guia de laboratorio curso dtr-3 antenas

8/17/2019 Guia de Laboratorio CURSO DTR-3 ANTENAS

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CURSO DTR -3

ANTENAS

TEORÍA Y EXPERIMENTOS DE LABORATORIO

DEGEM ® SYSTEM S


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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

Copyright © 2007 by I.T.E. Innovative Technologies in Education.Todos los derechos reservados. Este libro o cualquiera de sus partes no deben reproducirseninguna forma sin el permiso escrito previo de I.T.E.

Esta publicación esta basada en la metodología exclusiva de Degem Systems Ltd.

Con el interés de mejorar sus productos, los circuitos, sus componentes y los valores de est pueden modificarse en cualquier momento sin notificación previa.

Primera edición en español impresa en: 022 7

Cat. No. 903267 2130 (Sp, Degem, Uni).


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CONTENIDO

CURSO DTR-3 .......................................................................................................... 1

ANTENAS ................................................................................................................. 1

TEORÍA Y EXPERIMENTOS DE LABORATORIO .............................................................. 1

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 6

ÁREAS DE ESTUDIO Y EXPERIMENTACIÓN ......................................................... 7

PRESTACIONES ....................................................................................................... 8

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ............................................................................. 9 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO ................................................................................. 10 Generador RF:................................................................................................................................................ Generador de tonos: .................................... ..................................... .................................... .......................... Acoplador direccional: ...................................... ..................................... .................................... .................... Stub de adaptación: ................................ ................................... .................................... ................................. Goniómetro: .................................... ..................................... .................................... ..................................... . Conjunto detector:.......................................................................................................................................... Mástil y pedestal de la antena coaxial (Transmisor) ........................................ .................................... ..........12

Mástil del conjunto detector (Receptor): .................................. ..................................... .................................1

ANTENAS: CONCEPTOS BÁSICOS ...................................................................... 15

MECANISMO DE LA RADIACIÓN Y EVOLUCIÓN DEL DIPOLO .......................... 17

RELACIÓN DE ONDA ESTACIONARIA (ROE) ...................................................... 19

ACOPLADOR DIRECCIONAL ................................................................................ 20

ADAPTACIÓN DE ANTENA ................................................................................... 21

CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES DE LAS ANTENAS .................................... 23 RESISTENCIA DE RADIACIÓN ............................................................... ................................... ................ MODELO DE RADIACIÓN ........................................................... .................................... .......................... DIAGRAMAS POLARES............................................. .................................... .................................... ......... ÁNGULO DE APERTURA Y GANANCIA DEL LÓBULO PRINCIPAL ..................................................24


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POSICIÓN Y MAGNITUD DE LOS LÓBULOS LATERALES....................................... ...........................25 ANCHO DE BANDA ................................... ..................................... .................................... ......................... RELACIÓN F/E (FRENTE/ESPALDA) DE LAS POTENCIAS RADIADAS .............................................26 APERTURA / ÁREA DE CAPTURA.............................................. .................................... ........................... POLARIZACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO ................................................................ ...........................27

EXPERIMENTO 1: CONFIGURACIÓN, PUESTA EN MARCHA, YVERIFICACIONES DE FUNCIONAMIENTO. .......................................................... 28

Dipolos simples: ............................................................................................................... 2

EXPERIMENTO 2: ANTENA "SIMPLE DIPOLE /2" (DIPOLO SIMPLE /2). ........ 30

EXPERIMENTO 3: ANTENA "SIMPLE DIPOLE /4" (DIPOLO SIMPLE /4). ........ 33

EXPERIMENTO 4: ANTENA "FOLDED DIPOLE /2" (DIPOLO PLEGADO /2). .. 34

EXPERIMENTO 5: PRUEBA DE POLARIZACIÓN. ................................................ 36

EXPERIMENTO 6: PRUEBA DE MODULACIÓN. ................................................... 37

EXPERIMENTO 7: VARIACIÓN DE LA POTENCIA DE RADIACIÓN A UNADISTANCIA DE LA ANTENA. ................................................................................. 38

EXPERIMENTO 8: USO DEL ADAPTADOR DE IMPEDANCIA STUB. .................. 39

EXPERIMENTO 9: TEOREMA DE RECIPROCIDAD DE LAS ANTENAS. ............. 40

EXPERIMENTO 10: MEDICIÓN DEL ROE ............................................................. 41

EXPERIMENTO 11: SENSOR DE CORRIENTE DE LA ANTENA .......................... 42

EXPERIMENTO 12: ANTENA "YAGI UDA 5 ELEMENT FOLDED DIPOLE" ( YAGIUDA 5 ELEMENTOS DIPOLO PLEGADO). ........................................................... 44

EXPERIMENTO 13: ANTENA "YAGI UDA 3 ELEMENT FOLDED DIPOLE" (YAGIUDA 3 ELEMENTOS DIPOLO PLEGADO). ............................................................ 46

EXPERIMENTO 14: ANTENA "YAGI UDA 5 ELEMENT SIMPLE DIPOLE" (YAGIUDA 5 ELEMENTOS DIPOLO SIMPLE). ................................................................ 47

EXPERIMENTO 15: ANTENA "YAGI UDA 7 ELEMENT SIMPLE DIPOLE" (YAGIUDA 7 ELEMENTOS DIPOLO SIMPLE). ................................................................ 48


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EXPERIMENTO 16: " /2 PHASE ARRAY " (SISTEMA DE RADIACIÓNLONGITUDINAL DE FASE /2). .............................................................................. 49

EXPERIMENTO 17: " / 4 PHASE ARRAY" (SISTEMA DE FASE /4). .................. 51

EXPERIMENTO 18: ANTENA "CUT PARABOLOID REFLECTOR" ( PARABÓLICAREFLECTOR). ......................................................................................................... 53

EXPERIMENTO 19: ANTENA "LOG PERIODIC" (PERIÓDICA LOGARÍTMICA). . 54

EXPERIMENTO 20: ANTENA "HELIX" (HELICOIDAL). ........................................ 56

EXPERIMENTO 21: ANTENA "LOOP" (EN BUCLE). ............................................ 58

EXPERIMENTOS OPCIONALES ............................................................................ 59

EXPERIMENTO 22: ANTENA "RHOMBUS" (ROMBAL). ....................................... 60

EXPERIMENTO 23: "COMBINED COLLINEAR ARRAY" (ARREGLO DE ANTENACOLINEAL COMBINADO). ..................................................................................... 61

EXPERIMENTO 24: "BROAD SIDE ARRAY" (SISTEMA DE RADIACIÓNTRANSVERSAL). .................................................................................................... 62

EXPERIMENTO 25: ANTENA "SLOT" (DE RANURA). .......................................... 63 EXPERIMENTO 26: ANTENA "GROUND PLANE" (PLANO DE TIERRA). ........... 65

EXPERIMENTO 27: ANTENA "ZEPPELIN". .......................................................... 67

EXPERIMENTO 28: ANTENA "HERTZ". ................................................................ 69

PROCEDIMIENTO PARA NORMALIZAR LAS LECTURAS: .................................. 70

CARTA PARA LA CONVERSIÓN DEμ A A DBμ A. ................................................ 71

ACCESORIOS A ENVIAR CON EL EQUIPO DTR-3............................................... 72


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INTRODUCCIÓN

El entrenador de antenasDT-3 de DEGEM es un conjunto experimental para que losestudiantes puedan aprender acerca de las características de las diferentes antenas. Eentrenador esta diseñado para que los estudiantes puedan tomar las lecturas y trazar lo

gráficos polares por sí mismos, y así poder comprender el tema en estudio. En caso dnecesidad los estudiantes podrán detener o repetir el experimento, y tomar sus lecturas.Todas las antenas están hechas con varillas altamente conductoras con acabado de cromo parsu mayor durabilidad, y montado en vidrio de epoxy PCB para que sea más fácil su armadodesarmado.

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Áreas de estudio y experimentación Trazado polar y polarización de distintos tipos de antenas. Modulación y demodulación de onda Ganancia de una antena Ángulo de radiación de una antena. Estudio del elemento de corriente. Estudio del elemento de corriente. Estudio de la Relación F/E (frente/espalda). Adaptación de antenas. Medición de la relación de onda estacionaria ROE o SWR (por sus siglas en inglés). Radiación de la antena con la distancia.


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PRESTACIONES

Equipo de entrenamiento autónomo, simple, y fácil de usar para el estudiante. Bajo costo. Configuración práctica para la medición de patrones de trazado de radiación para 20

antenas distintas. Generadores de tono y RF incorporados. Stub para adaptación de antenas incorporadas. Características de antenas y mediciones del ROE. Observación de los niveles de recepción y transmisión en los instrumentos de medición

integrados. Bloque funcional indicado en el panel de simulación. Fuente de alimentación CC incorporado. Teoría y experimentos de laboratorio totalmente documentado, y cartas polares con cad

entrenador. “Equipo de antena” para fabricar una antena especial. Diseño compacto. Liviano.


