Medida de antenas en campo abierto Estudio de la antena Yagi-Uda
Electrodinámica Clásica
Miguel Ángel Solano Vérez y Juan Saiz Ipiña
1. INTRODUCCIÓN En este documento se describe la práctica de laboratorio correspondiente a la medida de antenas en campo abierto y al estudio de una antena Yagi-Uda Antes de comenzar con el desarrollo de la práctica, se va a proceder a describir de forma abreviada los principales elementos que componen el banco de medida que va a ser utilizado. Es necesario que antes de la realización de las prácticas de laboratorio se realice la lectura rigurosa y profunda del presente manual para familiarizarse con los dispositivos y entender la estrategia a seguir para la realización de la práctica.
2. DISPOSITIVOS A UTILIZAR EN LA PRÁCTICA FUENTE DE ALIMENTACION
Permite alimentar mediante tensión y corriente adecuada al generador de señal
GENERADOR DE SEÑAL Conectado a la fuente de alimentación, es el encargado de generar una señal de alta frecuencia y transmitírsela a la ant ena a t ravés de un ej e conduct or rotatori o. El giro calibrado admitido es de 360º con un paso de un grado lo que permitirá medir la antena en un plano horizontal cómodamente, para diferentes direcciones de propagación sin necesidad de rotar el receptor.
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RECEPTOR-SENSOR CON MICROAMPERIMETRO A través de este dispositivo recibiremos la señal emitida por la antena bajo estudio y mediante el microamperímetro podremos conocer diferentes niveles de emisión para distintas direcciones de observación.
El receptor-sensor esta dotado de una antena de tipo dipolo doblado sostenido por un eje vertical no conductor con el fin de evitar perturbaciones y por lo tanto errores en la señal recibida por el microamperímetro. El soporte permite además dos posiciones:
Posición A: Medida para polarización horizontal con respect o al plano de tierra.
Posición B: Medida para polarización vertical con respecto al plano de tierra.
ANTENA TIPO DIPOLO
Emplearemos como elementos activos antenas tipo dipolo. En la imagen se observa una antena tipo dipolo sencillo y una antena dipolo doblado.
Su diagrama de radiación asociado presenta una distribución del campo radiado como se muest ra a continuación.
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Patrón de radiación de un dipolo Componentes del campo radiado infinitesimal colocado en el origen con su referidas al sistema de coordenadas ej e alineado según el ej e Z. esférico asociado al dipolo emisor.
3. BANCO DE MEDIDA Receptor
Sensibi li dad del receptor
Emisor
Potencia del emisor Rotor
CALIBRACIÓN DEL SISTEMA: Dado que nos encont ramos en un escenario no aislado de radiación electromagnética externa y de que existen objetos en los alrededores que pueden interferir en la media, deberemos realizar una serie de ajustes para poder realizar las medidas con un cierto grado de fiabilidad.
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Establecer una distancia entre el emisor y el receptor de entre 1 metro y 2 metros Regular la potencia del emisor en coordinación con la sensibilidad del receptor para aprovechar el mayor rango de escala del microamperimetro.
Tomaremos como punto de partida dos tipos de elementos radiantes clásicos en la construcción de antenas: Dipolo simple λ / 2, representación del diagrama de radiación de campo E.
Dipolo doblado λ / 2, representación del diagrama de radiación de campo E.
Dependiendo de a que distancia deseemos calcular el campo radiado por una antena debemos tener en cuenta que se establecen tres zonas bien diferenciadas. Son −
Región react iva: R1< 0.62(D3 / λ)1/ 2
−
Región de radiación de cercano: R2 < 2D2 / λ
−
Región de campo lej ano: R3 > R2 (onda plana)
(Ver anexo 5.7)
4. PROCESO EXPERIMENTAL: FASE 1: Obt ención del di agrama o pat r ón de radi ación de una ant ena dipol o doblado
El objetivo será trasladar a una representación en diagrama polar los valores obtenidos a través del receptor. Para ello tomaremos sobre el rotor del emisor un origen angular.
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A continuación asociaremos los valores máximos y mínimos detectados a través del microamperimetro al menor y mayor de los radios del diagrama. Igualmente buscaremos la correlación entre la escala del micr oamperimetro y las divi siones para los diferentes radios presente en el diagrama. Una vez sintonizado el banco y observando una señal estable para cualquier dirección de propagación, comenzaremos las siguientes medidas.
a) Realizar pruebas como antenas emisoras los dos tipos de dipolos disponibles. b) Comprobar el tipo de dolarización de ambos dipolos, cruzando si fuera necesario el dipolo receptor.
c) Montar el
dipolo doblado que aparece en la
imagen siguiente y realizar la primera representación de los valores obtenidos a través del receptor para un barrido de 360 grados con paso de 5 grados. Utilizar el diagrama polar facilitado en el anexo 5.1 y 5.2.
d) Añadir como elemento pasivo el
reflector y
realizar idéntica medida que en el paso
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anterior. Dibujar con otro color sobre el diagrama iniciado anteriormente.
e) Añadir como elemento pasivo un primer director y realizar idéntica medida que en el
paso anterior. Dibujar con otro color sobre el diagrama iniciado ant eriorment e
f) Añadir como elemento pasivo el segundo director y realizar idéntica medida que en el
paso anterior. Dibujar con otro color sobre el diagrama iniciado ant eriorment e
Una vez realizadas las medidas ver el anexo 5.3
g) Las medidas habrán sido para un corte o plano concreto, ahora deberá realizarse
con la antena completa (o sea, reflector y directores) una medida para un corte perpendicular al anterior. Superponer el diagrama sobre los anteriores. (Ver anexo 5.4, 5.5 y 5.8)
FASE 2: Int erf erenci a del campo elect r omagnét i co
La experiencia siguiente consiste en observar y establecer una explicación teórica al efect o de llamado “ mult icamino” . En él l as reflexiones de la señal de la ant ena dan lugar a degradaciones en el nivel de potencia o distorsión de la señal. En particular, un camino secundario ligeramente mayor puede ocasionar la cancelación completa del t rayecto principal.
a) Con el banco de mediada sintonizado como en el punto
f de la fase anterior,
tomaremos una placa conductora plana y la aproximaremos gradualmente a la dirección de visión directa emisor receptor. Deberemos observar para diferentes posiciones y orientaciones de la placa, cual es el efecto de la inclusión de este elemento dispersor de campo y por qué hay fluctuaciones muy significativas en la
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recepción del campo dependiendo de la posición y orientación de la placa metálica. (Ver Anexo 5.6)
