De acuerdo a la definicin estndar de la IEEE para antenas, la polarizacin de una

onda radiada se define como aquella propiedad de una onda electromagntica que

describe en la direccin variante con el tiempo y la magnitud relativa del vector campo

elctrico; especficamente, la figura trazada como una funcin del tiempo por la

extremidad del vector en una localizacin fija en el espacio y el sentido en el cual se

traza, cuando se observa a lo largo de la direccin de propagacin.

La polarizacin puede ser clasificada en 3 categoras: lineal, circular y elptica. Si el

vector que describe el campo elctrico en un punto en el espacio como una funcin de

tiempo est dirigido a lo largo de una lnea la cual es normal a la direccin de

propagacin, se dice entonces que el campo elctrico esta linealmente polarizado, en

general; sin embargo, si la figura que el campo elctrico traza es una elipse, se dice que

el campo esta elpticamente polarizado; las polarizacin lineal y circular son casos

especiales de la polarizacin elptica y pueden obtenerse cuando la elipse llega a ser

una lnea recta o un circulo, respectivamente.


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Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente polarizada, si es un

crculo circularmente polarizada y si, por ltimo la figura trazada es una elipse se

denomina elpticamente polarizada.

Se produce una polarizacin lineal cuando las fases de dos componentes ortogonales

del campo elctrico difieren un mltiplo entero de p radianes. Se produce polarizacin

circular cuando las amplitudes son iguales y la diferencia de fase entre las

componentes es p/2 o 3p/2. La polarizacin es elptica en los dems casos.

Cualquier onda se puede descomponer en dos polarizaciones lineales ortogonales, sin

ms que proyectar el campo elctrico sobre vectores unitarios orientados segn dichas

direcciones. Aplicando el mismo principio, cualquier onda se puede descomponer endos ondas polarizadas circularmente a derechas o izquierdas.

ANTENA MONOPOLO.

Una antena monopolo es la mitad de una antena dipolo, casi siempre montado sobre

una especie de plano de tierra. El caso de un monopolo de longitud L montada sobre

un infinito plano de tierra se muestra en la figura 1.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ortogonalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vector_unitariohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vector_unitariohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ortogonal


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Figura 1.- Monopolo montado sobre un plano de tierra, y su equivalente en espacio libre.

Usando la teora de la imagen, los campos por encima del plano de tierra se puede

encontrar utilizando el equivalente fuente(antena) en el espacio libre como se muestra

en la figura de la derecha. Esto es simplemente una antena de dipolo del doble de

longitud. Los campos por encima del plano de tierra de las dos figuras son idnticos,

que se conocen y se presenta en el dipolo. Los campos por debajo del plano de tierra

en la figura de la izquierda son cero.

El patrn de radiacin de los monopolos por encima de un plano de tierra tambin son

conocidos por el resultado de dipolo. El nico cambio que hay que tener en cuenta es

que la impedancia de un monopolo es la mitad de la de una antena de dipolo

completo.

Los monopolos son la mitad del tamao de sus homlogos dipolo, y por lo tanto son

atractivos cuando una antena ms pequea es necesaria. Antenas de telfonos

celulares viejos eran tpicamente monopolos, con un plano de masa infinito

aproximada por una pequea placa de metal por debajo de la antena.

En la prctica, los monopolos se utilizan en los planos de tierra de tamao finito. Esto

afecta a las propiedades de las antenas monopolo. La de una antena monopolo es

mnimamente afectada por una placa de masa finita de tamao en todo el monopolo.

Sin embargo, el patrn de radiacin para el monopolo se encuentra fuertemente

afectado por un plano de tierra de tamao finito. El patrn de radiacin resultante

irradia en un sesgada la direccin, lejos del plano horizontal. Un ejemplo del

diagrama de radiacin durante un cuarto de longitud de onda monopolo antena


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(orientado en la direccin +z direccin) en un plano de tierra con un dimetro de 3

longitudes de onda se muestra en la figura 2:

Figura 2.- Diagrama de radiacin para un cuarto de longitud de onda para monopolo.

Habr que tener en cuenta que el patrn de radiacin resultante es an

omnidireccional. Sin embrago, la direccin de mxima radiacin ha cambiado desde el

plano xy a un ngulo de elevacin de ese plano. En general, el gran plano del suelo es,

la menor esta direccin de mxima radiacin, como el plano del suelo enfoques

tamao infinito, la radiacin el patrn se acerca a un mximo en el plano xy.

