CURSO DTR-3 ANTENAS TEORÍA Y EXPERIMENTOS DE LABORATORIO DEGEM ® SYSTEMS
CURSO DTR-3
ANTENAS
TEORÍA Y EXPERIMENTOS DE LABORATORIO
DEGEM® SYSTEMS
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
2
Copyright © 2007 by I.T.E. Innovative Technologies in Education.
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ninguna 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 estos
pueden modificarse en cualquier momento sin notificación previa.
Primera edición en español impresa en: 0227
Cat. No. 9032672130 (Sp, Degem, Uni).
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
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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:.................................................................................................................................................11
Generador de tonos: ........................................................................................................................................11
Acoplador direccional: ....................................................................................................................................11
Stub de adaptación: .........................................................................................................................................11
Goniómetro: .....................................................................................................................................................11
Conjunto detector:...........................................................................................................................................11
Mástil y pedestal de la antena coaxial (Transmisor) ......................................................................................12
Mástil del conjunto detector (Receptor): ........................................................................................................14
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 ..................................................................................................................23
MODELO DE RADIACIÓN ..........................................................................................................................24
DIAGRAMAS POLARES...............................................................................................................................24
ÁNGULO DE APERTURA Y GANANCIA DEL LÓBULO PRINCIPAL ..................................................24
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4
POSICIÓN Y MAGNITUD DE LOS LÓBULOS LATERALES..................................................................25
ANCHO DE BANDA .......................................................................................................................................26
RELACIÓN F/E (FRENTE/ESPALDA) DE LAS POTENCIAS RADIADAS .............................................26
APERTURA / ÁREA DE CAPTURA.............................................................................................................26
POLARIZACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO ...........................................................................................27
EXPERIMENTO 1: CONFIGURACIÓN, PUESTA EN MARCHA, Y VERIFICACIONES DE FUNCIONAMIENTO. .......................................................... 28
Dipolos simples: ............................................................................................................... 29
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 UNA DISTANCIA 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" ( YAGI UDA 5 ELEMENTOS DIPOLO PLEGADO). ........................................................... 44
EXPERIMENTO 13: ANTENA "YAGI UDA 3 ELEMENT FOLDED DIPOLE" (YAGI UDA 3 ELEMENTOS DIPOLO PLEGADO). ............................................................ 46
EXPERIMENTO 14: ANTENA "YAGI UDA 5 ELEMENT SIMPLE DIPOLE" (YAGI UDA 5 ELEMENTOS DIPOLO SIMPLE). ................................................................ 47
EXPERIMENTO 15: ANTENA "YAGI UDA 7 ELEMENT SIMPLE DIPOLE" (YAGI UDA 7 ELEMENTOS DIPOLO SIMPLE). ................................................................ 48
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
5
EXPERIMENTO 16: "/2 PHASE ARRAY " (SISTEMA DE RADIACIÓN
LONGITUDINAL DE FASE /2). .............................................................................. 49
EXPERIMENTO 17: "/ 4 PHASE ARRAY" (SISTEMA DE FASE /4). .................. 51
EXPERIMENTO 18: ANTENA "CUT PARABOLOID REFLECTOR" ( PARABÓLICA REFLECTOR). ......................................................................................................... 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 ANTENA COLINEAL COMBINADO). ..................................................................................... 61
EXPERIMENTO 24: "BROAD SIDE ARRAY" (SISTEMA DE RADIACIÓN TRANSVERSAL). .................................................................................................... 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 DE μA A DBμA. ................................................ 71
ACCESORIOS A ENVIAR CON EL EQUIPO DTR-3............................................... 72
INTRODUCCIÓN
El entrenador de antenas DT-3 de DEGEM es un conjunto experimental para que los
estudiantes puedan aprender acerca de las características de las diferentes antenas. El
entrenador esta diseñado para que los estudiantes puedan tomar las lecturas y trazar los
gráficos polares por sí mismos, y así poder comprender el tema en estudio. En caso de
necesidad 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 para
su mayor durabilidad, y montado en vidrio de epoxy PCB para que sea más fácil su armado y
desarmado.
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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 cada entrenador.
“Equipo de antena” para fabricar una antena especial.
Diseño compacto.
Liviano.
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ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Generador 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 corredizo
Rotación de la antena: 0- 360 grados, resolución 1 grado de transmisor y receptor
con los mástiles suministrados
Antena receptora: Dipolo plegable con reflector
Visor Detector: Incorporado con nivel de medición ajustable
Fuente de alimentación: 220V ±10%, 50Hz
Consumo de potencia: 3 VA (aprox)
Interconexiones: 4 mm conectores banana
Dimensiones (unidad
principal):
520 x 300 x 120 mm
Peso: 2.8 Kg aprox
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DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
El equipo de entrenamiento consiste de: Unidad principal, caja de accesorios que contiene las
antenas, 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 parte
superior que muestra el diagrama de simulación del entrenador. Ver figura 1.
La unidad principal consiste de:
1. Fuente de alimentación Incorporada.
2. Generador RF
3. Generador de tonos
4. Acoplador direccional
5. Stub de adaptación
6. 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 opera
aprox. a una frecuencia de 750 MHz La razón es por el tamaño reducido de las antenas. El
mayor es la frecuencia, el más pequeño es el tamaño de las antenas y el tamaño del equipo de
entrenamiento en su conjunto. Esto da la ventaja de un funcionamiento del sistema más
óptimo 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 circuito
abierto). En casos extremos el generador detiene las oscilaciones y se engancha para su
protección. La operación normal se restaura poniendo la perilla a cero o apagando la
fuente de alimentación, y otra vez encender la fuente.
Generador de tonos:
Suministra una amplitud de onda senoidal ajustable (aprox 2vpp, 1 khz) para modulación del
generador de RF.
Acoplador direccional:
Permite realizar mediciones separadas de flujo de potencia de la onda progresiva (del
generador a la antena) y de la onda reflejada (de la antena al generador). Se utiliza durante los
experimentos 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 antenas.
Stub de adaptación:
Es un troncal de la línea de transmisión construido en el PCB, provisto con un cursor
deslizante 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 conector
BNC hembra que lleva la potencia de RF al mástil de la antena y actúa como pivote para el
mástil de la antena La base del mástil tiene una marca de índice de referencia para ajustar la
escala 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 de
radiación, o también para montar una antena en una base, y precisar su posición y
orientación precisa y resultados de medición estacionarios.
4. Las abrazaderas de fijación orientables permiten montar al detector vertical u
horizontalmente en el pedestal, para la detección de ondas polarizadas vertical u
horizontalmente.
