U. A. G. R. M. Facultad de Ciencias de la Computación y Telecomunicaciones
MATERIA
SISTEMAS DE COMUNICACIÓN I – ELT374 ELT374 CUESTIONARIO - TEMA #3 PRÁCTICA DE ANTENAS ESTUDIANTE: SÁNCHEZ ARIAS KEVIN GABRIEL REGISTRO: 215054628
SEMESTRE: 1-2018
FECHA: 19 / 05 / 2018
Santa Cruz – Bolivia Bolivia
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GABRIEL RENÉ MORENO - FACULTAD DE TECNOLOGÍA CARRERAS: INGENIERÍA EN REDES Y TELECOMUNICACIONES INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
CUESTIONARIO - TEMA # 3 - ELT 374 1. ¿Qué es una antena? R. Es un elemento metálico normalmente construido en aluminio que convierte las señales eléctricas en ondas electromagnéticas de radiofrecuencia y viceversa. 2. Los parámetros generales de una antena, son: Impedancia Rango de Frecuencia de Utilización Polarización Diagramas de Irradiación Ganancia 3. ¿Por qué es importante conocer la impedancia de una antena? R. Es importante conocer la impedancia de la antena ya que ésta impedancia debe ser igual a la impedancia del cable y también igual a la impedancia del equipo. 4. Una antena esta polarizada verticalmente cuando R. Se dice que una antena esta polarizada verticalmente cuando se la instala en la posición vertical. 5. Una antena esta polarizada horizontalmente cuando R. Se dice que una antena esta polarizada horizontalmente cuando se la instala en la posición horizontal. 6. De acuerdo con el Diagrama de Irradiación, existen los siguientes tipos de antenas: R. Las antenas se clasifican en:
Omnidireccional Bidireccional Direccional
7. Definir qué es ganancia de una antena y en que unidades se mide R. La ganancia de una antena es la relación de la potencia en la dirección de máxima irradiación y la potencia omnidireccional. Las unidades de medida de la ganancia se la da en: Veces, dB, dBi, dBd. 8. Mencionar la diferencia entre las siguientes unidades de medida: dB, dBi, dBd. R. La diferencia de las unidades de medida de Ganancia se la puede definir de la siguiente manera:
dB = dBi - Referencia la Antena Omnidireccional (ISOTRÓPICA) dBd - Referencia la Antena Bidireccional (DIPOLO)
=2,15+
9. Una antena omnidireccional tiene una ganancia de UNA vez o sea CERO dB. 10. ¿Qué impedancia posee un dipolo? ¿y cuál es su diagrama de irradiación? R. La Impedancia de un Dipolo es de Z= 75Ω y su Diagrama de Irradiación es Bidireccional. 11. Indicar dos ejemplos donde se utilizan los dipolos. R. Las aplicaciones que se les da al Dipolo son los siguientes: Como antena receptora de televisión. Como antena transmisora en conjunto de radio y televisión. Como antena transmisora en conjunto de telefonía celular. Como antena receptora de multivisión. 12. Determinar las dimensiones de un dipolo que trabaja en 90 MHz.
= 333 = 83,25 = 90 4 4 3∗10 = 90∗10 = 3,33 = 333 = 333 = 83,25 = 83,25+83,25 = 166,5 4 4
13. Graficar los diagramas de irradiación de los siguientes dipolos cuyas longitudes son: 1/2 longitud de onda, 1 longitud de onda y 3/2 longitud de onda.
: =
: =
: =
14. ¿Qué impedancia posee un dipolo cerrado? ¿y cuál es su diagrama de irradiación? R. Los Dipolos Cerrados tienen una impedancia de Z = 300 Ω y su diagrama de irradiación es Bidireccional. 15. Indicar dos ejemplos donde se utilizan los dipolos cerrados. R. Las aplicaciones de los dipolos cerrados son los siguientes: Como antena transmisora en conjunto de radio y televisión. Como antena transmisora y receptora de radio aficionado. Como antena transmisora de estaciones de radio emisoras de ondas cortas. Para comunicación comercial en la zona rural. 16. Determinar las dimensiones de un dipolo cerrado que trabaja en 10 MHz, ¿A qué altura se instalará dicha antena?
