Universidad Mayor se San Andres Facultad de Tecnología Electrónica y Telecomunicaciones Laboratorio # 4 Pre-informe
ANTENA BASICA Estudiante: Docente: Fecha de entrega: La Paz - Bolivia
1.-
ANTENA BASICA
2.- OBJETIVOS. a) GENERALES El objetivo del presente laboratorio es el de construir una antenas básica es el acoplar, ajustar y calibrar antena de transmisión en el rango de frecuencia de VHF. b) ESPECIFICOS El objetivo del presente laboratorio es el de medir los principales parámetros que determinan un buen acoplamiento de impedancias entre el transmisor, la línea de Tx y la antena para que exista una máxima transferencia de potencia, calibrar una antena de /4 para que exista un perfecto acoplamiento de impedancia entre el transmisor y la antena. Además observar principio los efectos de la onda estacionaria en dicha antena, y calibrar una antena de /4 para que exista un perfecto acoplamiento de impedancia, además de medir la corriente de consumo del transceptor en transmisión. 3.- FUNDAMENTO TEORICO. La definición formal de una antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir ondas de radio. Convierte la onda guiada por la línea de transmisión en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre, en realidad una antena es un trozo de material conductor al cual se le aplica una señal y esta es radiada por el espacio libre. Las antenas deben de dotar a la onda radiada con un aspecto de dirección, es decir, deben acentuar un solo aspecto de dirección y anular o mermar los demás. Cada antena dependiendo el uso o la frecuencia, potencia de trabajo tienen característica que nos permiten realizar los cálculos correspondientes para un sistema, entre las característica se tiene la impedancia, eficiencia, PIRE, etc 4. MATERIALES Y EQUIPOS. a. HERRAMIENTAS Alicates y destornilladores Cinta métrica (flexo) b. INSTRUMENTOS Watimetro de VHF/50W max. En el rango de 140MHz a 180 MHz. Transceptor de VHF, 20W(Transmisor de RF) Multimetro digital. c. COMPONENTES Varilla de bronce de 80 centímetros de longitud (de diámetro no muy delgado o grueso) Carga Fantasma de 5W min de 50Ω. De carbón Cable coaxial 10 metros con conectores. 5. PRE INFORME. Realice el análisis previo al laboratorio, investigue y responda al siguiente cuestionario. 1. Defina antena. Una antena es un dispositivo (conductor metálico) diseñado con el objetivo de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma energía eléctrica en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa. 2. Cual es principio básico del funcionamiento de una antena. Las antenas se basan en el principio de la radiación producida al circular una corriente eléctrica por un conductor. Esta corriente produce un campo magnético alrededor del conductor, cuyas líneas de fuerza están en ángulo recto con respecto al conductor y su dirección está
determinada por la dirección de la corriente. Este campo magnético es variable y sigue las mismas ondulaciones de la corriente eléctrica de alta frecuencia que se le entrega a la antena. 3. Describa la operación básica de la antena. La línea de transmisión termina en un circuito abierto, que presenta una discontinuidad abrupta en la onda de voltaje incidente en la forma de una inversión de fase. La inversión de la fase resulta cuando parte del voltaje incidente se irradia, en lugar de ser reflejado de nuevo a la fuente. La energía radiada se propaga lejos de la antena en forma de ondas electromagnéticas transversales. La eficiencia de radiación es la relación entre la energía radiada y la energía reflejada. Para radiar más energía, sólo hay que separar más los conductores. 4. Describa un patrón de radiación relativo y un patrón de radiación absoluto. Patrón de radiación es un diagrama polar que representa las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la intensidad del campo eléctrico (E) o de la densidad de potencia (P), se llama patrón de radiación absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la densidad de potencia en relación al valor en un punto de referencia, se llama patrón de radiación relativa. El patrón se traza sobre papel con coordenadas polares con la línea gruesa sólida representando los puntos de igual densidad de potencia (10 mW/m2). Los gradientes circulares indican la distancia en pasos de dos kilómetros. Puede verse que la radiación máxima está en una dirección de 90° de la referencia. La densidad de potencia a diez kilómetros de la antena en una dirección de 90° es 10 mW/m2. En una dirección de 45°, el punto de igual densidad de potencia es cinco kilómetros de la antena; a 180°, está solamente a cuatro kilómetros; y en una dirección de -90°, en esencia no hay radiación. 5. Defina relación frontal a trasero. Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia radiada en una dirección geométrica y la potencia radiada en la dirección opuesta a esta. Cuando esta relación es reflejada en una gráfico con escala en dB, el ratio F/B (Front/Back) es la diferencia en dB entre el nivel de la máxima radiación y el nivel de radiación a 180 grados. Este parámetro es especialmente útil cuando la interferencia hacia atrás es crítica en la elección de la antena que vamos a utilizar. Esta relación, además lo podemos ver desde otro punto de vista, indicando lo buena que es la antena en el rechazo de las señales provenientes de la parte trasera. 6. Describir campo cercano y campo lejano El campo de radiación que se encuentra cerca de una antena no es igual que el campo de radiación que se encuentra a gran distancia. El término campo cercano se refiere al patrón de campo que está cerca de la antena, y el término campo lejano se refiere al patrón de campo que está a gran distancia. El campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que alcanza el campo lejano continúa irradiando lejos y nunca regresa a la antena. Por tanto, el campo lejano se llama campo de radiación. La potencia de radiación, por lo general, es la más importante de las dos; por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano. El campo cercano se define como el área dentro de una distancia D2/⋌ de la antena, en donde ⋌ es la longitud de onda y D el diámetro de la antena en las mismas unidades. 7. Defina la impedancia de radiación y eficiencia de antena. No toda la potencia suministrada a la antena se irradia. Parte de ella se convierte en calor y se disipa. La resistencia de radiación es un poco "irreal", en cuanto a que no puede ser medida directamente. La resistencia de radiación es una resistencia de la antena en ca y es igual a la relación de la potencia radiada por la antena al cuadrado de la corriente en su punto de alimentación. Matemáticamente, la resistencia de radiación es:
Donde: Rr = Resistencia de radiación (ohms) P = Potencia radiada por la antena (Watts) i = Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes) La resistencia de radiación es la resistencia que, si reemplazara la antena, disiparía exactamente la misma cantidad de potencia de la que irradia la antena La eficiencia de antena es la relación de la potencia radiada por una antena a la suma de la potencia radiada y la potencia disipada o la relación de la potencia radiada y la potencia disipada o la relación de la potencia radiada por la antena con la potencia total de entrada. Donde: η= eficiencia de antena (%) Pr= potencia radiada por la antena (watts) Pd= potencia disipada en la antena (watts) 8. Defina la potencia radiada isotrópica efectiva. Durante la primera mitad del ciclo, la potencia se irradia desde la antena, en donde parte de la potencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia que está en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción es similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energía. Por lo tanto, el campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que alcanza el campo lejano continúa irradiando lejos y no regresa a la antena, por lo que se denomina campo de radiación. Debido a que el patrón de radiación se basa en el campo lejano, los patrones de radiación de la antena también se dan en ese campo. 9. Defina la polarización de la antena. La polarización de una antena se refiere sólo a la orientación del campo eléctrico radiado desde ésta. Una antena puede polarizarse en forma lineal (por lo regular, polarizada horizontalmente o verticalmente, suponiendo que los elementos de la antena se encuentran dentro de un plano horizontal o vertical), en forma elíptica, o circular. Si una antena irradia una onda electromagnética polarizada verticalmente, la antena se define como polarizada verticalmente; si la antena irradia una onda electromagnética polarizada horizontalmente, se dice que la antena está polarizada horizontalmente; si el campo eléctrico gira en un patrón elíptico, está polarizada elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un patrón circular, está polarizada circularmente. 10. Defina ancho de haz de la antena. El ancho del haz de la antena es solo la separación angular entre los dos puntos de media potencia (-3 dB) en el lóbulo principal del patrón de radiación del plano de la antena, por lo general tomado de uno de los planos "principales". 11. Defina el ancho de banda de la antena. Es el margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características. Se puede definir un ancho de banda de impedancia, de polarización, de ganancia o de otros parámetros. 12. Como se determina la impedancia de entrada de la antena básica, realizar una descripción matemática. Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la corriente de entrada. [pic]. La impedancia es un número complejo. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la Reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.
HOJA DE LABORATORIO
MEDIDA
SEÑAL INCIDENTE
ROE SWR
LONGITUD DE LA VARILLA(cm)