5. El dipolo plegable como antena receptora, suministrado con un reflector para reducir
posibles perturbaciones a las mediciones debido a la reflexión de ondas de los objetos y
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 conectores
rojo y negro del detector, para así poder conectar instrumentos de medición externos
(osciloscopio). Esta señal demodulada aparece superpuesta a un nivel de CC, que refleja
la 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 el
disco circular de la base, y se fija por medio de unos tornillos laterales (Ver figura 3). El
armado 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 BNC
inferior 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 central
del goniómetro (Entrada de RF)
Mástil de la
antena
Base
Inserte este lado
Tornillo
lateral
Alimentación de la antena
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Mástil del conjunto detector (Receptor):
Esta unidad es para el armado del conjunto detector. Proceda según las siguientes
indicaciones. 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 mano
con un perno tensor redondeado.
El conjunto detector viene provisto con los elementos necesarios para montar la antena
receptora 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 según el requisito de alineación
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ANTENAS: Conceptos básicos
Esta sección es una breve descripción acerca de algunos aspectos teóricos importantes
relacionados al funcionamiento de este entrenador. Esta presentación del tema de ningún
modo pretende ser profunda, simplemente pretende servir como una guía para ayudar al
estudiante a relacionar lo ya aprendido en el curso teórico con el hardware que tiene enfrente.
Líneas de transmisión:
Las líneas de transmisión se usan para transportar energía desde una fuente (generador) a una
carga. Los generadores son fuentes de tensión sinusoidal. La tensión sinusoidal aplicada a la
entrada de la línea determina la corriente sinusoidal en la misma. Llamamos onda al conjunto
de tensión y corriente sinusoidal.
La onda se propaga a lo largo de la línea. El concepto de onda viajera desde una fuente a
través de una línea está en armonía con la idea de energía que fluye del generador a la carga.
Supongamos ahora que nuestra línea de transmisión, en lugar de ser de largo infinito, está
cortada y cortocircuitada en una cierta longitud.
Figura 6
Onda 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 energía
que incide en el cortocircuito debe ir a alguna parte.
Introduciendo una corriente alterna en la línea, en el cortocircuito existirá siempre un punto
de mínima tensión y de máxima intensidad.
El efecto es equivalente al de una onda que rebota contra una pared, invierte su sentido y
retorna 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 un
voltímetro o amperímetro de radiofrecuencia se observa que son máximos en unos puntos de
la 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 onda
incidente. Simplemente es la onda incidente pero revertida.
Podemos extender nuestra narrativa, con un razonamiento no matemático en la línea
cambiando el cortocircuito por un circuito abierto y, luego, con una carga genérica cualquiera.
El caso de circuito abierto se produce el mismo efecto, con la diferencia de que la tensión y la
intensidad se han invertido. En el extremo abierto la tensión es máxima y la intensidad
mínima Cuando la línea está adaptada o equilibrada, es decir terminada en una carga
adaptada 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 la
línea.
Cuando una línea está terminada con una carga de adaptación, no hay ninguna onda reflejada,
por consiguiente la energía transferida de la línea a la carga (en nuestro caso son antenas), es
máxima.
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MECANISMO DE LA RADIACIÓN Y EVOLUCIÓN DEL DIPOLO
Consideremos la línea de transmisión de circuito abierto de la fig 7. Se ve que la onda directa
y la reflejada se combinan para formar un modelo de onda estacionaria en la línea, con una
tensión antinodo en al punto de circuito abierto, sin embargo no toda la energía de la onda
directa es reflejada por el circuito abierto.
Radiación desde la línea de transmisión
Fig 7
Como se puede ver, una pequeña porción de la energía electromagnética se escapa del
sistema, siendo así irradiada. Esto ocurre porque las líneas de fuerza, que viajan hacia el
circuito abierto, se requieren para pasar a completar una fase reversa al ser alcanzada. No
todas están disponibles para esto, pues poseen el equivalente de inercia mecánica, y así
algunas se escapan, debemos añadir que la proporción, de ondas que se escapan del sistema
en 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 la
transmisión, vemos que existe una desadaptación, y así una pequeña porción de energía se
disipa en esta "carga."
Y segundo, puesto que los dos conductores están muy cercanos entre sí, es claro que la
radiación de una punta casi cancelará la de la otra. Esto se debe a que tienen polaridades
opuestas, y a una distancia muy pequeña en comparación a la longitud de onda.
Recíprocamente, ésta también es la razón por lo cuál las líneas de transmisión de conductores
paralelos no radian a bajas frecuencias.
La solución para este problema puede ser un "alargamiento" del circuito abierto, es decir
extender los dos alambres, como se ve en la figura 8. Así hay menos probabilidad de
cancelación de la radiación entre las dos puntas del alambre. De la misma manera, la
radiación de la línea de transmisión se acopla mejor al espacio circundante. Ésta es otra forma
de 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 verán
con mayor dificultad retornar al extremo en inversión de fase. Así todo apunta a un aumento
de la radiación.
Hacia el
generador
Tensión de onda estacionaria Radiación Evolución Del Dipolo
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Fig 8
La eficacia de la radiación de este sistema se mejora más aun cuando los dos alambres se
doblan poniéndolos en una misma línea como en la figura 8. El campo eléctrico (y también el
magnético) ahora se acopla totalmente al espacio circundante, en lugar de confinarse entre los
dos alambres, dando como resultado una radiación máxima posible. A este tipo de radiador se
lo llama dipolo. Cuando la longitud total de los dos alambres es la mitad de una longitud de
onda, la antena se llama dipolo de media longitud de onda o medio lambda. Tiene la forma
indicada en la fig.8. La razón para este aumento es que los dipolos de media onda pueden
considerarse como que tienen las mismas propiedades básicas (desde el punto de vista de
impedancia) como una longitud similar a la línea de transmisión. En consecuencia, tenemos la
antena que se comporta como una pieza de línea de transmisión de cuarto de onda doblada
para afuera, y de circuito abierto en sus extremos. Este resulta en una alta impedancia alta en
los extremos de la antena, reflejados como baja impedancia en los extremos conectaos a la
línea de transmisión principal. Esto a su vez, significa que una gran corriente fluirá a la
entrada 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 de
tensión (y corriente) a lo largo de la línea. La Fig 9 muestra un modelo de ROE a lo largo de
la línea con una carga desadaptada, que nos permitirá entender el concepto de ROE. El ROE
es un índice de la desadaptación existente entre la carga y la línea que lo alimenta. Cuando el
ROE es igual a 1 estamos en el caso de perfecta adaptación, algo imposible de alcanzar en la
práctica, y en líneas abiertas o en corto el ROE tiende a alcanzar valores muy altos (infinito)
En la práctica se considera una buena adaptación en un sistema de antena a los valores de
ROE que se encuentran en el rango entre 1.4 a 2, mientras que en nuestro sistema de
entrenador aceptamos valores más grandes. Esto se debe a que si bien el objetivo principal en
el diseño de muchos sistemas es la máxima transferencia de potencia, en el sistema de
entrenamiento el objetivo es brindar una comoda y útil operación en conjunto con una simple
construcción.