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ESPECIFICACIONES TÉCNICASGenerador RF: 750 MHz aprox (Incorporado y ajustable con visor de

lectura de nivel)Generador de tonos: 1KHz aprox. (Incorporado con ajuste de nivel para

modulación)Acoplador direccional: Directo e Inverso (Incorporado y seleccionable)Stub de adaptación: Stub corredizoRotación de la antena: 0- 360 grados, resolución 1 grado de transmisor y receptor

con los mástiles suministradosAntena receptora: Dipolo plegable con reflectorVisor Detector: Incorporado con nivel de medición ajustableFuente de alimentación: 220V ±10%, 50HzConsumo de potencia: 3 VA (aprox)Interconexiones: 4 mm conectores bananaDimensiones (unidadprincipal):

520 x 300 x 120 mm

Peso: 2.8 Kg aprox


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DESCRIPCIÓN DEL EQUIPOEl equipo de entrenamiento consiste de: Unidad principal, caja de accesorios que contiene laantenas, conjunto del detector, antena montada en mástiles y otros accesorios.La unidad principal esta diseñada para usar en un escritorio, incluye una impresión en la partsuperior que muestra el diagrama de simulación del entrenador. Ver figura 1.La unidad principal consiste de:1. Fuente de alimentación Incorporada.2. Generador RF3. Generador de tonos4. Acoplador direccional5. Stub de adaptación6. Goniómetro (Con escala circular graduado en grados para la rotación de la antena)

Fig.1


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Generador RF: Entrega una señal de prueba para alimenta las antenas bajo prueba. El generador RF operaprox. a una frecuencia de 750 MHz La razón es por el tamaño reducido de las antenas. Emayor es la frecuencia, el más pequeño es el tamaño de las antenas y el tamaño del equipo dentrenamiento en su conjunto. Esto da la ventaja de un funcionamiento del sistema máóptimo para el trabajo en un escritorio experimental de un laboratorio escolar.Las prestaciones del generador RF son las siguientes:1. Botón de nivel de potencia de salida ajustable.2. Medios para adaptar diferentes cargas.3. Modulación de entrada (AM) la cual se puede usar con el generador de tonos

incorporado.4. Capacidad para mantener en forma indefinida salidas desadaptadas (en corto o circuit

abierto). En casos extremos el generador detiene las oscilaciones y se engancha para s protección. La operación normal se restaura poniendo la perilla a cero o apagando lfuente de alimentación, y otra vez encender la fuente.

Generador de tonos: Suministra una amplitud de onda senoidal ajustable (aprox 2vpp, 1 khz) para modulación degenerador de RF.

Acoplador direccional: Permite realizar mediciones separadas de flujo de potencia de la onda progresiva (degenerador a la antena) y de la onda reflejada (de la antena al generador). Se utiliza durante loexperimentos para ayudar a adaptar el generador a la carga, y como un medio para la

medición del la Relación de Onda Estacionaria (ROE) en la línea de transmisión a las antenaStub de adaptación: Es un troncal de la línea de transmisión construido en el PCB, provisto con un cursodeslizante que permite variar la longitud del stub del otro extremo (entrada).

Goniómetro: Es una escala circular graduada en 360 grados. En el centro del mismo se localiza un conectoBNC hembra que lleva la potencia de RF al mástil de la antena y actúa como pivote para emástil de la antena La base del mástil tiene una marca de índice de referencia para ajustar lescala del goniómetro.

Conjunto detector: Se usa para detectar y medir el modelo de radiación de las antenas en estudio. Ver figura 2.Las características del detector son lo siguiente.1. Instrumentos completamente pasivos.2. No necesita baterías, simplificando el uso y el mantenimiento de la unidad.


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3. Posibilidad de uso portátil para estimaciones y exploraciones rápidas de modelos deradiación, o también para montar una antena en una base, y precisar su posición yorientación precisa y resultados de medición estacionarios.

4. Las abrazaderas de fijación orientables permiten montar al detector vertical uhorizontalmente en el pedestal, para la detección de ondas polarizadas vertical uhorizontalmente.

5. El dipolo plegable como antena receptora, suministrado con un reflector para reduci posibles perturbaciones a las mediciones debido a la reflexión de ondas de los objetos paredes del laboratorio detrás del detector.

6. Atenuación de la señal, perilla ajustable.7. Demodulador de la señal: cuando desde el generador de RF se transmite una señal

modulada de RF, la señal recibida demodulada se encuentra disponible en los conectorerojo y negro del detector, para así poder conectar instrumentos de medición externo(osciloscopio). Esta señal demodulada aparece superpuesta a un nivel de CC, que reflejla amplitud de la portadora de la onda recibida.

Fig.2

Mástil y pedestal de la antena coaxial (Transmisor)

El mástil de la antena coaxial que tiene los conectores BNC a ambos extremos se monta en edisco circular de la base, y se fija por medio de unos tornillos laterales (Ver figura 3). Earmado de estas dos piezas es muy simple (Ver figura 4).Proceda de la siguiente manera:1. Inserte el mástil en el agujero central del disco.2. Ponga el mástil + el disco en la base del bastidor sobre el BNC de salida de RF


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3. Con sumo cuidado empuje el mástil hacia abajo para asegurar que el conector BNCinferior está completamente enchufado en la parte hembra del BNC de la unidad principal.

4. Ajuste los tornillos laterales con la llave Allen.

Fig.3

Fig. 4

Conector para adaptar el pivote cendel goniómetro (Entrada de RF)

Mástil de laantena

Base

Inserte estelado

Tornillolateral

Alimentación de laantena


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Mástil del conjunto detector (Receptor): Esta unidad es para el armado del conjunto detector. Proceda según las siguientesindicaciones. Ver figura 5:1. Coloque sobre la mesa la placa de base cuadrada.2. Sostenga el mástil de plástico, y colóquelo sobre el pilar central de la base.3. Encuadre los agujeros, ponga el tornillo, y fíjelo con la tuerca de mariposa.El conjunto detector se puede montar desde la parte superior del mástil, y se ajusta a mancon un perno tensor redondeado.El conjunto detector viene provisto con los elementos necesarios para montar la antenreceptora en el plano horizontal o vertical.Antenas:Se incluyen las antenas según la lista que aparece más adelante, con sus respectivas

especificaciones técnicas. Se describirá y se experimentará cada una de las antenas.Sensor de corriente de la antena:Se usa para medir la corriente a lo largo de los elementos de la antena.

Fig. 5

Detector

Ajuste de la altura segúnel re uisito de alineación


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ANTENAS: Conceptos básicos

Esta sección es una breve descripción acerca de algunos aspectos teóricos importanterelacionados al funcionamiento de este entrenador. Esta presentación del tema de ningúmodo pretende ser profunda, simplemente pretende servir como una guía para ayudar aestudiante a relacionar lo ya aprendido en el curso teórico con el hardware que tiene enfrenteLíneas de transmisión:Las líneas de transmisión se usan para transportar energía desde una fuente (generador) a uncarga. Los generadores son fuentes de tensión sinusoidal. La tensión sinusoidal aplicada a lentrada de la línea determina la corriente sinusoidal en la misma. Llamamos onda al conjuntde tensión y corriente sinusoidal.La onda se propaga a lo largo de la línea. El concepto de onda viajera desde una fuente través de una línea está en armonía con la idea de energía que fluye del generador a la cargaSupongamos ahora que nuestra línea de transmisión, en lugar de ser de largo infinito, estcortada y cortocircuitada en una cierta longitud.

Figura 6Onda de tensión reflejada y directa en una línea de transmisión en corto

El cortocircuito es una carga que no consume energía (ley de Ohm), por lo tanto la energíque incide en el cortocircuito debe ir a alguna parte.Introduciendo una corriente alterna en la línea, en el cortocircuito existirá siempre un puntde mínima tensión y de máxima intensidad.El efecto es equivalente al de una onda que rebota contra una pared, invierte su sentido yretorna al generador, pero este retorno se efectúa con un cambio de fase de 180°.La combinación de la corriente y la tensión que llega y las que retornan, al medirlas con uvoltímetro o amperímetro de radiofrecuencia se observa que son máximos en unos puntos dla línea y, mínimos en otros y que estos puntos son invariables.A una onda de este tipo se le llama onda estacionaria.

Onda Reflejada

Línea en corto

Onda Directa


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Este concepto nos permite dibujar un modelo de onda reflejada dado el modelo de la ondincidente. Simplemente es la onda incidente pero revertida.Podemos extender nuestra narrativa, con un razonamiento no matemático en la líneacambiando el cortocircuito por un circuito abierto y, luego, con una carga genérica cualquierEl caso de circuito abierto se produce el mismo efecto, con la diferencia de que la tensión y lintensidad se han invertido. En el extremo abierto la tensión es máxima y la intensidadmínima Cuando la línea está adaptada o equilibrada, es decir terminada en una cargadaptada a la impedancia característica de la línea. La impedancia característica es un parámetro que depende de las características de construcción y de la naturaleza física de llínea.Cuando una línea está terminada con una carga de adaptación, no hay ninguna onda reflejad por consiguiente la energía transferida de la línea a la carga (en nuestro caso son antenas), emáxima.


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MECANISMO DE LA RADIACIÓN Y EVOLUCIÓN DEL DIPOLOConsideremos la línea de transmisión de circuito abierto de la fig 7. Se ve que la onda directy la reflejada se combinan para formar un modelo de onda estacionaria en la línea, con untensión antinodo en al punto de circuito abierto, sin embargo no toda la energía de la onddirecta es reflejada por el circuito abierto.