ADAPTACION O ACOPLAMIENTO DE ANTENAS.

Cuando la antena no est adaptada al circuito de entrada de antena del receptor se

introducen prdidas porque la seal resulta reflejada en el enchufe de entrada. Para

obtener una transferencia ptima de la seal entre la antena y el receptor, las

impedancias de antena y de lnea de alimentacin deben ser aproximadamente iguales

a la impedancia de entrada de antena del receptor. Sin embargo, en la mayora de los

casos la impedancia de entrada del receptor no aparece especificada y hay que

encontrar por tanteo la transferencia ptima de la seal. Pese a todo, cierta falta de

adaptacin es admisible y las impedancias de entrada del receptor no suelen ser muy

crticas.


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No obstante, una adaptacin ptima puede constituir una excelente ayuda, como

podr descubrir si procediera a construir una unidad de adaptacin como el

sintonizador de antena.

EQUIPO Y MATERIAL Plano de tierra. Generador de radiofrecuencias. Detector de corriente y voltaje. Detector de radiacin. 2 varillas del nmero 21. 1 varilla del nmero 13. 1 varilla del nmero 4. 1 caja de accesorios. 1 transportador de 360 1 copete capacitivo del nmero 20.

DESCRIPCION DEL EQUIPO

Plano de Tierra:

La mayora de las antenas verticales (figura 3), y en nuestro caso un monopolo

necesitamos un plano de tierra. Un ejemplo clsico es el techo de un automvil.

Similarmente el plano de tierra utilizado, est hecho de lmina galvanizada.

Este contiene une perilla de control en la parte frontal que acta como

sintonizador. La potencia emitida por el generador de radiofrecuencias se

transporta mediante un cable coaxial de cierta especificacin. En la parte

central superior del plano, se encuentran 2 conectores para colocar la varilla o

algn otro objeto a analizar.


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Figura 3.- Plano tierra que se encuentra en el laboratorio.

Generador de Radiofrecuencia:

Los generadores de radio-frecuencia son instrumentos que producen seales

semejantes a las del radio, para verificar el equipo de transmisin y recepcin

de la comunicacin por este mismo medio. En nuestro caso este generador

contaba con un indicador analgico para observar la potencia emitida, ya sea

incidente o la reflejada (forward, reverse). Este aparato deba de estar

prendido, para que los detectores de voltaje-corriente y radiacin pudieran

cargarse y funcionar de manera independiente.

Figura 4.- Generador de radiofrecuencia.


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Detectores (Voltaje-Corriente, Radiacin):

Son de sujecin manual, previamente cargados a travs del generador de radio

frecuencia.

Para el caso de Voltaje-Corriente el detector cuenta con una tira de indicadores

(leds) que se encienden cuando localizan un nivel alto de energa.

Acta como una sonda de campo elctrico y magntico (cantidades anlogas a

Voltaje y Corriente respectivamente).

En el detector de radiacin, podemos observar que contiene 2 bornes en los

costados, para montar las varillas que nos ayudaran a detectar la radiacin.

Sabremos que existe radiacin auxilindonos de un foco, que se apagara

cuando los campos prcticamente se han disipado por completo.

Figura 5.- Detectores de radicacin y corriente-voltaje de manera cualitativa.


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Caja de accesorios:Esta caja est conformada por distintos componentes, entre los cuales se

encuentran.

1 pila de 1.5 V.

Alambre en espiral con terminacin en banana-banana.

Juntas para unin de varillas.

Seguros para sujetar las varillas.

Separadores.

Transportador.

Flexmetro, etc.

Figura 6.- Caja de accesorios proporcionada para cada practica.

Esta caja se nos proporciona en cada prctica con el nico fin de cubrir

cualquier necesidad que nos demanden los experimentos y poder realizarlos

con las menores restricciones posibles.

Antenas (varillas):

Los mostradores adjuntos a las paredes de laboratorio nos muestran un amplio

repertorio de varillas de distintos dimetros, longitudes y formas. Para esta

prctica se utilizaron principalmente las varillas de 50cm y otra que a lo largo

tena conectados en serie algunos focos para indicarnos la presencia de onda

estacionaria en diversos puntos de la antena.


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Figura 7.- Estuche con varillas que estn en las paredes del laboratorio.

ACOPLAMIENTOS

Acoplamiento A:

I. Verificar que el demostrador de antenas est apagado (switch off), elcontrol de potencia de salida de Radio frecuencia deber estar apagado

y colocar el interruptor de conmutacin del Wattmetro en la posicin

Reverse (Reflejada).