Fig 9
Generador Carga
1/2 long de onda
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ACOPLADOR DIRECCIONAL
Para saber cuál es la dirección de viaje de la potencia, así como la cantidad de la misma, hay
dispositivos sensibles con diodos incluidos como elementos del circuito.
El acoplador direccional de la figura 10 consiste de dos troncales de línea colocados a lo largo
de la línea de transmisión principal que transportan la energía desde el generador a la antena.
La potencia que viaja desde la entrada a la salida del dispositivo provoca tensiones inducidas
en los lazos superiores e inferiores. En la parte inferior, gracias a los diodos conectados en
directa, habrá tensión a través de los dispositivos sensibles, mientras que esto no sucederá en
el lazo superior. A medida que la potencia viaja desde la carga al generador, la situación se
revierte, el lazo superior sensará, el inferior no.
Por consiguiente el dispositivo de la figura 10 permite medir por separado la potencia directa
y la inversa.
Fig 10
El procedimiento práctico para usar el acoplador direccional para medir el ROE es el
siguiente:
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 el
nivel de RF)
Ahora coloque el interruptor en la posición REVERSE (inversa). Anote la lectura. Calcule el ROE (SWR, por sus siglas en inglés) con la siguiente fórmula.
FOR + REV 100 + REV
SWR = o
FOR- REV 100- REV
Del generador Hacia la carga
Directa Inversa
Ajuste a fondo de escala
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ADAPTACIÓN DE ANTENA
Consideremos una línea de transmisión cortocircuitada, con una longitud de onda de ¼ de
lambda de la señal desde el generador.
En el extremo del cortocircuito habrá una tensión nula y una corriente máxima, mientras que
en el otro extremo (lado del generador), observaremos la situación opuesta: tensión máxima y
corriente cero. Por consiguiente la línea aparece para el generador como de impedancia
infinita, pues no fluye ninguna corriente.
Consideremos ahora una línea de media longitud de onda, cortocircuitada en el extremo
opuesto del generador.
El punto de unión del generador a la línea será un valor de tensión nulo, punto de corriente
máxima. 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 de
onda, 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 para
una 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 si
consideramos el modelo de la corriente junto al de la tensión, veremos que en el intervalo de
longitud de ½ a ¼ la impedancia va de 0 a infinito y es capacitiva, mientras que en la
longitud 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 desde
el generador poniendo en paralelo a la carga desadaptada un troncal de línea puesta en
cortocircuito de una longitud apropiada. Ver figura 11. Estos dispositivos generalmente se
llaman los Stubs de adaptación.
Fig 11
Línea de transmisión
Generador
Carga
Stub de
adaptación
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Un Stub de adaptación de longitud variable puede ajustarse para tener una impedancia
reactiva igual en amplitud y opuesta en signo de una carga desadaptada, para así cancelar el
componente 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 radiación
electromagnética. Pueden ser isotrópicas, omnidireccionales o direccionales.
Una antena isotrópica es una antena hipotética que radia uniformemente en todas las
direcciones para que el campo eléctrico en cualquier punto en una esfera (con la antena en su
centro) tenga la misma magnitud. En la práctica es imposible obtener una antena de radiación
isotrópica, pues la misma debería ser una fuente puntual. El equivalente más cercano a una
antena isotrópica es un dipolo Hertziano.
Se llama así al dipolo que es muy pequeño en comparación con a su longitud de onda que es
aproximadamente una centésima de la longitud de onda en su frecuencia de trabajo; incluso
en este caso el modelo tampoco es isotrópico.
Una antena omnidireccional irradia uniformemente en un plano determinado. Ejemplos de
antenas omnidireccionales son los monopolos, dipolos, etc. La radiación de un dipolo vertical
es 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 particular.
Algunos ejemplos de antenas direccionales son las Yagi UDA, Periódica logarítmica, y
Helicoidal.
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CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES DE LAS ANTENAS
Al escoger una antena para una aplicación particular lo hacemos según sus principales
características físicas y eléctricas. Es más, una antena debe comportarse de una manera
deseada para una aplicación particular. Se puede caracterizar una antena por los siguientes
factores (no todos son aplicables a todos los tipos de antena). La mayoría de las
características 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 los
planos horizontales y verticales para las antenas instaladas en la tierra. Algunas
características como el Ángulo de apertura y lóbulos laterales son iguales en ambos planos
para antenas simétricas como las helicoidales y reflectoras. Otras características como la
ganancia de alineación (es decir donde se cortan el acimut y los planos de elevación) puede
tener sólo un valor único. En general, para las antenas asimétricas las características son
diferentes en los dos planos principales.
RESISTENCIA DE RADIACIÓN
Podemos considerar una antena como una carga que termina la línea de transmisión que lo
alimenta. En el caso ideal esta carga tendrá impedancia que es puramente resistiva, es decir,
la carga no tendrá ningún componente reactivo, ya sea inductancia o capacitancia. En la
práctica, la impedancia de una antena está compuesta por una impedancia propia, y una
impedancia mutua. La impedancia propia es la impedancia que se mediría en los terminales
de la antena cuando se encuentra en el espacio libre, sin que haya en la vecindad ninguna otra
antena u objetos que provoquen reflexiones. La impedancia mutua responde al acoplamiento
entre la antena y cualquier otra fuente. Cuando la antena está suficientemente aislada de otros
objetos, esta impedancia mutua tiende a cero. Por otro lado, en algunas antenas como las Yagi
el funcionamiento depende del acoplamiento mutuo entre el elemento accionado y los otros
elementos pasivos parasitarios.
Cuando la antena tiene la misma impedancia como la línea de transmisión que lo alimenta, se
dice que la antena está adaptada a la línea. Cuando esto ocurre, se transfiere la máxima
cantidad de potencia de la línea de transmisión a la antena. En general la impedancia de la
antena no es igual que la de la línea de transmisión. Cuando la línea de transmisión es una
impedancia resistiva pura y la antena tiene impedancia que contiene un componente resistivo
de valor diferente, así como una parte reactiva, la transferencia óptima de potencia se puede
lograr con el uso de circuitos de sintonización entre la línea de transmisión y la antena. En
general, estos circuitos consisten en un circuito LC con una capacitancia variable para
proporcionar la máxima transferencia de potencia.