Radiación desde la línea de transmisiónFig 7

Como se puede ver, una pequeña porción de la energía electromagnética se escapa desistema, siendo así irradiada. Esto ocurre porque las líneas de fuerza, que viajan hacia ecircuito abierto, se requieren para pasar a completar una fase reversa al ser alcanzada. Ntodas están disponibles para esto, pues poseen el equivalente de inercia mecánica, y asalgunas se escapan, debemos añadir que la proporción, de ondas que se escapan del sistemen relación a las que quedan es muy pequeña, por dos razones.En primer lugar, si consideramos el espacio circundante como la carga para la línea de ltransmisión, vemos que existe una desadaptación, y así una pequeña porción de energía sdisipa en esta "carga."Y segundo, puesto que los dos conductores están muy cercanos entre sí, es claro que l

radiación de una punta casi cancelará la de la otra. Esto se debe a que tienen polaridadeopuestas, y a una distancia muy pequeña en comparación a la longitud de ondaRecíprocamente, ésta también es la razón por lo cuál las líneas de transmisión de conductore paralelos no radian a bajas frecuencias.La solución para este problema puede ser un "alargamiento" del circuito abierto, es deciextender los dos alambres, como se ve en la figura 8. Así hay menos probabilidad decancelación de la radiación entre las dos puntas del alambre. De la misma manera, lradiación de la línea de transmisión se acopla mejor al espacio circundante. Ésta es otra formde decir que más potencia se disipará en el espacio circundante, es decir se radia más potencia. Es más, al extender los conductores, las ondas viajeras a lo largo de la línea verácon mayor dificultad retornar al extremo en inversión de fase. Así todo apunta a un aumentde la radiación.

Hacia elgenerador

Tensión de onda estacionaria Radiación Evolución Del Dipolo


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Fig 8La eficacia de la radiación de este sistema se mejora más aun cuando los dos alambres sdoblan poniéndolos en una misma línea como en la figura 8. El campo eléctrico (y también emagnético) ahora se acopla totalmente al espacio circundante, en lugar de confinarse entre lodos alambres, dando como resultado una radiación máxima posible. A este tipo de radiador slo llama dipolo. Cuando la longitud total de los dos alambres es la mitad de una longitud donda, la antena se llama dipolo de media longitud de onda o medio lambda. Tiene la formindicada en la fig.8. La razón para este aumento es que los dipolos de media onda puedeconsiderarse como que tienen las mismas propiedades básicas (desde el punto de vista dimpedancia) como una longitud similar a la línea de transmisión. En consecuencia, tenemos lantena que se comporta como una pieza de línea de transmisión de cuarto de onda doblad para afuera, y de circuito abierto en sus extremos. Este resulta en una alta impedancia alta elos extremos de la antena, reflejados como baja impedancia en los extremos conectaos a llínea de transmisión principal. Esto a su vez, significa que una gran corriente fluirá a lentrada del dipolo de media longitud de onda, permitiendo que así ocurra la radiación eficaz.

Evolución del dipolo

Línea de transmission abierta Línea de conduccion Dipolo de media longitud de onda


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RELACIÓN DE ONDA ESTACIONARIA (ROE)Definimos a la relación de onda estacionaria (ROE) a la relación existente entre los valores dtensión (y corriente) a lo largo de la línea. La Fig 9 muestra un modelo de ROE a lo largo dla línea con una carga desadaptada, que nos permitirá entender el concepto de ROE. El ROes un índice de la desadaptación existente entre la carga y la línea que lo alimenta. Cuando ROE es igual a 1 estamos en el caso de perfecta adaptación, algo imposible de alcanzar en l práctica, y en líneas abiertas o en corto el ROE tiende a alcanzar valores muy altos (infinitoEn la práctica se considera una buena adaptación en un sistema de antena a los valores dROE que se encuentran en el rango entre 1.4 a 2, mientras que en nuestro sistema deentrenador aceptamos valores más grandes. Esto se debe a que si bien el objetivo principal eel diseño de muchos sistemas es la máxima transferencia de potencia, en el sistema dentrenamiento el objetivo es brindar una comoda y útil operación en conjunto con una simplconstrucción.

Fig 9Generador Carga

1/2 long de onda


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ACOPLADOR DIRECCIONALPara saber cuál es la dirección de viaje de la potencia, así como la cantidad de la misma, hadispositivos sensibles con diodos incluidos como elementos del circuito.El acoplador direccional de la figura 10 consiste de dos troncales de línea colocados a lo largde la línea de transmisión principal que transportan la energía desde el generador a la antenLa potencia que viaja desde la entrada a la salida del dispositivo provoca tensiones inducidaen los lazos superiores e inferiores. En la parte inferior, gracias a los diodos conectados edirecta, habrá tensión a través de los dispositivos sensibles, mientras que esto no sucederá eel lazo superior. A medida que la potencia viaja desde la carga al generador, la situación srevierte, el lazo superior sensará, el inferior no.Por consiguiente el dispositivo de la figura 10 permite medir por separado la potencia directy la inversa.

Fig 10El procedimiento práctico para usar el acoplador direccional para medir el ROE es esiguiente:

Encienda el transmisor Coloque el interruptor del medidor de ROE en la posición FORWARD (directa), y anote

el valor de lectura. También se puede ajustar el nivel para muestra a fondo de escala(por ejemplo para el caso del entrenador lo ajusta a 100. Si fuese necesario ajuste enivel de RF)

Ahora coloque el interruptor en la posición REVERSE (inversa). Anote la lecturaCalcule el ROE (SWR, por sus siglas en inglés) con la siguiente fórmula.

FOR + REV 100 + REVSWR = o

FOR- REV 100- REV

Del generador Hacia la carga

Directa Inversa

Ajuste a fondo deescala


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ADAPTACIÓN DE ANTENAConsideremos una línea de transmisión cortocircuitada, con una longitud de onda de ¼ dlambda de la señal desde el generador.En el extremo del cortocircuito habrá una tensión nula y una corriente máxima, mientras quen el otro extremo (lado del generador), observaremos la situación opuesta: tensión máxima corriente cero. Por consiguiente la línea aparece para el generador como de impedanciinfinita, pues no fluye ninguna corriente.Consideremos ahora una línea de media longitud de onda, cortocircuitada en el extremoopuesto del generador.El punto de unión del generador a la línea será un valor de tensión nulo, punto de corrientmáxima. La impedancia de la línea, "vista" desde el generador, será un cortocircuito(impedancia cero).En todos los casos intermedios de línea que tengan una longitud entre ¼ y ½ de longitud donda, el generador verá una impedancia entre cero e infinito. Siguiendo con el mismo

razonamiento encontramos que para las líneas en cortocircuito de ¼ de longitud de onda paruna longitud de cero, la impedancia va de nuevo de cero a infinito.Puesto que nuestra línea es sin pérdida, la impedancia debe ser completamente reactiva, y sconsideramos el modelo de la corriente junto al de la tensión, veremos que en el intervalo dlongitud de ½ a ¼ la impedancia va de 0 a infinito y es capacitiva, mientras que en llongitud de ¼ a cero la impedancia va de infinito a cero y es inductiva.Todos esto nos lleva a pensar en una forma muy hábil para adaptar impedancias vistas desdel generador poniendo en paralelo a la carga desadaptada un troncal de línea puesta encortocircuito de una longitud apropiada. Ver figura 11. Estos dispositivos generalmente sllaman los Stubs de adaptación .

Fig 11

Línea de transmisión

Generador Carga

Stub deadaptación


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Un Stub de adaptación de longitud variable puede ajustarse para tener una impedanciareactiva igual en amplitud y opuesta en signo de una carga desadaptada, para así cancelar ecomponente reactivo y obtener una línea como puramente resistiva.Tipos de antenas:Las antenas se pueden clasificar por las direcciones en las que emiten o reciben la radiacióelectromagnética. Pueden ser isotrópicas, omnidireccionales o direccionales.Una antena isotrópica es una antena hipotética que radia uniformemente en todas lasdirecciones para que el campo eléctrico en cualquier punto en una esfera (con la antena en scentro) tenga la misma magnitud. En la práctica es imposible obtener una antena de radiacióisotrópica, pues la misma debería ser una fuente puntual. El equivalente más cercano a unantena isotrópica es un dipolo Hertziano.Se llama así al dipolo que es muy pequeño en comparación con a su longitud de onda que eaproximadamente una centésima de la longitud de onda en su frecuencia de trabajo; inclusen este caso el modelo tampoco es isotrópico.

Una antena omnidireccional irradia uniformemente en un plano determinado. Ejemplos dantenas omnidireccionales son los monopolos, dipolos, etc. La radiación de un dipolo verticaes uniforme en el plano horizontal y la“figura 13” en el plano vertical.Una antena direccional irradia la mayor parte de su energía en una dirección particularAlgunos ejemplos de antenas direccionales son las Yagi UDA, Periódica logarítmica, yHelicoidal.


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CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES DE LAS ANTENASAl escoger una antena para una aplicación particular lo hacemos según sus principalecaracterísticas físicas y eléctricas. Es más, una antena debe comportarse de una manerdeseada para una aplicación particular. Se puede caracterizar una antena por los siguientefactores (no todos son aplicables a todos los tipos de antena). La mayoría de lascaracterísticas abajo mencionadas pueden estudiarse con este entrenador. Resistencia de radiación. Modelo de radiación. Diagramas Polares. Ángulo de apertura y Ganancia del lóbulo principal. Posición y magnitud de los lóbulos laterales. Ancho de banda. Relación entre lóbulos frontales y traseros (Relación frente/espalda). Apertura/ Área de captura. Polarización del campo eléctrico.