II. Colocar el elemento de estudio en las terminales del plano de tierra.

III. Encender el generador de RF (switch on) y ajustar el control de potencia

con el Wattmetro en la posicin Reverse a 0.300 Watts (300 mWatts).

IV. Ajustar el acoplador a minima potencia reflejada (menor a 300 mWatts)

por medio de la perilla localizada en el plano de tierra (al frente).

V. Colocar el interruptor de conmutacin del Wattmetro a potencia

Incidente (Forward) y ajustar el control de potencia de salida para dar

0.500 Watts.

VI. Finalmente el demostrador queda ajustado a mnima potencia reflejada

y mxima potencia incidente (0.5 Watts) y se encuentra en condiciones

de operacin adecuada.


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VII. No sobrepasar los anteriores niveles de potencia.

VIII. Estos pasos deben seguirse para cada elemento que se estudie y se

coloque en el plano de tierra.

Acoplamiento B:

I. Verificar que el demostrador de antenas est apagado (switch off), el

control de potencia de salida de Radio frecuencia deber estar apagado

y colocar el interruptor de conmutacin del Wattmetro en la posicin

Forward (Incidente).

II. Colocar el elemento de estudio en las terminales del plano de tierra.

III. Observar que la perilla del plano de tierra est en 5.

IV. Encender el generador de RF (switch on) y ajustar el control de potencia

con el Wattmetro en la posicin Directa a 0.500 Watts (500 mWatts).

V. Colocar el interruptor de conmutacin del Wattmetro a potencia

Reflejada (Reverse) y ajustar el control de potencia de salida para dar 0

Watts.

VI. Colocar el lector de corriente en la varilla del plano de tierra.

VII. Ajustar la perilla del plano de tierra tal que el medidor de corriente

muestre un mximo.

VIII. Colocar el interruptor de conmutacin del Wattmetro a potencia

Incidente (Forward) y ajustar el control de potencia de salida para dar

0.500 Watts.

IX. Finalmente el demostrador queda ajustado a mnima potencia reflejada

y mxima potencia incidente (0.5 Watts) y se encuentra en condiciones

de operacin adecuada.X. No sobrepasar los anteriores niveles de potencia.

XI. Estos pasos deben seguirse para cada elemento que se estudie y se

coloque en el plano de tierra.

DESARROLLO DE LA PRCTICA


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Para elegir el tipo de acoplamiento que se utiliz en los siguientes experimentos

se han tomado mediciones 3 mediciones por acoplamiento que se muestran en

la siguiente tabla:

Tabla I.- Valores de las mediciones que se tomaron para el experimento A y B.

Nombre AA AB ngulo Distancia(m) Observaciones

Sal X 0 2.20 Regular

X 35 2.57 Excelente

Jess X 30 2.58 Excelente

X 270 2.78 Excelente

Eduardo X 180 1.40 Regular

X 320 3.00 Excelente

De acuerdo con la tabla, se observa que el acoplamiento tipo B es con el que se

detecta una corriente a mayor distancia, por ende, se ha tomado la decisin de

elegir este acoplamiento para poder realizar los experimentos posteriores.

Experimento 1

a) Armar el acoplamiento elegido anteriormente con la varilla 13.

b) Deteccin de Voltaje en corriente en los puntos indicados, una vez obteniendo

valores, se graficara V I

Corriente bajo Corriente Arriba Voltaje bajo Voltaje Alto5 0 1 5

4 0 1 4

4 0 2 5

4 0 1.5 5

4-5 0 1-1.5 5


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c) Deteccin de radiacin en 4 grados distintos y uno donde se traslape con otra

mesa.

Nombre AB ngulo Distancia

(m)

Potencia

Incidente

Potencia

Reflejada

Plano

tierra

Corriente Voltaje

Eduardo X 45 2.65 0.5 W 0 W 7 5 1

Sal X 20 3.22 0.5 W 0 W 11 4 1

Jess X 320 1.91 0.5 W 0 W 11 4 2

Eduardo X 170 1.75 0.5 W 0 W 11 4 1.5

Sal Traslape 150 2.41 0.5 W 0 W 1.5-3.5 4-5 1-1.5

d) Observaciones

Se pudo observar con el detector de corriente y voltaje como es que vara la

distribucin de carga a lo largo de la varilla mostrando que cuando el voltaje

alcanza su mximo la corriente estar en su mnimo.