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
24
MODELO DE RADIACIÓN
La antena es un dispositivo recíproco, lo significa que irradia o recibe energía
electromagnética de la misma manera. Así, aunque el modelo de radiación se identifica con
una 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 con
el receptor y transmisor. La antena irradia la mayor cantidad de energía a lo largo de su
referencia 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 características
eléctricas, así como sus dimensiones físicas. Se mide a una distancia constante en el campo
lejano. El modelo de radiación de una antena normalmente se traza con referencia a una
potencia relativa. La potencia en la referencia de alineación que está en la posición de
potencia máxima irradiada, normalmente se traza a 0 grados; así, la potencia en todas las otras
posiciones aparece como un valor negativo. En otros términos, la potencia irradiada se
normaliza a la potencia de la referencia de alineación. La razón principal para el uso de dB en
lugar de potencia lineal es que la potencia en los nulos es a menudo del orden de 10,000 veces
menor que la potencia en la referencia de alineación, lo que significa que las escalas tendrían
que 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 trazan
después de convertirlas a dB. En este manual se suministra una carta de conversión. También
en el final del manual se suministra el procedimiento para normalizar las lecturas. El
estudiante puede escoger cualquier procedimiento para trazar el diagrama polar.
El modelo de radiación se mide normalmente en los dos planos principales, a saber, el acimut
y el de elevación. La relación en dB de energía radiada en función de la energía recibida se
traza en función del ángulo que se toma con la dirección de la referencia de alineación. Si la
antena no es físicamente simétrica en cada uno de sus planos principales, entonces es de
suponer que su modelo de radiación en dichos planos sea asimétrico. El modelo de radiación
se puede trazar usando coordenadas cartesianas rectangulares o polares.
DIAGRAMAS POLARES
En un diagrama polar los ángulos se trazan radiálmente desde la referencia de alineación, y
los niveles (dBuV / dBuA) se trazan a lo largo del radio. Los ángulos se pueden seleccionar a
cualquier intervalo deseado. Sin embargo escogiendo de 5 grados o 10 grados es suficiente.
También es posible escoger de a 1 grado en el entrenador, pero esto no proporciona ningún
beneficio especial pues las lecturas no cambiarán mucho, y consumirán más tiempo. El
diagrama polar da una representación gráfica del modelo de radiación de la antena y es mucho
más fácil de visualizar que los diagramas rectangulares. El estudiante entenderá con mayor
facilidad 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 más
conocida es la de 3dB o media potencia de ancho del haz, sin embargo también se usa la de
10dB de ancho del haz, en especial para antenas con haz muy estrecho. El ángulo de apertura
de -3dB o de media potencia de una antena se toma como el ancho en grados entre los puntos
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
25
a cada lado del lóbulo donde el nivel de potencia irradiada disminuye en 3 dB respecto del
nivel máximo. El valor de -10 dB de una antena se toma como el ancho en grados entre los
puntos a cada lado del lóbulo donde el nivel de potencia irradiada disminuye en 10 dB
respecto del nivel máximo. La definición de IEEE de ganancia de una antena relaciona a la
potencia irradiada por la antena respecto de la irradiada por una antena isotrópica (la radiación
es igual en todas las direcciones) y se cita como una relación lineal o en decibeles referidos a
una isotrópica (dBi, i: para isotrópica). Cuando decimos que la ganancia de una antena es,
por ejemplo, 20 dBi (100 en términos lineales) queremos decir que una antena isotrópica
tendría que radiar 100 veces más potencia para dar la misma intensidad a la misma distancia
en esa dirección particular de la antena.
El modelo de radiación de una antena muestra la potencia en la referencia de alineación como
el 0 dB, y la potencia en otras direcciones como valores negativo. La ganancia en todas las
direcciones se traza en relación a la ganancia de la referencia de alineación. Para encontrar la
ganancia absoluta en cualquier dirección se debe conocer la ganancia en la referencia de
alineación. Si esta ganancia se expresa en decibeles, (lo que sucede en general) entonces este
valor simplemente se puede agregar a la ganancia a cualquier punto para así obtener la
ganancia absoluta. La ganancia absoluta en la referencia de alineación se mide por
comparación con la ganancia de una antena normal que opera como una antena de referencia
cuya 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 referencia.
Estrictamente todas las crestas en cualquier lado del lóbulo principal son lóbulos laterales.
Sin embargo, en la práctica sólo los lóbulos "más cercanos"; es decir aquéllos qué son
adyacentes a cada uno de los lados de la de los máximos de la referencia, los llamamos
lóbulos laterales. Sus parámetros de amplitud y ángulo se pueden medir con facilidad con el
uso del diagrama polar. Para una antena que es simétrica alrededor de su eje principal, el
modelo de radiación en general también es simétrico. Así, el nivel de los lóbulos laterales en
los lados opuestos del haz principal será el mismo. El valor medio se toma donde los dos
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
26
lóbulos laterales son diferentes. El nivel absoluto de los lóbulos laterales se puede calcular
sólo 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 recibir
frecuencias diferentes. Se refiere al rango de frecuencia en la cual el funcionamiento es
satisfactorio, y generalmente se toma entre los puntos medio de potencia en la dirección de
radiación máxima. El ancho de banda es el rango de frecuencias que la antena puede recibir (o
irradiar) con una eficiencia de potencia de 50% (0.5) o más o una eficiencia de tensión de
70.7% (este es el punto de 3dB). El rango de frecuencia de operación se especifica
nombrando las frecuencias superior e inferior, pero el ancho de banda se lo menciona en
general como un valor relativo. El ancho de banda normalmente se expresa en alguna de las
siguientes maneras:
1. Como porcentaje o,
2. Como un fragmento o múltiple de una octava (Una octava es una banda de frecuencias
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 en
octavas, se debe nombrar frecuencia inferior y su frecuencia superior.