Hay dos planos principales en los que se miden las características de la antena. Éstos son lo planos horizontales y verticales para las antenas instaladas en la tierra. Algunascaracterísticas como el Ángulo de apertura y lóbulos laterales son iguales en ambos plano para antenas simétricas como las helicoidales y reflectoras. Otras características como lganancia de alineación (es decir donde se cortan el acimut y los planos de elevación) puedtener sólo un valor único. En general, para las antenas asimétricas las características sondiferentes en los dos planos principales.

RESISTENCIA DE RADIACIÓNPodemos considerar una antena como una carga que termina la línea de transmisión que lalimenta. En el caso ideal esta carga tendrá impedancia que es puramente resistiva, es decila carga no tendrá ningún componente reactivo, ya sea inductancia o capacitancia. En l práctica, la impedancia de una antena está compuesta por una impedancia propia, y unimpedancia mutua. La impedancia propia es la impedancia que se mediría en los terminalede la antena cuando se encuentra en el espacio libre, sin que haya en la vecindad ninguna otrantena u objetos que provoquen reflexiones. La impedancia mutua responde al acoplamiententre la antena y cualquier otra fuente. Cuando la antena está suficientemente aislada de otroobjetos, esta impedancia mutua tiende a cero. Por otro lado, en algunas antenas como las Yagel funcionamiento depende del acoplamiento mutuo entre el elemento accionado y los otroelementos pasivos parasitarios.

Cuando la antena tiene la misma impedancia como la línea de transmisión que lo alimenta, sdice que la antena está adaptada a la línea. Cuando esto ocurre, se transfiere la máximcantidad de potencia de la línea de transmisión a la antena. En general la impedancia de lantena no es igual que la de la línea de transmisión. Cuando la línea de transmisión es unimpedancia resistiva pura y la antena tiene impedancia que contiene un componente resistivde valor diferente, así como una parte reactiva, la transferencia óptima de potencia se puedlograr con el uso de circuitos de sintonización entre la línea de transmisión y la antena. Egeneral, estos circuitos consisten en un circuito LC con una capacitancia variable par proporcionar la máxima transferencia de potencia.


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MODELO DE RADIACIÓN La antena es un dispositivo recíproco, lo significa que irradia o recibe energíaelectromagnética de la misma manera. Así, aunque el modelo de radiación se identifica conuna antena que transmite energía, las mismas propiedades pueden aplicarse a la antena, si

fuera receptora de energía. Cualquier diferencia entre las potencias recibidas e irradiadas puede atribuirse a la diferencia entre las redes de alimentación y los equipos asociados conel receptor y transmisor. La antena irradia la mayor cantidad de energía a lo largo de sureferencia de alineación, y también recibe en forma más eficaz en esta dirección.

El modelo de radiación de una antena es peculiar al tipo de antena y sus característicaseléctricas, así como sus dimensiones físicas. Se mide a una distancia constante en el camplejano. El modelo de radiación de una antena normalmente se traza con referencia a un potencia relativa. La potencia en la referencia de alineación que está en la posición d potencia máxima irradiada, normalmente se traza a 0 grados; así, la potencia en todas las otra posiciones aparece como un valor negativo. En otros términos, la potencia irradiada snormaliza a la potencia de la referencia de alineación. La razón principal para el uso de dB e

lugar de potencia lineal es que la potencia en los nulos es a menudo del orden de 10,000 vecemenor que la potencia en la referencia de alineación, lo que significa que las escalas tendríaque ser muy grandes para poder cubrir el todo el rango de valores de potencia.

Para que al estudiante le resulte más sencillo trazar el gráfico polar, las lecturas se trazandespués de convertirlas a dB. En este manual se suministra una carta de conversión. Tambiénen el final del manual se suministra el procedimiento para normalizar las lecturas. Elestudiante puede escoger cualquier procedimiento para trazar el diagrama polar.

El modelo de radiación se mide normalmente en los dos planos principales, a saber, el acimuy el de elevación. La relación en dB de energía radiada en función de la energía recibida straza en función del ángulo que se toma con la dirección de la referencia de alineación. Si lantena no es físicamente simétrica en cada uno de sus planos principales, entonces es dsuponer que su modelo de radiación en dichos planos sea asimétrico. El modelo de radiacióse puede trazar usando coordenadas cartesianas rectangulares o polares.

DIAGRAMAS POLARES En un diagrama polar los ángulos se trazan radiálmente desde la referencia de alineación, los niveles (dBuV / dBuA) se trazan a lo largo del radio. Los ángulos se pueden seleccionar cualquier intervalo deseado. Sin embargo escogiendo de 5 grados o 10 grados es suficientTambién es posible escoger de a 1 grado en el entrenador, pero esto no proporciona ningú beneficio especial pues las lecturas no cambiarán mucho, y consumirán más tiempo. Ediagrama polar da una representación gráfica del modelo de radiación de la antena y es much

más fácil de visualizar que los diagramas rectangulares. El estudiante entenderá con mayofacilidad el diagrama polar dibujado por él mismo.

ÁNGULO DE APERTURA Y GANANCIA DEL LÓBULO PRINCIPAL El ángulo de apertura de una antena se lo suele definir de dos formas. La definición máconocida es la de 3dB o media potencia de ancho del haz, sin embargo también se usa la d10dB de ancho del haz, en especial para antenas con haz muy estrecho. El ángulo de aperturde -3dB o de media potencia de una antena se toma como el ancho en grados entre los punto


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a cada lado del lóbulo donde el nivel de potencia irradiada disminuye en 3 dB respecto denivel máximo. El valor de -10 dB de una antena se toma como el ancho en grados entre lo puntos a cada lado del lóbulo donde el nivel de potencia irradiada disminuye en 10 dBrespecto del nivel máximo. La definición de IEEE de ganancia de una antena relaciona a l potencia irradiada por la antena respecto de la irradiada por una antena isotrópica (la radiació

es igual en todas las direcciones) y se cita como una relación lineal o en decibeles referidos una isotrópica (dBi, i: para isotrópica). Cuando decimos que la ganancia de una antena e por ejemplo, 20 dBi (100 en términos lineales) queremos decir que una antena isotrópictendría que radiar 100 veces más potencia para dar la misma intensidad a la misma distancien esa dirección particular de la antena.El modelo de radiación de una antena muestra la potencia en la referencia de alineación comel 0 dB, y la potencia en otras direcciones como valores negativo. La ganancia en todas ladirecciones se traza en relación a la ganancia de la referencia de alineación. Para encontrar ganancia absoluta en cualquier dirección se debe conocer la ganancia en la referencia dalineación. Si esta ganancia se expresa en decibeles, (lo que sucede en general) entonces esvalor simplemente se puede agregar a la ganancia a cualquier punto para así obtener lganancia absoluta. La ganancia absoluta en la referencia de alineación se mide pocomparación con la ganancia de una antena normal que opera como una antena de referencicuya ganancia se calcula o mide con un grado alto de exactitud.

Fig 12

POSICIÓN Y MAGNITUD DE LOS LÓBULOS LATERALES

El nivel lateral normalmente se conoce como el nivel debajo de la ganancia de referenciaEstrictamente todas las crestas en cualquier lado del lóbulo principal son lóbulos lateralesSin embargo, en la práctica sólo los lóbulos "más cercanos"; es decir aquéllos qué soadyacentes a cada uno de los lados de la de los máximos de la referencia, los llamamolóbulos laterales. Sus parámetros de amplitud y ángulo se pueden medir con facilidad con euso del diagrama polar. Para una antena que es simétrica alrededor de su eje principal, emodelo de radiación en general también es simétrico. Así, el nivel de los lóbulos laterales elos lados opuestos del haz principal será el mismo. El valor medio se toma donde los do


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lóbulos laterales son diferentes. El nivel absoluto de los lóbulos laterales se puede calculasólo si se conoce la ganancia absoluta del valor de referencia.

ANCHO DE BANDA El ancho de banda de una antena es la medida de su capacidad para irradiar o recibi

frecuencias diferentes. Se refiere al rango de frecuencia en la cual el funcionamiento esatisfactorio, y generalmente se toma entre los puntos medio de potencia en la dirección dradiación máxima. El ancho de banda es el rango de frecuencias que la antena puede recibir irradiar) con una eficiencia de potencia de 50% (0.5) o más o una eficiencia de tensión d70.7% (este es el punto de 3dB). El rango de frecuencia de operación se especificanombrando las frecuencias superior e inferior, pero el ancho de banda se lo menciona egeneral como un valor relativo. El ancho de banda normalmente se expresa en alguna de lasiguientes maneras:1. Como porcentaje o,2. Como un fragmento o múltiple de una octava (Una octava es una banda de frecuencia

entre una frecuencia y la frecuencia que es el doble o mitad de la primera frecuencia por ejemplo, tenemos una octava entre 400 MHz y 800 MHz). Cuando el ancho de banda se expresa en porcentaje, se debe nombrar su frecuencia central, y si se expresa eoctavas, se debe nombrar frecuencia inferior y su frecuencia superior.