Tambin mediante el detector de radiacin se pudo observar que la radiacin

emitida no tiene el mismo alcance en todas direcciones.

Experimento 2

a) Armar el acoplamiento elegido anteriormente con la varilla 4.

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6

Corriente

[A]

Voltaje [V]

Voltaje vs Corriente

I baja, V bajo

I alta, V alto


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Corriente bajo Corriente Arriba Voltaje bajo Voltaje Alto

5 0 1 54 0 1 5

5 0 1.5 5

4 0 1.5 4

5-5 0 1-1 5


mesa.


(m)

Potencia

Incidente

Potencia

Reflejada

Plano

tierra

Corriente Voltaje

Jess X 270 2.65 0.5 W 0 W 1.5 5 1Eduardo X 300 3.22 0.5 W 0 W 11 4 1

Sal X 0 1.91 0.5 W 0 W 1.5 5 1.5

Jess X 340 1.75 0.5 W 0 W 2 4 1.5

Eduardo Traslape 180 2.41 0.5 W 0 W 1.5-3.5 5-5 1-1

d) Observaciones

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6

Corriente

[A]

Voltaje [V]


I baja, V alto

I alta, V alta


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Se pudo observar con el detector de corriente y voltaje como es que vara la

distribucin de carga a lo largo de la varilla mostrando que cuando el voltaje

alcanza su mximo la corriente estar en su mnimo.

Tambin mediante el detector de radiacin se pudo observar que la radiacin

emitida no tiene el mismo alcance en todas direcciones.

Experimento 3

a) Armar el acoplamiento elegido anteriormente con la varilla 13 y colocarle el

copete capacitivo.




1 1 1 1

2 2 1 1

2 2 1 1

1 1 1 1

1-1 1-1 1-1 1-1


mesa.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Corrie

nte

[A]

Voltaje [V]


I baja, V bajo

I alta, V alto


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(m)

Potencia

Incidente

Potencia

Reflejada

Plano

tierra

Corriente Voltaje

Sal X 330 3.6 0.5 W 0 W 1 1 1

Jess X 300 1.56 0.5 W 0 W 1.5 2 1

Eduardo X 250 2.12 0.5 W 0 W 1.5 2 1Sal X 60 1.81 0.5 W 0 W 1 1 1

Jess Traslape 180 2.43 0.5 W 0 W 1-1 1-1 1-1

d) Observaciones

Al usar el copete capacitivo, esto provoco que la distribucin de V y I a lo largo de

la varilla fuera uniforme. En la parte superior del copete capacitivo se presentaba

una mnima radiacin de fuga.

Experimento 4

a) Armar el acoplamiento elegido anteriormente con la varilla 4 y colocarle el

copete capacitivo.




1 1 1 1

2 2 1 1

2 2 1 1

1 1 1 1

1-1 1-1 1-1 1-1


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El conocimiento del equipo de laboratorio nos es de primordial ayuda a

nosotros como estudiantes de los fenmenos de radiacin. Con ellos nos

basamos para realizar mediciones y analizar cmo se distribuyen los

campos en un elemento radiador. De lo contrario, simplemente losconocimientos adquiridos en la teora, no los podramos ver ni entender

al momento de realizar cada una de las practicas.

Un buen acoplamiento al momento de realizar mediciones, es el que nos

proporcionara una mayor distancia entre la antena analizada y el

detector de radiacin. En nuestro caso en especfico, el acoplamiento

utilizado fue el B. Aunque se debe tomar en cuenta las variaciones que se

pueden dar por ciertas condiciones del equipo que se est ocupando. De

igual forma hay que tener en cuenta que la radiacin de las antenas no es

la misma para diferentes ngulos.

Como cualquier elemento que es sometido a campos elctricos y

magnticos, la antena presenta onda estacionaria a lo largo de la misma,

que fue detectada en forma de voltaje y corriente (cantidades anlogas a

los campos antes mencionados). Al momento de colocar el copete

capacitivo, la distribucin de estas cantidades fue uniforme y, por tanto

los focos detectores encendieron con la misma intensidad.

BIBLIOGRAFIA

http://www.antenna-theory.com/spanish/antena.php
http://www.antenna-theory.com/spanish/antena.phphttp://www.antenna-theory.com/spanish/antena.phphttp://www.antenna-theory.com/spanish/antena.phphttp://www.antenna-theory.com/spanish/antena.php

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