RELACIÓN F/E (FRENTE/ESPALDA) DE LAS POTENCIAS
RADIADAS
La relación entre lóbulos frontales y traseros es una medición de la habilidad de una antena
direccional de concentrar el haz en la dirección delantera requerida. Se define como la
relación de la potencia máxima en el haz principal (referencia) con respecto al lóbulo
opuesto. 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, entonces
la relación frontal delantera de la antena es de 35 dB; en términos lineales significaría que el
nivel 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 eficaz
de la antena y se puede calcular de la potencia recibida y se compara con la densidad de
potencia de la señal que se está recibiendo
Si:
S = la densidad de potencia de la onda en Watts / metro cuadrado
A = área de captura de de la antena
P = Potencia total absorbida por la antena
Luego
El tamaño de la apertura se puede definir de dos maneras; expresado en función del tamaño
físico real en metros, o expresado en función de la longitud de onda. Por ejemplo, si decimos
que una antena tiene una apertura de dos longitudes de onda, entonces su tamaño real depende
de la frecuencia de operación. A una frecuencia de 1 GHz, la apertura física sería de 60 cm,
P=S۰A Watts o A=P/S
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
27
considerando que a las 10 GHz sería sólo de 6cm. Es más claro referirse al tamaño de la
antena según la longitud de onda de operación cuando la antena es de banda angosta o de una
única frecuencia porque el ancho del haz y la ganancia se relacionan directamente con la
apertura en lo que se refiere a su longitud de onda de operación. En este caso tenemos que
calcular su longitud de onda para encontrar sus dimensiones físicas. Sin embargo, en el caso
de antenas de banda ancha, es más apropiado hablar de su tamaño físico porque hay un rango
de frecuencias de operación.
La apertura de la antena gobierna el tamaño del ancho del haz. En general, cuanto más
grande es la apertura, es más estrecho el ancho del haz, y mayor es la ganancia a una
frecuencia dada.
POLARIZACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO
La polarización se usa casi exclusivamente para describir la forma y orientación de la
ubicación 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 sinusoidal.
Cuando el plano de variación es el vertical estamos en el caso de polarización vertical. Si el
plano es el horizontal, se llama polarización horizontal. También se puede polarizar al campo
eléctrico en cualquier otro ángulo entre 0 y 90 grados respecto a la horizontal. En general el
único ángulo normalmente usado es el de 45 grados, conocido como ángulo de polarización
inclinada.
La polarización de una antena receptora debe coincidir con la radiación incidente para así
poder detectar el campo máximo posible. Si los ángulos no son los mismos, sólo se
detectarán aquellos componentes que son paralelos en el plano de polarización incidente. Si
tenemos una antena polarizada verticalmente, y la radiación incidente tiene polarización
inclinada, la magnitud de su componente en el plano vertical será reducida en un factor de
coseno de 45 grados.
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
28
EXPERIMENTO 1: Configuración, puesta en marcha, y verificaciones de
funcionamiento.
Procedimiento:
1. Coloque la unidad principal DTR-3 en la mesa y conecte el cable de energía eléctrica.
Verifique 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 del
manual.
3. Arme el conjunto detector y la unidad del detector en el mástil según los detalles dados
en la "Descripción del Entrenador" al inicio del manual.
4. Conecte el adaptador de energía CA/CC en el conector de energía de la unidad
detectora.
5. Instale la antena “Folded Dipole” (dipolo plegada) en el mástil de transmisión, y la
antena “Detector” (“Detectora”) en el mástil Detector, y alinear la dirección y la altura
de 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 el
modelo de radiación se está formado.
La unidad está lista para los experimentos.
Nota importante: El ajuste ANTENNA MATCH (ADAPTACIÓN de la ANTENA), que está
ubicada en la sección del generador de RF, se puede usar para obtener una máxima radiación
para diferentes antenas. Debe usar un destornillador de plástico para realizar este ajuste co
muchisimo cuidado, el cual puede variar la frecuencia del generador en un 5 %. En general no
hay ninguna necesidad de hacer este ajuste, ya que una variación de un porcentaje pequeño en
los resultados del experimento es insignificante.
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
29
Fig 1.1
Dipolos simples:
Hay antenas de formas simples que tiene dos polos y diferentes longitudes como /2, /4, 3/2, etc. El modelo
de 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
Antena transmisora
Unidad base (Transmisor)
Detector
Distancia entre las antenas TX-RX aprox 1.5 metro.
Eje de alineación de las dos antenas
Tornillo para ajustar la altura para requisitos de
alineación
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
30
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 longitud
(/2). La impedancia nominal de esta antena es 73. El valor es una consecuencia de las
limitaciones impuestas por la construcción, tal como un diámetro de la varilla distinto de cero, la presencia del conector BNC, y el mástil de la antena. El efecto de todos esto se corrige
parcialmente con un arreglo "Y de adaptación". Ver figura 2.1
El 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 la
fig 2.2.
Nota: Debido a algunas diferencias en las condiciones de radiación por ejemplo: desviaciones
de 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 distintos
modelos de antenas en los experimentos
Fig 2.1
Procedimiento:
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
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
31
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 la
vecindad del experimento, tales como estructura de acero, cañerías, cables, etc.
Fig 2.2
5. 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 detector
muestre aproximadamente 20-35 A.
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 de A 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. El
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 el
detector en dBs.
13. Con la ayuda del gráfico calcule los siguientes parámetros:
Ángulo de apertura a.
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:
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
32
Ángulo de apertura:
Busque el lóbulo principal. Dibuje los máximos de la línea de referencia AA'. Marque el
punto de 3 dB desde el máximo en el punto B de la línea de de referencia. Dibuje un arco de
radio AB. Este arco interceptará al lóbulo principal en C y D. Mida el ángulo CAD. Este
ángulo es de - 3 dB del ángulo de apertura. En forma similar calcule el ángulo de apertura
de -10 dB.
Relación F/E (frente/espalda):
Busque el lóbulo principal Dibuje los máximos de la línea de referencia AA' Busque el lóbulo
trasero, 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 del
lóbulo trasero.
Luego la relación entre lóbulos frontal y trasero = B
AE
Ganancia de la antena :
Puesto que no podemos tener una antena isotrópica ideal, presumimos aquí que su intensidad
de radiación máxima es 1dB y es 100% eficaz. Bajo esta suposición, la ganancia de la antena
(o Ganancia Direccional de la antena) es:
Fig 2.3
AA’
1
1
AA’ dB
AE
G = Intensidad de radiación máxima Intensidad de radiación máxima desde una antena de ref
(antena isotrópica) con la misma entrada de potencia
G = AA’ dB 1
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
33
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
Cubierta del Balún
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
34
EXPERIMENTO 4: Antena "Folded Dipole /2" (dipolo plegado /2).
Comparado con un dipolo simple, esta antena tiene una resistencia de radiación
substancialmente 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 del centro de los extremos plegados, la presencia del conector BNC, y el balún, etc. El modelo de
radiación típico en el plano horizontal para esta antena es similar al del caso de dipolo simple
del experimento anterior.
La polarización es horizontal. El modelo de radiación típico de esta antena se muestra en la
fig 4.2. Para la experimentación procede como sigue.
Monte la antena de dipolo plegado de (/2) en el mástil de transmisión, y sigue los pasos
según el experimento no 2, y trace el gráfico de esta antena.
Fig 4.1
Cubierta del Balún
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
35
Fig 4.2
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
36
EXPERIMENTO 5: Prueba de polarización.