: Separación que debe tener
= 10 3∗10 = 10∗10 = 30 = 300 = = 300 = 150
2 2 = 0,15∗ = 0,15∗300 = 45
R. La antena se deberá instalar a una altura de 45 cm. 17. ¿Qué impedancia posee una antena Marconi? ¿Y cuál es su diagrama de irradiación? R. Una antena Marconi posee una impedancia de Z = 50 Ω y su Diagrama de Irradiación es Omnidireccional.
18. Indicar dos ejemplos donde se utilizan las antenas Marconi. R. Las aplicaciones que tienen las antenas Marconi son las siguientes: Como antena receptora de teléfono celular. Como antena transmisora y receptora de radio móvil. Como antena receptora de radio FM. Como antena transmisora de radio ondas medias. Como antena transmisora y receptora de radio control. 19. Determinar las dimensiones de una antena Marconi para 125 MHz.
= 4
= 125 3∗10 = 125∗10 = 2,4 = 240 240 = = = 120
PUNTO DE TIERRA
4 2
20. Una antena tipo H, posee un diagrama de irradiación DIRECCIONAL y una ganancia de 5 dB o sea 3,16 veces. 21. ¿Qué función tiene el reflector en una antena H? R. Esta antena transforma a la antena que era bidireccional en direccional, aumenta la ganancia de la antena. 22. ¿Qué función tienen los directores en una antena Yagi? R. Los directores de la antena Yagi atrapan la señal y lo llevan al dipolo, para una vez en el dipolo, sea enviado al equipo.
23. Indicar tres ejemplos donde se utilizan las antenas Yagi. R. Las aplicaciones de las antenas Yagi son las siguientes:
Receptoras de canales de televisión. Como antena receptora de teléfono celular. Cuando deseamos hacer un radio enlace entre dos puntos.
24a. Calcular la ganancia en veces de la Antena del Canal 11. Sabemos que la ganancia de la Antena del Canal 11, es de:
→ = 8 =2,15+ =2,15+8 = =10,15 = 10 = 10, = , 24b. ¿Qué tipo de antena es? R. Comparando los valores de la Ganancia en dB, se trata de una antena Yagi. Ya que su Ganancia en dB estándar es de 7 dB. 24c. Dibujar su diagrama de irradiación.
DIAGRAMA DE IRRADIACIÓN: DIRECCIONAL
24d. ¿Cuál es la polarización de la onda de radiofrecuencia que emite la antena? R. La polarización de la onda de radiofrecuencia que emite la antena es de polarización horizontal. 24e. ¿Por qué se ha instalado varias antenas en conjunto? R. Se las instala de esa manera para obtener mayor ganancia, que es el principal objetivo. 25a. Explicar cómo funciona el sistema irradiante que trabaja en SHF.
Se utiliza en SHF para recibir señales del satélite. La antena está conectada en el foco. Toda la señal llega al receptor y rebota en el foco (antena). El reflector parabólico trabaja en conjunto con la antena tipo corneta o bocina en la banda SHF. El reflector parabólico concentra en el foco la potencia de la señal que llega al reflector. En el foco se instala la antena. 25b. En un cuadro, mostrar las cinco diferencias entre el Reflector Parabólico, el foco y el Offset. PARÁMETRO
FOCO PRIMARIO
OFFSET
Foco
En el Centro
Rendimiento
60 %
Diámetro del Reflector Bandas Satelitales de Trabajo
GRANDE >= 1,80 m
Fuera del Centro 70 % (porque la antena está fuera del centro PEQUEÑO < 1,80 m
Banda C
Banda Ka, Ku
Problemas
Interfiere la nieve
Interfiere la lluvia, ruido solar, nieve.
26. Se tiene un reflector parabólico de 45 cm. de radio y recibe una señal del satélite de 14,5 GHz. Calcular la ganancia en veces, dB y dBd de dicho reflector.