RELACIÓN F/E (FRENTE/ESPALDA) DE LAS POTENCIASRADIADAS

La relación entre lóbulos frontales y traseros es una medición de la habilidad de una antendireccional de concentrar el haz en la dirección delantera requerida.Se define como larelación de la potencia máxima en el haz principal (referencia) con respecto al lóbuloopuesto. Normalmente se lo expresa en decibeles, como la diferencia entre el nivel en la

referencia y el que hay a 180 grados de la referencia. Si esta diferencia es de 35 dB, entoncla relación frontal delantera de la antena es de 35 dB; en términos lineales significaría que enivel del lóbulo de atrás es 3,162 veces menor respecto del nivel de la referencia.

APERTURA / ÁREA DE CAPTURA En palabras simples la apertura o área de captura de de la antena es el área de recepción eficade la antena y se puede calcular de la potencia recibida y se compara con la densidad d potencia de la señal que se está recibiendoSi:S = la densidad de potencia de la onda en Watts / metro cuadradoA = área de captura de de la antena

P = Potencia total absorbida por la antenaLuego

El tamaño de la apertura se puede definir de dos maneras; expresado en función del tamañfísico real en metros, o expresado en función de la longitud de onda. Por ejemplo, si decimoque una antena tiene una apertura de dos longitudes de onda, entonces su tamaño real dependde la frecuencia de operación. A una frecuencia de 1 GHz, la apertura física sería de 60 cm

P=S A Watts o A=P/S


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considerando que a las 10 GHz sería sólo de 6cm. Es más claro referirse al tamaño de lantena según la longitud de onda de operación cuando la antena es de banda angosta o de unúnica frecuencia porque el ancho del haz y la ganancia se relacionan directamente con lapertura en lo que se refiere a su longitud de onda de operación. En este caso tenemos qucalcular su longitud de onda para encontrar sus dimensiones físicas. Sin embargo, en el cas

de antenas de banda ancha, es más apropiado hablar de su tamaño físico porque hay un rangde frecuencias de operación.La apertura de la antena gobierna el tamaño del ancho del haz. En general, cuanto mágrande es la apertura, es más estrecho el ancho del haz, y mayor es la ganancia a unafrecuencia dada.

POLARIZACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICOLa polarización se usa casi exclusivamente para describir la forma y orientación de laubicación del vector del campo eléctrico, sus variaciones en función del tiempo como un punto fijo en el espacio. Esta ubicación puede ser una línea recta, una elipse o un círculo.

En el caso de polarización lineal, el campo eléctrico varía en un plano en forma sinusoidaCuando el plano de variación es el vertical estamos en el caso de polarización vertical. Si e plano es el horizontal, se llama polarización horizontal. También se puede polarizar al campeléctrico en cualquier otro ángulo entre 0 y 90 grados respecto a la horizontal. En general eúnico ángulo normalmente usado es el de 45 grados, conocido como ángulo de polarizacióinclinada.La polarización de una antena receptora debe coincidir con la radiación incidente para as poder detectar el campo máximo posible. Si los ángulos no son los mismos, sólo sedetectarán aquellos componentes que son paralelos en el plano de polarización incidente. Stenemos una antena polarizada verticalmente, y la radiación incidente tiene polarizacióninclinada, la magnitud de su componente en el plano vertical será reducida en un factor d

coseno de 45 grados.


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EXPERIMENTO 1: Configuración, puesta en marcha, y verificaciones defuncionamiento.

Procedimiento:

1. Coloque la unidad principal DTR-3 en la mesa y conecte el cable de energía eléctricaVerifique la tensión principal, y encienda la unidad. La lámpara indicadora deberá brillar. Apague la unidad principal.

2. Arme el mástil de la antena coaxial, y ajústelo en la escala del goniómetro de la unidad principal. Para los detalles de armado, lea "Descripción del Entrenador" al inicio demanual.

3. Arme el conjunto detector y la unidad del detector en el mástil según los detalles dadoen la "Descripción del Entrenador" al inicio del manual.

4. Conecte el adaptador de energía CA/CC en el conector de energía de la unidaddetectora.

5. Instale la antena“Folded Dipole” (dipolo plegada) en el mástil de transmisión, y laantena“Detector ” (“Detectora”) en el mástil Detector, y alinear la dirección y la alturade las dos antenas transmisora y receptora. (Ver figura 1.1)

6. Mantenga la unidad principal y el conjunto detector a una distancia de 1.5m.7. Encienda la unidad principal. El interruptor de palanca puede estar en algunas de las

siguientes posiciones: FWD o REV.8. Verifique que el medidor del detector de RF funcione. Ajuste el control de nivel para

obtener una lectura entre 20 y 100.9. Gire la antena de transmisión entre 0 y 360. Observe la pantalla en la unidad del

detector. Las variaciones indican que el transmisor y el receptor están trabajando y emodelo de radiación se está formado.

La unidad está lista para los experimentos.Nota importante:El ajuste ANTENNA MATCH (ADAPTACIÓN de la ANTENA), que estáubicada en la sección del generador de RF, se puede usar para obtener una máxima radiació para diferentes antenas. Debe usar un destornillador de plástico para realizar este ajuste cmuchisimo cuidado, el cual puede variar la frecuencia del generador en un 5 %. En general nhay ninguna necesidad de hacer este ajuste, ya que una variación de un porcentaje pequeño elos resultados del experimento es insignificante.


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Fig 1.1

Dipolos simples:Hay antenas de formas simples que tiene dos polos y diferentes longitudes como/2, /4, 3/2 , etc. El modelode radiación para /2 es uniforme en las direcciones frontal y trasera, y cambia levemente en las otras. La polarización es horizontal.

Mástil de la antena

Antenatransmisora

Unidad base(Transmisor)

Detector

Distancia entre las antenas TX-RX aprox 1.5 metro.

E e de alineación de las dos antenas

Tornillo para ajustar laaltura para requisitos de

alineación


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EXPERIMENTO 2: Antena "Simple Dipole /2" (dipolo simple /2).Un dipolo simple es la forma más simple de antena que tiene 2 polos, cada uno de longitu( /2). La impedancia nominal de esta antena es 73. El valor es una consecuencia de laslimitaciones impuestas por la construcción, tal como un diámetro de la varilla distinto de cerola presencia del conector BNC, y el mástil de la antena. El efecto de todos esto se corrig parcialmente con un arreglo "Y de adaptación". Ver figura 2.1El modelo de radiación del dipolo simple (/2) es uniforme en la dirección frontal e inversa.La polarización es horizontal. El modelo de radiación típico de esta antena se muestra en lfig 2.2.Nota: Debido a algunas diferencias en las condiciones de radiación por ejemplo: desviacionede frecuencia del transmisor, distintos objetos en el espacio que rodea el laboratorio, etc. ..los resultados de los gráficos serán levemente distintos a aquellos descritos para los distintomodelos de antenas en los experimentos

Fig 2.1Procedimiento:1. Realice la configuración dada en el Experimento 1. Pasos 1 a 4.2. Monte el Simple Dipole/2 (dipolo simple /2) en el mástil transmisor, y la antena

Detector (Detectora) en el mástil del Detector.3. Ponga el conjunto detector cerca de la unidad principal, ajuste la altura de las dos

antenas: Transmisora y receptora (ver fig 1.1).

Cubierta del Balún


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4. Ponga el conjunto detector a una distancia de 1.5 m. aproximadamente de la unidad principal. Alinéelas. Asegure que no hayan objetos que produzcan reflexiones en lvecindad del experimento, tales como estructura de acero, cañerías, cables, etc.

Fig 2.25. Mantenga el nivel de RF y el ajuste de FS en mínimo, y el interruptor del acoplador

direccional en FWD.6. Mantenga el control del nivel del detector al 50%.7. Gradualmente aumente el nivel de RF, observe las lecturas en el display del detector.8. Ajuste el nivel de RF y el nivel del detector de modo tal que el medidor del detecto

muestre aproximadamente 20-35A.9. Alinee la marca de la flecha en el disco con cero de la escala del goniómetro.10. Tome la lectura a intervalos de 5 o 10 (incluso si prefiere de 1), y anote el valor

indicado por el detector de RF.11. Convierte las lecturas deA del detector a dB, con la ayuda de la carta de conversión

dada al final de este manual, o sino puede normalizar las lecturas y trazar el mapa. E procedimiento para normalizar las lecturas se da en la última página.

12. Trace el gráfico polar en grados de rotación de la antena en función del nivel en edetector en dBs.13. Con la ayuda del gráfico calcule los siguientes parámetros:

Ángulo de aperturaa. Relación F/E (frente/espalda)b. Ganancia de la antena.c.

14. Para calcular del gráfico refiérase a la figura 2.3 y proceda como sigue:


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Ángulo de apertura:Busque el lóbulo principal. Dibuje los máximos de la línea de referencia AA'. Marque e punto de 3 dB desde el máximo en el punto B de la línea de de referencia. Dibuje un arco dradio AB. Este arco interceptará al lóbulo principal en C y D. Mida el ángulo CAD. Estángulo es de - 3 dB del ángulo de apertura. En forma similar calcule el ángulo de aperturde -10 dB.Relación F/E (frente/espalda):Busque el lóbulo principal Dibuje los máximos de la línea de referencia AA' Busque el lóbultrasero, si es que hay (a 180), en caso de no haber, entonces

Relación entre lóbulos frontal y trasero = dB

En cambio si se encuentra presente el lóbulo trasero, mida AE, dónde E es el máximo delóbulo trasero.