Procedimiento:
Prosiga de acuerdo al experimento no 4, y luego como sigue
1. 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 detector
3. 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 antena receptora prácticamente no recibe ninguna señal, o señales muy bajas.
5. Repita el experimento con otras antenas polarizadas horizontalmente.
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
37
EXPERIMENTO 6: Prueba de modulación.
Procedimiento:
Prosiga de acuerdo al experimento no 4, y luego como sigue
1. Gire de nuevo la caja del detector en la posición normal, es decir la antena receptora en
el plano horizontal, y para obtener una indicación máxima en el display del medidor del
detector ponga ambas antenas alineadas.
2. Conecte la salida del generador de tonos al osciloscopio, y verifique haya una onda
sinusoidal. 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 AUDIO
OUT a la entrada MODULATION IN.
4. Observe la señal a la salida OUT del detector con la ayuda de las pruebas del
osciloscopio. Debe ser una onda sinusoidal de baja amplitud y levemente distorsionada,
indicando 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 medida
que varía el control de nivel del generador de tonos. Intente lo mismo con otras antenas
Fig 6.1
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
38
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 antena
transmisora, y disminuirá gradualmente a medida que aumenta la distancia.
Procedimiento:
1. Monte el Dipolo Plegado como en el experimento no. 4
2. 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 lectura
sea 40A.
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 lineal
o no. El mismo experimento puede hacerse con otras antenas.
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
39
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 normalmente
está en cortocircuito en el extremo más lejano. El stub tiene una admitancia de entrada que es
puramente susceptiva, y se usa para sintonizar o calibrar el componente susceptivo de la
admitancia de la línea. Los stubs se usan en especial para altas frecuencias para variaciones de
cargas.
Procedimiento de adaptación:
Monte la antena de dipolo plegado en la parte superior del mástil transmisor, mantenga la
configuración dada en el experimento no 2. Ajuste el nivel de RF y el del detector para
obtener 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 los
adaptadores 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 embargo
podrá aumentar el nivel de salida de RF y el nivel de detector ligeramente para acomodar la
medición. Mantenga el interruptor de acoplador en la posición REV.
Comience a mover la perilla de stub de derecha a izquierda suavemente, y observe la lectura
en la unidad principal. Observará que el medidor indica máximos y mínimos en algunos
puntos. Los máximos indican que la potencia inversa es máxima y la línea está desadaptada.
Elija el punto mínimo mientras va de derecha a izquierda. Esta posición indica que la línea
está adaptada.
Fig 8.1
Antena
Hacia el receptor
Conector T-BNC
Cable coaxial
Mástil de la
Antena Hacia el conector de entrada
del Stub de adaptación
Base
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
40
EXPERIMENTO 9: Teorema de reciprocidad de las antenas.
Procedimiento:
1. Monte la antena Yagi 3 element folded dipole (Yagi 3 elementos de dipolo plegado.
Ver fig 9.1) en el transmisor, y en el receptor la antena Yagi 5 element folded dipole
(Yagi 5 elementos de dipolo plegado. Ver fig 9.2). (Se puede tomar cualquier de las dos
antenas, pero teniendo presente que los dos deben ser de la misma polarización)
2. Tome el modelo de radiación de la antena Yagi 3E de dipolo plegado. Take the radiation pattern for 3E folded dipolo yagi antennas.
3. Ahora intercambie las antenas transmisora y receptora.
4. Tome el modelo de radiación de la antena Yagi 5E de dipolo plegado.
5. Obtendrá el mismo modelo de radiación. Con esto se prueba el teorema de reciprocidad.
Nota: Sustituimos la antena dipolo plegada en el detector RF con una antena 3-E o 5-E para
aumentar la sensibilidad de detector.
Fig 9.1
Fig 9.2
Cubierta del Balún
Director Elemento activo Reflector
Directores Elemento
activo Reflector
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
41
EXPERIMENTO 10: Medición del ROE
Lea el texto dado relativo al ROE en las páginas previas de este cuaderno. El ROE es un
índice que indica el grado de desadaptación existente entre la carga y la línea de alimentación.
En 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 en A, en el detector de RF
2. 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+REV
FWD-REV
SWR = 100+REV
100-REV
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
42
EXPERIMENTO 11: Sensor de corriente de la antena
Esto se usa para medir la corriente en la antena. Este dispositivo consiste en un sensor de lazo
con un diodo rectificador y un condensador. Vea la figura 11.1. Cuando el sensor se pone en
la cercanía de un elemento de la antena de radiación, una parte del flujo magnético variable
cruzará el sensor, y desarrollará a lo largo de él una tensión. Esta tensión, rectificada y
mejorada por el condensador, aparecerá como una tensión de CC (o CC modulada si está
transmitiendo 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 de
la antena, el lazo debe ser lo más pequeño posible. La señal de tensión desarrollada en el
lazo es proporcional el flujo del campo magnético que lo cruza, es decir a su sección.
Esto implica que para obtener una medición fácil de los valores de la señal, el lazo no
debe ser demasiado pequeño.
2. El tamaño real del sensor es el punto medio, o la solución de compromiso entre los dos
requisitos anteriores.
3. El componente E de la onda radiada por la antena también interfiere con el sensor. Para
el caso de una varilla que radia sin otros elementos activos o pasivos en sus cercanías, y
sin obstáculos en la propagación de la onda, el campo E se puede describir como un
vector ortogonal puesto en el eje de la varilla de radiación. Los componentes de E
inducen componentes de tensión en los brazos del lazo sensor y conexiones del cable.
Las contribuciones son de signo opuesto y deben compensarse si el sensor se mantiene
ortogonal a la varilla y si el cable de conexión está hecho dejar al sensor derecho y
ortogonal.
4. Cualquier objeto del espacio que rodea a la antena perturbará la distribución del campo,
de modo tal que generalmente es difícil de predecir salvo los casos muy raros y simples.
El sensor se comporta como un objeto que perturba, y por consiguiente no se debe usar
cuando 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 desde
el punto de vista didáctico, pues nos muestra de una manera inmediatamente el patrón de
campo y corriente de las antenas de radiación.
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
43
Fig 11.1
Al osciloscopio o DVM
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
44
EXPERIMENTO 12: Antena "Yagi UDA 5 element folded dipole" ( Yagi UDA 5
elementos dipolo plegado).