→ = 14,5 3∗10 . = 14,5∗10− = 0,021 ∗100 = 2,1 . = 45 → á = 2∗ = 2∗45 = 90 1 ∗ 1 ∗90 . = 2 ∗[ ] = 2 ∗[ 2,1 ] =9063,92 . =10log =10log9063,92 = 39,57 . =2,15+ =2,15+39,57=41,72 27. Dada la distancia focal del Sistema Irradiante de la página 67 que recibe en 4,26 GHz. Determinar: a) El diámetro del reflector [m]
→ = : =0,38∗ = , = , = 2397,37 = 239,737 = 2,397 b) La ganancia en veces
→ = 4,26 3∗10 = 4,26∗10− = 0,070 ∗100 = 7 1 ∗ 1 ∗239, 7 37 = 2 ∗[ ] = 2 ∗[ 7 ] = 5788,204
c) La ganancia en dB
=10log =10log5788,204 = 37,62 d) ¿Qué tipo de reflector es? R. El tipo de reflector para este caso es de Tipo Foco Primario, ya que su diámetro es muy grande, y es mayor que 1,80 m según la tabla de comparación. e) ¿Cuál es su rendimiento? R. Su rendimiento en este caso, como es de Tipo Foco Primario es de 60 %. f) ¿En qué banda satelital trabaja? R. La Banda Satelital de Trabajo es en la Banda C. 28. Una antena tipo corneta (alimentador) posee una impedancia de 600 Ω y su diagrama de irradiación es Direccional. 29. Las cuatro funciones del LNB son:
Amplificar. Ésta tiene una ganancia de 60 dB, y aumenta un millón de veces la señal. Conversor de frecuencia. SHF/VHF y viceversa.
Adaptador de impedancia. 600/75 Ω
Disminuye el ruido cósmico.
30. La función del servomotor es: R. Cambiar la posición del colector a horizontal o vertical debido a la polarización de la onda que puede ser horizontal o vertical. 31. Calcular el ángulo de elevación y azimut, para captar el Satélite Tupac Katari, si se desea instalar el reflector parabólico en el domicilio del estudiante (usar fórmula e internet) para una frecuencia de 126 GHz. Además se debe calcular la distancia del punto al Satélite.
∗ á ://./ ∗ é () 87º
∗ ó .
∗ :
= é = 54,5 ñ = 17,457
∗ :
é = 36723.8 ó = 17.79° 63.14° Á ó = 55,7° ó = 51.6° = 304.6°
FORMULAS
Á ó (EL) =,° ( Cálculo de Internet) ∗ donde r es la distancia al Satélite (km) =90°+ −,∗ 1,73746∗10 36723, 8 =90°+ 12734∗36723,8 = , ° Á ()= 17.79° () = 63.14° () =87°
La fórmula será la siguiente:
) = ( () 14° 87°) = (63.(17. 79°) = ,° Á í é ó = cos( ) ∗cos() = cos(63.14° 87°) ∗cos(17.79°) = 145,66°
a) ¿Qué tipo de reflector se instalará? R. Se deberá instalar un tipo de reflector Offset, ya que para Bolivia, la banda satelital de trabajo es Banda Ku y Ka. b) ¿En qué banda satelital se trabaja? R. La Banda Satelital en la que se trabaja para Bolivia, es de Banda Ku y Ka. c) Calcular la ganancia del reflector en veces y en dB.
→ = 126 3∗10 = 126∗10− = 0,00238∗100 = 0,238 = . : =0,38∗ = , = ., =96641,579 1 ∗ 1 ∗96641,579∗10 = 2 ∗[ ] = 2 ∗ 0,00238 =,∗ =10log =10log8,136∗10 = , 32. Determinar el EIRP en W. para el ejercicio anterior
→ = = é =10log[1 ] → = 10 = 10 = 10, =281838,2931
33. Indicar en un cuadro las bandas de frecuencia para los satélites geoestacionarios. BANDA C Ku Ka
FRECUENCIA ASCENDENTE (GHz) 5,925 - 6,425 14,0 - 14,5 27,5 - 30,5
FRECUENCIA DESCENDENTE (GHz) 3,7 - 4,2 11,7 - 12,2 17,7 - 21,7
PROBLEMAS Interferencia Terrestre Lluvia Lluvia
34. ¿Qué función tiene el colector de la antena corneta? R. La función que cumple el colector es que convierte las señales de ondas de radiofrecuencia en corriente eléctrica.
SEGUNDA PARTE - UTILIZACIÓN PRÁCTICA DE ANTENAS
ANTENA YAGI PARA RADIO ENLACE PUNTO A PUNTO EN VHF O UHF. 1. Describir el principio de funcionamiento de la antena señalada. La antena Yagi está formada por un elemento alimentado (conectado al emisor o al receptor) formado por un simple dipolo o un dipolo doblado. En la antena Yagi, todos los elementos irradian de manera comparable.