Luego la relación entre lóbulos frontal y trasero = BAE

Ganancia de la antena :

Puesto que no podemos tener una antena isotrópica ideal, presumimos aquí que su intensidade radiación máxima es 1dB y es 100% eficaz. Bajo esta suposición, la ganancia de la anten(o Ganancia Direccional de la antena) es:

Fig 2.3

AA’1

AA’ dBAE

G = Intensidad de radiación máximaIntensidad de radiación máxima desde una antena de ref(antena isotrópica) con la misma entrada de potencia

G = AA’ dB1


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EXPERIMENTO 3: Antena "Simple Dipole /4" (dipolo simple /4).

Procedimiento:1. Reemplace la antena de/2 del experimento no. 2 con la antena de/4, alinéela para

obtener la indicación máxima en el medidor del detector.2. Siga los pasos dados en el experimento no. 2

Fig 3.1

Fig 3.2

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EXPERIMENTO 4: Antena "Folded Dipole /2" (dipolo plegado /2).Comparado con un dipolo simple, esta antena tiene una resistencia de radiaciónsubstancialmente mayor (nominalmente, aproximadamente 300) por la presencia del brazo plegado. Ver fig 4.1. La impedancia real se deriva del diámetro de la varilla y la distancia decentro de los extremos plegados, la presencia del conector BNC, y el balún, etc. El modelo dradiación típico en el plano horizontal para esta antena es similar al del caso de dipolo simpldel experimento anterior.La polarización es horizontal. El modelo de radiación típico de esta antena se muestra en lfig 4.2. Para la experimentación procede como sigue.Monte la antena de dipolo plegado de (/2) en el mástil de transmisión, y sigue los pasossegún el experimento no 2, y trace el gráfico de esta antena.

Fig 4.1

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Fig 4.2


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EXPERIMENTO 5: Prueba de polarización.

Procedimiento:Prosiga de acuerdo al experimento no 4, y luego como sigue1. Gire la caja del detector en 90 ajustando el tornillo de la parte posterior de la caja.2. Anote las lecturas del display medidor del detector3. Puesto que cambiamos el plano de recepción de la antena a vertical, manteniendo la

antena de transmisión en el plano horizontal, de modo que el detector de la antena prácticamente no recibe ninguna señal.

4. Rote la antena de transmisión de 0 a 360 gradualmente, y observe que la antenareceptora prácticamente no recibe ninguna señal, o señales muy bajas.

5. Repita el experimento con otras antenas polarizadas horizontalmente.


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EXPERIMENTO 6: Prueba de modulación.

Procedimiento:Prosiga de acuerdo al experimento no 4, y luego como sigue1. Gire de nuevo la caja del detector en la posición normal, es decir la antena receptora e

el plano horizontal, y para obtener una indicación máxima en el display del medidor dedetector ponga ambas antenas alineadas.

2. Conecte la salida del generador de tonos al osciloscopio, y verifique haya una ondasinusoidal. Ponga en máximo el nivel del generador de tonos.

3. Con la ayuda de un cable de conexión conecte la salida del generador de tonos AUDIOOUT a la entrada MODULATION IN.

4. Observe la señal a la salida OUT del detector con la ayuda de las pruebas delosciloscopio. Debe ser una onda sinusoidal de baja amplitud y levemente distorsionadaindicando que esta señal de audio fue transmitida y recibida por la antena

5. Varíe el nivel de generador de tonos y observe que la salida del detector varía a medidaque varía el control de nivel del generador de tonos. Intente lo mismo con otras antenas

Fig 6.1


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EXPERIMENTO 7: Variación de la potencia de radiación a una distancia de la antena.

El detector mostrará una potencia más alta cuando se encuentre más cercano a la antenatransmisora, y disminuirá gradualmente a medida que aumenta la distancia.

Procedimiento:1. Monte el Dipolo Plegado como en el experimento no. 42. Mantenga el detector aprox. a una distancia de 30 cm de la antena transmisora, y

póngalos en línea. Ajuste el nivel del generador de RF y del detector para que la lectursea 40 A.

3. Anote la lectura anterior para una distancia de 30 cm.4. Ahora ponga el detector a una distancia de 60 cm.5. Anote la lectura anterior para una distancia de 60 cm.

6. Del mismo modo tome las lecturas para las siguientes distancias: 90, 120 150 cm.7. Trace el gráfico de las lecturas en función de las distancias, y vea si la función es linea

o no. El mismo experimento puede hacerse con otras antenas.


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EXPERIMENTO 8: Uso del adaptador de impedancia stub.Adaptador de impedancia: Lea el texto dado en la parte teórica de este manual.Un adaptador de impedancia stub es una parte de la línea de transmisión que normalmentestá en cortocircuito en el extremo más lejano. El stub tiene una admitancia de entrada que e puramente susceptiva, y se usa para sintonizar o calibrar el componente susceptivo de ladmitancia de la línea. Los stubs se usan en especial para altas frecuencias para variaciones dcargas.Procedimiento de adaptación:Monte la antena de dipolo plegado en la parte superior del mástil transmisor, mantenga lconfiguración dada en el experimento no 2. Ajuste el nivel de RF y el del detector paraobtener una indicación óptima del medidor del detector.Quite la antena transmisora, y conectelos adaptadores BNC – T, BNC -BNC y el cable BNC-BNC en la línea del stub como se muestra en la figura 8.1. Monte la antena con losadaptadores tal como se muestra en la figura 8.1. Mantenga el stub en el cero de la escala.

Observará que la lectura en el detector ha bajado ya con la conexión del stub. Sin embarg podrá aumentar el nivel de salida de RF y el nivel de detector ligeramente para acomodar lmedición. Mantenga el interruptor de acoplador en la posición REV.Comience a mover la perilla de stub de derecha a izquierda suavemente, y observe la lecturen la unidad principal. Observará que el medidor indica máximos y mínimos en alguno puntos. Los máximos indican que la potencia inversa es máxima y la línea está desadaptadElija el punto mínimo mientras va de derecha a izquierda. Esta posición indica que la líneestá adaptada.

Fig 8.1

Antena

Hacia el receptor

Conector T-BNC

Cable coaxial

Mástilde la

Antena Hacia el conector de entradadel Stub de adaptación

Base


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EXPERIMENTO 10: Medición del ROELea el texto dado relativo al ROE en las páginas previas de este cuaderno. El ROE es uíndice que indica el grado de desadaptación existente entre la carga y la línea de alimentaciónEn el experimento anterior, intentamos adaptar la línea con el uso de un stub, y ajustándolo para la muestra mínima en el medidor de RF. Esta es la posición de potencia inversa mínima.1. Anote esta lectura enA, en el detector de RF2. Lleve el interruptor a la posición FWD. Esto nos dará la lectura de la potencia directa.3. Calculamos el ROE ( o SWR por sus siglas en inglés) como:

Si ajustamos el nivel de FS a 100, tenemos,

ROE=SWR = FWD+REVFWD-REV

SWR =100+REV100-REV


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EXPERIMENTO 11: Sensor de corriente de la antenaEsto se usa para medir la corriente en la antena. Este dispositivo consiste en un sensor de lazcon un diodo rectificador y un condensador. Vea la figura 11.1. Cuando el sensor se pone ela cercanía de un elemento de la antena de radiación, una parte del flujo magnético variablcruzará el sensor, y desarrollará a lo largo de él una tensión. Esta tensión, rectificada ymejorada por el condensador, aparecerá como una tensión de CC (o CC modulada si esttransmitiendo una onda modulada de AM.) Procedimiento :1. Configure el conjunto como en el Experimento 1, procedimiento, pasos 1 a 8.2. Mueva el sensor a lo largo del dipolo para obtener las diferentes mediciones de la

radiación según la posición.

Observe lo siguiente:1. Para medir en forma precisa el flujo de corriente a lo largo del elemento de radiación d

la antena, el lazo debe ser lo más pequeño posible. La señal de tensión desarrollada en elazo es proporcional el flujo del campo magnético que lo cruza, es decir a su secciónEsto implica que para obtener una medición fácil de los valores de la señal, el lazo nodebe ser demasiado pequeño.

2. El tamaño real del sensor es el punto medio, o la solución de compromiso entre los dorequisitos anteriores.

3. El componente E de la onda radiada por la antena también interfiere con el sensor. Parel caso de una varilla que radia sin otros elementos activos o pasivos en sus cercanías, ysin obstáculos en la propagación de la onda, el campo E se puede describir como unvector ortogonal puesto en el eje de la varilla de radiación. Los componentes de Einducen componentes de tensión en los brazos del lazo sensor y conexiones del cableLas contribuciones son de signo opuesto y deben compensarse si el sensor se mantienortogonal a la varilla y si el cable de conexión está hecho dejar al sensor derecho yortogonal.

4. Cualquier objeto del espacio que rodea a la antena perturbará la distribución del campode modo tal que generalmente es difícil de predecir salvo los casos muy raros y simplesEl sensor se comporta como un objeto que perturba, y por consiguiente no se debe usacuando se están realizando mediciones de campo o algún otro tipo de experimento.