Las antenas Yagi UDA con dipolos plegados o no son antenas ampliamente usadas. Detrás
del dipolo hay unos reflectores (reflejan las ondas en la dirección del elemento conductor) y
por delante tiene una cantidad determinada de directores: 1, 3, 5, etc (varillas, de longitud
progresivamente menor alejándose del conductor y espaciadas a distancias precisas, hacen
que la onda siga el camino correcto hasta llegar al elemento conductor. También influyen
sobre la impedancia de la antena)
La impedancia teórica de esta antena es de 75 . Ésta es una antena muy importante para la
transmisión unidireccional y ampliamente usada en recepción de TV. Vea la fig 12.1. Una
antena yagi-UDA tiene un dipolo plegado con directores de onda radiada, y un reflector. La
cantidad de directores pueden ser 1,3,5,7,9 etc. El modelo típico de radiación de esta antena
se 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, lóbulos
laterales si los hay, etc.
Fig 12.1
Directores
Cubierta del Balún
Elemento activo
Reflector
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
45
Fig 12.2
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
46
EXPERIMENTO 13: Antena "Yagi UDA 3 element folded dipole" (Yagi UDA 3
elementos 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, lóbulos
laterales si los hay, etc.
En la figura 13.2 se muestra el modelo de radiación típica
Fig 13.1
Fig 13.2
Director
Cubierta del Balún
Elemento activo
Reflector
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
47
EXPERIMENTO 14: Antena "Yagi UDA 5 element simple dipole" (Yagi UDA 5
elementos 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, lóbulos
laterales si los hay, etc.
En la figura 14.2 se muestra el modelo de radiación típica
Fig 14.1
Fig 14.2
Directores
Cubierta
del
Balún
Elemento activo
Reflector
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
48
EXPERIMENTO 15: Antena "Yagi UDA 7 element simple dipole" (Yagi UDA 7
elementos 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, lóbulos
laterales 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
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
49
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 de
media onda conectados en paralelo. El espacio de los dipolos es un medio de las longitudes de onda. Esta antena también se llama Sistema antena de radiación longitudinal (end fire
antenna). La señal deja el dipolo D1 y llega al dipolo D2 después de ½ período, pues la
distancia entre D1 y D2 es igual a /2. La señal va a través de la línea de alimentación a D1, y
también alcanzará D2 después de ½ período, de modo que la contribución de las dos media
onda de D1 y D2 se añadirán a la dirección delantera. Con el mismo razonamiento podemos
mostrar la contribución de D1 y D2 en la dirección inversa. El modelo de radiación típico se
muestra 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
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
50
Fig 16.3
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
51
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 reduce
a 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
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
52
Fig 17.3
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
53
EXPERIMENTO 18: Antena "Cut Paraboloid Reflector" ( parabólica reflector).
La antena más ampliamente usada para microondas es la antena reflector parabólica que
consiste en una antena primaria como un dipolo situada en el punto focal de una parábola
reflectora. La directivdad del reflector de la parábola es función de la directivdad de la
antena primaria y la relación de longitud focal al diámetro del reflector, f/D. A esta relación se
la llama número de apertura (similar al número f en óptica). Suministramos el corte de una
parábola en forma separada, el estudiante podrá conectarlas para realizar el experimento
sujetando 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 goniómetro
0-360 con los mismos intervalos.
7. Las nuevas lecturas muestran el efecto de reflector parabólico.
Fig.18.1
Tornillo de fijación
Cubierta del Balún
Corte de la antena
parabólica
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
54
EXPERIMENTO 19: Antena "Log Periodic" (periódica logarítmica).
La principal característica de esta antena es la independencia de la frecuencia tanto para el
modelo y la resistencia de radiación. El modelo de radiación puede ser unidireccional o
bidireccional. Fácilmente se pueden lograr anchos de banda de 10:1.
El arreglo consiste de una cantidad de dipolos de longitudes y espaciados diferentes, y
alimentados de dos línea de alambre que se transponen entre cada par adyacentes de dipolos.
El arreglo se alimenta para extremos cercanos, y radiación máxima en dicha dirección. Vea la
figura 19.1.
Si se dibuja el gráfico de la impedancia de entrada de la antena en función de la frecuencia, se
notará una variación repetitiva. Si se traza en función del logaritmo de la frecuencia en lugar
de la frecuencia, la variación es periódica consistiendo de ciclos idénticos. Todas las otras
propiedades de antena sufren variaciones similares sobre todo en el modelo de radiación.
Este 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 la
fig 19.2
1. 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
Elemento
activo
Cubierta del Balún
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
55
Fig 19.2
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
56
EXPERIMENTO 20: Antena "Helix" (helicoidal).
La antena helicoidal es una antena compleja de banda ancha compleja VHF y UHF para
suministrar características de polarización circular.
Ya que la antena helicoidal es de fácil construcción, y muy tolerante a variaciones de
medidas, es un elemento ideal para experimentación.
Normalmente, esta antena consiste de una cantidad de vueltas, que varían de 3 a 5. Recién
después de 3 vueltas se logra una circularidad aceptable, construida con una pantalla con
estructura de tela de gallinero (PCB en nuestro caso) Vea la figura 20.1. Hay dos modos de
radiación
1. En la dirección de los ángulos rectos al eje de la hélice.
2. Axial
La circunferencia de la hélice y su longitud junto con el cable central determina el modelo de
radiación total.
En la figura 20.2 se muestra un modelo de radiación típica.
Fig 20.1
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
57
Fig 20.2
Monte la antena helicoidal en la parte superior del mástil de transmisión, ahora proceda según
el 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
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
58
EXPERIMENTO 21: Antena "Loop" (en bucle).
Esta antena consiste de arreglos en bucle simples o múltiples. El perímetro total del bucle en
general es un múltiplo de 1/2 longitud. La configuración básica de esta antena tiene una
impedancia muy baja de modo que se usa sólo para recepción debido a su eficiencia de
adaptación. Para aumentar la impedancia nuestro modelo de antena en bucle usa un elemento
de radiación que es una línea de transmisión de dos conductores formada en un bucle. Vea la
fig 21.1.
La corriente en el lado opuesto de los brazos del bucle se acumula y resta los efectos de la
onda 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 el
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-BNC
(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
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
59
EXPERIMENTOS OPCIONALES
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
60
EXPERIMENTO 22: Antena "Rhombus" (rombal).
La antena rombal también es una antena de bucle, hecha en forma de rombo. Vea la figura
22.1. Esta es una antena no resonante con capacidad de operar en un rango muy amplio, pues
las características no varían con la frecuencia. Esto se usa principalmente para trabajos punto
a punto. La impedancia varía típicamente entre 650 a 700. El modelo de radiación típico se
muestra en la figura 22.2.
Monte la antena en el mástil de transmisión, tome lecturas y trace el gráfico como en el caso
de la antena de bucle (experimento 21).
Fig 22.1
Fig 22.2
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
61
EXPERIMENTO 23: "Combined Collinear Array" (Arreglo de antena colineal
combinado).