La corriente que circula en el elemento alimentado irradia un campo electromagnético, el cual induce corriente en los elementos de la antena. Las corrientes inducida en esos elementos irradian también campos electromagnéticos que a su vez inducen corriente en los demás. Finalmente la corriente que circula en cada uno de los elementos es el resultado de la interacción entre todos los elementos. 2. Mostrar por lo menos dos fabricantes de este tipo de antena, indicando las características técnicas de las antenas que fabrica. Como mínimo indicar: a) b) c) d)
El Valor de la Impedancia El rango de frecuencia de utilización El diagrama de irradiación La ganancia de la antena
Podemos mencionar a dos empresas que proporcionan dichas antenas, las cuales son: 1) Empresa VIMESA S.A. - Origen: Madrid - España - Ubicación: Calle Batalla de Brunete, # 48 - Email:
[email protected] - Página www.vimesa.es 2) Empresa OMB SISTEMAS ELECTRÓNICOS S.A. - Origen: Florida - EEUU - Ubicación: Polígono Industrial Centrovía, Calle # 6 - Email:
[email protected] - Página: www.omb.com DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO 375 MHz a 512 MHz
Fabricadas en aluminio electro soldado. Óptimo rendimiento en gran ancho de banda. Optima relación Frente-Espalda. Antena de gran robustez y durabilidad. Pintados con EPOXY negra para evitar el hielo. Balun protegido con polietileno (excepto -12 elementos) Conector estándar N hembra. Herrajes incluidos Diagrama de Irradiación: Direccional
ESPECIFICACIONES
Polarización Vertical u Horizontal Frecuencia: 375 – 512 MHz Ancho de banda (MHz): 80 Impedancia 50 Ohms Potencia Máx. 150 Watios
Montaje sobre mástil de 30-58 mm diámetro Relación Frente-Espalda 20 Db
3. Describir el procedimiento de instalación de la antena. Las antenas Yagi deben ser montadas con un soporte o abrazadera (incluido) y colocadas en dirección horizontal, hacia la torre más cercana. Nunca se coloque frente a la antena, pues su cuerpo puede alterar los patrones de señal. No instale en condiciones de lluvia o humedad, cerca de cables de corriente eléctrica y en condiciones de tormenta. La ANTENA YAGI se sujeta a un mástil utilizando la abrazadera en U incluida, apretando las tuercas hasta lograr que la antena no gire sobre el eje del mástil. Debe de quedar en posición horizontal. LUEGO: Una vez ubicado el lugar del domicilio donde se instalará el equipo, se debe determinar la longitud del cable (se incluyen 10 o 15 mt.) recomendándose atar el cable sobrante. Para proceder enseguida a colocar el conector del extremo del cable. Una vez montada se ven más altas que el resto de los edificios y se dirigen hacia carreteras y caminos transitados, poblaciones (donde se ubican las torres). Cuando no se tiene línea de vista al sitio celular, se puede utilizar el celular fijo directamente o móvil cuando instala amplificador (siempre que sea un modelo con pantalla), orientando la antena en la dirección donde se logre obtener la señal más alta mostrada en el display del mismo equipo. Ya terminada la orientación de la Yagi, se procede a fijar el mástil, utilizando tres o cuatro alambres como tensores, de tal forma que no tenga ninguna movilidad ni giro del mástil. 4. Otra información que consideren importante. Aunque utilizadas habitualmente como antenas receptoras, las antenas Yagi son también una opción muy válida para radiodifusión. En tal caso, se escogen con diagramas de radiación de gran ancho de haz y se colocan en configuraciones en array para configurar la zona de cobertura.
Sus ganancias son más elevadas, pudiendo llegar a los 15 dBd o superiores, especialmente si se utilizan reflectores. Su ganancia depende fundamentalmente del número de elementos (dipolos). Se emplean habitualmente con polarización vertical u horizontal, aunque también existe la posibilidad de emplear configuraciones de Yagis cruzadas con el fin de conseguir polarización circular, en este último caso con aplicación en emisiones de radio FM. 5. Bibliografía http://www.vimesa.es/sites/default/files/YAGIS%20UHF.pdf http://omb.com/es/sistemas-electronicos/antenas/radioenlaces/ http://bibliotecadigital.tamaulipas.gob.mx/archivos/descargas/ce508 0b9d_AnonimoCursodeAntenasparaFrecuenciasdeVHFyUHF.pdf
6. Anexos