Sin detenernos en las distintas limitaciones en el uso del sensor, este instrumento es útil desdel punto de vista didáctico, pues nos muestra de una manera inmediatamente el patrón d

campo y corriente de las antenas de radiación.


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Fig 11.1Al osciloscopio o DVM


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EXPERIMENTO 12: Antena "Yagi UDA 5 element folded dipole" ( Yagi UDA 5elementos dipolo plegado).

Las antenas Yagi UDA con dipolos plegados o no son antenas ampliamente usadas. Detrádel dipolo hay unos reflectores (reflejan las ondas en la dirección del elemento conductor) por delante tiene una cantidad determinada de directores: 1, 3, 5, etc (varillas, de longitu progresivamente menor alejándose del conductor y espaciadas a distancias precisas, haceque la onda siga el camino correcto hasta llegar al elemento conductor. También influyensobre la impedancia de la antena)

La impedancia teórica de esta antena es de 75. Ésta es una antena muy importante para latransmisión unidireccional y ampliamente usada en recepción de TV. Vea la fig 12.1. Unaantena yagi-UDA tiene un dipolo plegado con directores de onda radiada, y un reflector. Lcantidad de directores pueden ser 1,3,5,7,9 etc. El modelo típico de radiación de esta antense muestra en la figura 12.2. La polarización es horizontal.En el mástil de transmisión monte la antena Yagi UDA de 5 elementos de dipolo plegado.Siga los pasos según el experimento no 2, tome la lectura ancho del haz, ganancia, lóbulolaterales si los hay, etc.

Fig 12.1

Directores

Cubiertadel Balún

Elemento activo

Reflector


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Fig 12.2


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EXPERIMENTO 13: Antena "Yagi UDA 3 element folded dipole" (Yagi UDA 3elementos dipolo plegado).

En el mástil de transmisión monte la antena Yagi UDA de 3 elementos de dipolo plegado.Siga los pasos según el experimento no 2, tome la lectura ancho del haz, ganancia, lóbulolaterales si los hay, etc.En la figura 13.2 se muestra el modelo de radiación típica

Fig 13.1

Fig 13.2

Director

Cubiertadel Balún

Elemento activoReflector


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EXPERIMENTO 14: Antena "Yagi UDA 5 element simple dipole" (Yagi UDA 5elementos dipolo simple).

En el mástil de transmisión monte la antena Yagi UDA de 5 elementos de dipolo simple.Siga los pasos según el experimento no 2, tome la lectura ancho del haz, ganancia, lóbulolaterales si los hay, etc.En la figura 14.2 se muestra el modelo de radiación típica

Fig 14.1

Fig 14.2

Directores

Cubiertadel

Balún

Elemento activo

Reflector


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EXPERIMENTO 15: Antena "Yagi UDA 7 element simple dipole" (Yagi UDA 7elementos dipolo simple).

En el mástil de transmisión monte la antena Yagi UDA de 7 elementos de dipolo simple.Siga los pasos según el experimento no 2, tome la lectura ancho del haz, ganancia, lóbulolaterales si los hay, etc.En la figura 15.2 se muestra el modelo de radiación típica

Fig 15.1

Fig 15.2

Elemento activo

Reflector

Cubierta del Balún

Directores o Guía de onda


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EXPERIMENTO 16: " /2 Phase Array " (Sistema de radiación longitudinal de fase/2).

La dos elementos de antena mostrados en la figura 16.1 tiene la apariencia de dos dipolos dmedia onda conectados en paralelo. El espacio de los dipolos es un medio de las longitudes donda. Esta antena también se llama Sistema antena de radiación longitudinal (end firantenna). La señal deja el dipolo D1 y llega al dipolo D2 después de ½ período, pues ldistancia entre D1 y D2 es igual a/2. La señal va a través de la línea de alimentación a D1, ytambién alcanzará D2 después de ½ período, de modo que la contribución de las dos medionda de D1 y D2 se añadirán a la dirección delantera. Con el mismo razonamiento podemomostrar la contribución de D1 y D2 en la dirección inversa. El modelo de radiación típico smuestra en en la figura 16.3. La antena se polariza horizontalmente.1. En la parte superior del mástil de transmisión monte la antena/2, y siga los pasos

según el experimento no 2.2. Convierta la lectura en dBs, y trace el gráfico.Calcule:(1) ancho del haz(2) la ganancia de la antena(3) la relación F/E.

Fig 16.1

Fig 16.2

Cubierta del Balún


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Fig 16.3


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EXPERIMENTO 17: " / 4 Phase Array" (Sistema de fase /4).La diferencia entre el sistema de/2 y esta antena es que la distancia entre el dipolo se reducea una longitud de onda de ¼. Vea la fig 17.1.Siga el procedimiento del experimento 16

Fig 17.1

Fig 17.2

Cubierta del Balún


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Fig 17.3


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EXPERIMENTO 18: Antena "Cut Paraboloid Reflector" ( parabólica reflector).La antena más ampliamente usada para microondas es la antena reflector parabólica quconsiste en una antena primaria como un dipolo situada en el punto focal de una parábolreflectora. La directivdad del reflector de la parábola es función de la directivdad de lantena primaria y la relación de longitud focal al diámetro del reflector, f/D. A esta relación sla llama número de apertura (similar al número f en óptica). Suministramos el corte de un parábola en forma separada, el estudiante podrá conectarlas para realizar el experimentsujetando dos tornillos.Procedimiento:1. Monte el corte de la antena parabólica reflector sin el reflector en el mástil de antena

transmisora.2. Ponga el detector a una distancia aproximada de 1m del transmisor.3. Anote las lecturas del detector a medida que va girando el mástil en el goniómetro

0-360 a intervalos de 30 aproximadamente

4. Ahora conecte el corte de la antena parabólica al PCB con los dos tornillos.5. Observe los cambios en la lectura del detector.6. Note las nuevas lecturas del detector muestran que va girando el mástil en el goniómetr

0-360 con los mismos intervalos.7. Las nuevas lecturas muestran el efecto de reflector parabólico.

Fig.18.1

Tornillo defijación

Cubierta del Balún

Corte de la antenaarabólica


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EXPERIMENTO 19: Antena "Log Periodic" (periódica logarítmica).La principal característica de esta antena es la independencia de la frecuencia tanto para emodelo y la resistencia de radiación. El modelo de radiación puede ser unidireccional bidireccional. Fácilmente se pueden lograr anchos de banda de 10:1.El arreglo consiste de una cantidad de dipolos de longitudes y espaciados diferentes, alimentados de dos línea de alambre que se transponen entre cada par adyacentes de dipoloEl arreglo se alimenta para extremos cercanos, y radiación máxima en dicha dirección. Vea lfigura 19.1.Si se dibuja el gráfico de la impedancia de entrada de la antena en función de la frecuencia, snotará una variación repetitiva. Si se traza en función del logaritmo de la frecuencia en lugade la frecuencia, la variación es periódica consistiendo de ciclos idénticos. Todas las otra propiedades de antena sufren variaciones similares sobre todo en el modelo de radiaciónEste es el comportamiento de la antena llamada antena periódica logarítmica.La polarización es horizontal. El modelo de radiación típico de esta antena se muestra en lfig 19.21. En la parte superior del mástil de transmisión monte la antena periódica logarítmica, y

siga los pasos según el experimento no 2. Anote la lectura y dibuje los gráficos.2. Del gráfico calcule:(1) ancho del haz(2) la ganancia de la antena(3) la relación F/E.

Fig 19.1

Elementoactivo

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Fig 19.2


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EXPERIMENTO 20: Antena "Helix" (helicoidal).La antena helicoidal es una antena compleja de banda ancha compleja VHF y UHF parsuministrar características de polarización circular.Ya que la antena helicoidal es de fácil construcción, y muy tolerante a variaciones demedidas, es un elemento ideal para experimentación. Normalmente, esta antena consiste de una cantidad de vueltas, que varían de 3 a 5. Reciédespués de 3 vueltas se logra una circularidad aceptable, construida con una pantalla coestructura de tela de gallinero (PCB en nuestro caso) Vea la figura 20.1. Hay dos modos dradiación1. En la dirección de los ángulos rectos al eje de la hélice. 2. AxialLa circunferencia de la hélice y su longitud junto con el cable central determina el modelo dradiación total.En la figura 20.2 se muestra un modelo de radiación típica.

Fig 20.1


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Fig 20.2

Monte la antena helicoidal en la parte superior del mástil de transmisión, ahora proceda segúel experimento el No 2. Anote las lecturas y trace los gráficos.Calcule:(1) ancho del haz(2) la ganancia de la antena(3) la relación F/E, etc


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EXPERIMENTO 21: Antena "Loop" (en bucle).Esta antena consiste de arreglos en bucle simples o múltiples. El perímetro total del bucle egeneral es un múltiplo de 1/2 longitud. La configuración básica de esta antena tiene unimpedancia muy baja de modo que se usa sólo para recepción debido a su eficiencia dadaptación. Para aumentar la impedancia nuestro modelo de antena en bucle usa un elementde radiación que es una línea de transmisión de dos conductores formada en un bucle. Vea lfig 21.1.La corriente en el lado opuesto de los brazos del bucle se acumula y resta los efectos de londa radiada, así los diagramas de radiación parecen tener un modelo bastante inesperado.El modelo de radiación típico de esta antena se muestra en la figura 21.2. Normalmente e bucle es circular, pero en nuestro caso es una vuelta cuadrada.En la parte superior del mástil de transmisión monte la antena, use el adaptador BNC-BN(90˚)y siga los pasos según el experimento no 2. Mantenga la unidad Transmisora y el conjunto detector a una distancia de 0.6m.