La antena colineal es aquella que tiene elementos montados sobre el mismo eje y alimentados
en fase. Debe recordarse que una antena dipolo de ½ onda tendrá una impedancia de entrada
alta cuando se la excite en alguno de los extremos. Cuando se unen dos dispositivos de este
tipo se juntan en sus extremos como se ve en la figura 23.1, al conjunto se lo denomina
arreglo colineal. El modelo de radiación del arreglo colineal se muestra en la figura 23.2.
Tiene un ángulo de apertura muy estrecho.
Fig 23.1
Fig 23.2
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
62
EXPERIMENTO 24: "Broad side Array" (Sistema de radiación transversal).
Posiblemente el arreglo más simple consiste de varios dipolos del mismo tamaño, igualmente
espaciados entre sí a lo largo de una línea recta (es decir colineal), con todos los dipolos
alimentados en la misma fase desde la misma fuente. A dicho arreglo se lo denomina Sistema
de radiación transversal (Broadside array). Este sistema es altamente direccional en los
ángulos 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 el
Detector a distancias muy cortas del transmisor (hasta 40 cm) para obtener resultados
parecidos al del modelo
Fig 24.1
Fig 24.2
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
63
EXPERIMENTO 25: Antena "Slot" (de ranura).
Esta antena se construye de forma de una ranura de longitud /2 en una lámina de metal, y en
los lados opuestos se la excita en el medio de la ranura. El comportamiento de la antena es
similar al dipolo. La polarización es vertical. Vea la figura 25.1. E registro del modelo de
radiación de esta antena requiere que se monte el detector girado en 90° de su eje (antena
receptora 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 el
experimento 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
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
64
Fig 25.2
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
65
EXPERIMENTO 26: Antena "Ground Plane" (plano de tierra).
La antena Ground Plane (plano de tierra), también llamada antena Marconi o GP (por sus
siglas en inglés), consiste en un radiador vertical de 1/4 de onda de longitud. Para un buen
funcionamiento deben estar instaladas sobre un plano de tierra buen conductor. El plano de
tierra se simula mediante varios «radiales» de un cuarto de onda extendidos por debajo del
elemento radiante vertical, y conectados a la malla del cable de alimentación. El principio de
funcionamiento se basa en que el plano de tierra se comporta de modo tal que hace la
longitud de radiación sea del doble de la antena, es decir desde el punto de vista de la
radiación el excitador del extremo vertical se ve como un dipolo vertical. La radiación de esta
antena es polarizada verticalmente, por consiguiente el montaje se gira en 90 respecto de su
eje (el detector de la antena es vertical). El modelo de radiación de esta antena cambia con la
altura de la varilla de radiación. El DTR-3 suministra varillas de diferentes longitudes para
experimentar. Las mismas varillas se pueden usar como director (la más corta) y como
reflector (la más larga) para acentuar las características direccionales. Vea la figura 26.1. El
modelo de radiación típico del elemento único que hay en el centro, con director y reflector
en 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 el
plano vertical.
2. Monte las varillas director y reflector en el plano de tierra, tome nota de las lecturas,
trace el gráfico en el plano vertical.
Fig 26.1
Director (*) Reflector (*)
(*) Elemento reemplazable
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
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Fig 26.2
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
67
EXPERIMENTO 27: Antena "Zeppelin".
Antenas de alimentación en el extremo Horizontal:
Éstas son antenas que se alimentan desde un extremo de la línea de transmisión. La longitud
de la antena varía como media longitud de onda de la frecuencia de la señal o múltiplo de la
misma. Sin embargo en algunas de estas antenas, la longitud se puede variar al azar.
Consideraremos dos antenas de este tipo.
1. Antenas de "hilos largos" o las antenas "Zeppelin".
2. Antenas Hertz
Antena Zeppelin.
La antena Zeppelin es una antena de hilo alimentada en uno de sus extremos por medio de
una línea bifilar de 1/4 de onda y así llamada porque se creó para los dirigibles de aquella
marca. Ésta es una antena horizontal que es un múltiplo de media longitud de onda. Un
extremo alimenta ambas cables de la línea de transmisión, usando el balún apropiado. Vea la
fig 27.1. Ése también es un múltiplo de media longitud de onda. Esta antena se polariza
horizontalmente. El diagrama de radiación típico de esta antena se muestra en la figura 27.2.
1. En la parte superior del mástil de transmisión monte la antena zeppelin, 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 27.1
Varilla desplazable para ajustar la longitud de
la antena
Cubierta del dispositivo de adaptación de impedancia
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
68
Fig 27.2
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
69
EXPERIMENTO 28: Antena "Hertz".
Éste es un sistema de antena que no depende para su funcionamiento de la presencia de tierra.
Su frecuencia de resonancia se determina por su capacitancia distribuida, la cual varía según
su longitud física. La polarización es horizontal. En la figura 28.2 se puede observar un
diagrama 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 longitud
de la antena
Cubierta del dispositivo de adaptación de
impedancia
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
70
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 perfectamente
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
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
71
Carta para la conversión de μA a dBμA.
μA dBμA
1.00 0
1.12 1
1.26 2
1.41 3
1.58 4
1.78 5
2.00 6
2.24 7
2.51 8
2.82 9
3.16 10
3.55 11
3.98 12
4.47 13
5.01 14
5.62 15
6.31 16
7.08 17
7.94 18
8.91 19
10.0 20
11.2 21
12.6 22
14.1 23
15.8 24
17.8 25
20.0 26
22.4 27
25.1 28
28.2 29
31.6 30
35.5 31
39.8 32
44.7 33
50.1 34
56.2 35
63.1 36
70.8 37
79.4 38
89.1 39
100 40
112 41
126 42
141 43
158 44
178 45
200 46
224 47
251 48
282 49
316 50
Antenas DTR-3 Manual de experimentos
72
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 de Antena parabólica .............................................................. 1 no.
21. Antena Zeppelin ................................................................................ 1 no.
22. Antena Detector ................................................................................ 1 no.
II. Varilla para antena de plano de tierra
1. 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 Teoría y Experimentos................................................................... 1 no.
XIV. Gráficos Polares .............................................................................................. 25 nos.
XV. Gráficos polares (para lecturas normalizadas) ................................................. 25 nos.
XVI. Conjunto de fabricación de Antena
1. Dos PCB’s .......................................................................................... 1 no.
2. 14 SWG wire roll 20”
XVII. Cables de conexión eléctricos......................................................................... 1 no.
XVIII. Cables de conexión.......................................................................................... 1 no.
XIX. Caja VIP .......................................................................................................... 1 no.
XX. Adaptador +9V ................................................................................................ 1 no.