Fig 21.1

Fig 21.2


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EXPERIMENTOS OPCIONALES


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EXPERIMENTO 22: Antena "Rhombus" (rombal).La antena rombal también es una antena de bucle, hecha en forma de rombo. Vea la figur22.1. Esta es una antena no resonante con capacidad de operar en un rango muy amplio, puelas características no varían con la frecuencia. Esto se usa principalmente para trabajos punta punto. La impedancia varía típicamente entre 650 a 700. El modelo de radiación típico semuestra en la figura 22.2.Monte la antena en el mástil de transmisión, tome lecturas y trace el gráfico como en el casde la antena de bucle (experimento 21).

Fig 22.1

Fig 22.2


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EXPERIMENTO 23: "Combined Collinear Array" (Arreglo de antena colinealcombinado).

La antena colineal es aquella que tiene elementos montados sobre el mismo eje y alimentadoen fase. Debe recordarse que una antena dipolo de ½ onda tendrá una impedancia de entradalta cuando se la excite en alguno de los extremos. Cuando se unen dos dispositivos de esttipo se juntan en sus extremos como se ve en la figura 23.1, al conjunto se lo denominarreglo colineal. El modelo de radiación del arreglo colineal se muestra en la figura 23.2Tiene un ángulo de apertura muy estrecho.

Fig 23.1

Fig 23.2


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EXPERIMENTO 24: "Broad side Array" (Sistema de radiación transversal).Posiblemente el arreglo más simple consiste de varios dipolos del mismo tamaño, igualmentespaciados entre sí a lo largo de una línea recta (es decir colineal), con todos los dipoloalimentados en la misma fase desde la misma fuente. A dicho arreglo se lo denomina Sistemde radiación transversal (Broadside array). Este sistema es altamente direccional en loángulos rectos al plano del arreglo, mientras que radia muy poco en el plano.Configure el conjunto como en el Experimento 1, procedimiento, pasos 1 a 8. Coloque eDetector a distancias muy cortas del transmisor (hasta 40 cm) para obtener resultado parecidos al del modelo

Fig 24.1

Fig 24.2


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EXPERIMENTO 25: Antena "Slot" (de ranura).Esta antena se construye de forma de una ranura de longitud/2 en una lámina de metal, y enlos lados opuestos se la excita en el medio de la ranura. El comportamiento de la antena esimilar al dipolo. La polarización es vertical. Vea la figura 25.1. E registro del modelo deradiación de esta antena requiere que se monte el detector girado en 90° de su eje (antenreceptora verticalmente). El modelo de radiación típico se muestra en la figura 25.2.Monte la antena en la parte superior del mástil de transmisión, y sigue los pasos según eexperimento no 2, y trace el gráfico de esta antena.Mantenga la unidad Transmisora y el conjunto detector a una distancia de 0.6m.

Fig 25.1


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Fig 25.2


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EXPERIMENTO 26: Antena "Ground Plane" (plano de tierra).La antena Ground Plane (plano de tierra), también llamada antena Marconi o GP (por susiglas en inglés), consiste en un radiador vertical de 1/4 de onda de longitud. Para un buenfuncionamiento deben estar instaladas sobre un plano de tierra buen conductor. El plano dtierra se simula mediante varios «radiales» de un cuarto de onda extendidos por debajo deelemento radiante vertical, y conectados a la malla del cable de alimentación. El principio dfuncionamiento se basa en que el plano de tierra se comporta de modo tal que hace lalongitud de radiación sea del doble de la antena, es decir desde el punto de vista de lradiación el excitador del extremo vertical se ve como un dipolo vertical. La radiación de estantena es polarizada verticalmente, por consiguiente el montaje se gira en 90 respecto de sueje (el detector de la antena es vertical). El modelo de radiación de esta antena cambia con laltura de la varilla de radiación. El DTR-3 suministra varillas de diferentes longitudes parexperimentar. Las mismas varillas se pueden usar como director (la más corta) y comreflector (la más larga) para acentuar las características direccionales. Vea la figura 26.1. Emodelo de radiación típico del elemento único que hay en el centro, con director y reflectoen los extremos se muestra en la figura 26.2.1. Monte la antena del excitador con le extremo vertical en la parte superior del mástil de

transmisión sólo con el elemento único, tome nota de las lecturas, trace el gráfico en e plano vertical.

2. Monte las varillas director y reflector en el plano de tierra, tome nota de las lecturastrace el gráfico en el plano vertical.

Fig 26.1

Director (*) Reflector (*)

(*) Elemento reemplazable


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Fig 26.2


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Fig 27.2


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EXPERIMENTO 28: Antena "Hertz".Éste es un sistema de antena que no depende para su funcionamiento de la presencia de tierrSu frecuencia de resonancia se determina por su capacitancia distribuida, la cual varía segúsu longitud física. La polarización es horizontal. En la figura 28.2 se puede observar undiagrama de radiación típico.1. En la parte superior del mástil de transmisión monte la antena Hertz, y siga los pasos

según el experimento no 2.2. Convierta la lectura en dBs, y trace el gráfico.Calcule:(1) ancho del haz(2) la ganancia de la antena(3) la relación F/E..

Fig 28.1

Fig 28.2,

Varilla desplazable para ajustar la longitudde la antena

Cubierta del dispositivo de adaptación deimpedancia


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Procedimiento para normalizar las lecturas:Un procedimiento alternativo para convertir las lecturas a dB es el siguiente:1. Considere la lectura máxima digamos N como 0dB (cuando la antena esta perfectament

alineada).

2. Convierta la próxima lectura digamos N1 con lasiguiente fórmula:

3. Siga el mismo procedimiento para las otras lecturas, así generalizamos la fórmula:

4. Trace el modelo de radiación de la antena con la nueva lectura en dB.

In N1 /N = lectura en dB

In Nx / N = lectura en dB


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Carta para la conversión deμA a dBμA.

μA dBμA 1.000 1.121 1.262 1.413 1.584 1.785 2.006 2.247 2.518 2.829 3.1610 3.5511 3.9812 4.4713 5.0114 5.6215

6.3116 7.0817 7.9418 8.9119 10.020 11.221 12.622 14.123 15.824 17.825 20.026 22.427 25.128 28.229 31.630 35.531 39.832 44.733 50.134 56.235 63.136 70.837 79.438 89.139 100 40 11241 12642

14143 15844 17845 20046 22447 25148 28249 31650


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ACCESORIOS A ENVIAR CON EL EQUIPO DTR-3

I. Antenas ........................................................................................................... 22 nos.1. Dipolo simple /2 ............................................................................... 1 no.2. Dipolo simple /4 ............................................................................... 1 no.3. Dipolo plegado /2 ............................................................................. 1 no.4. Dipolo plegado ................................................................................... 1 no.5. Yagi UDA Dipolo plegado (3E) ......................................................... 1 no.6. Yagi UDA Dipolo plegado (5E) ......................................................... 1 no.7. Yagi UDA Dipolo simple (7E) ........................................................... 1 no.8. Yagi UDA Dipolo simple (5E) ........................................................... 1 no.9. Antena Hertz ...................................................................................... 1 no.10. Antena Ground Plane (plano de tierra) .......................................... 1 no.11. Antena de ranura /2 ........................................................................ 1 no.12. Antena de bucle ................................................................................ 1 no.13. Antena rombal .................................................................................. 1 no.14. Antena helicoidal ............................................................................. 1 no.

15. Sistema de fase /2........................................................................... 1 no.16. Sistema de fase /4........................................................................... 1 no.17. Sistema de radiación transversal (Broadside array) ..................... 1 no.18. Sistema combinado colineal ............................................................... 1 no.19. Antena periódica logarítmica ......................................................... 1 no.20. Corte deAntena parabólica .............................................................. 1 no.21. AntenaZeppelin ................................................................................ 1 no.22. AntenaDetector ................................................................................ 1 no.

II. Varilla para antena de plano de tierra1. 6.9 cm ................................................................................................. 1 no.2. 8 cm .................................................................................................... 1 no.3. 20.5 cm ............................................................................................... 1 no.

III. Prueba de corriente .......................................................................................... 1 no.IV. Mástil transmisor ............................................................................................. 1 no.V. Caja Detectora ................................................................................................. 1 no.VI. Estante detector ............................................................................................... 1 no.VII. BNC – T ........................................................................................................... 1 no.VIII. Adaptador BNC - BNC (M) ............................................................................ 1 no.IX. Adaptador BNC -BNC (90˚) X. Cable BNC – BNC 18” .................................................................................. 1 no.XI. Llaves allen ..................................................................................................... 1 no.XII. Alineador Taparia 911 (duly filed) .................................................................. 1 no.XIII. Manual de Teor ía y Experimentos................................................................... 1 no.XIV. Gráficos Polares .............................................................................................. 25 nos.XV Gráficos polares (para lecturas normalizadas) 25 nos

guia de laboratorio curso dtr-3 antenas

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