LABORATORIO COMUNICACIÓN RADIOFRECUENCIA EQUIPOS DE RADIOAFICIONADO ANTENAS DE LA

UNIVERSIDAD DISTRITAL

Phil Anderson Contreras

Miguel Ángel Díaz Valderrama

Mónica Catalina Martín

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad Tecnológica

Ingeniería En Telecomunicaciones

2011

OBJETIVOS

• Establecer comunicación mediante una antena, con diferentes partes del mundo.

• Realizar mediciones con el analizador de espectro y hallar la potencia incidente y potencia reflejada.

• Encontrar el punto de resonancia de la antena. • Elaborar las mismas mediciones y cálculos con una

antena de 20 metros y otra de 40 metros • Realizar las gráficas comparativas de niveles de potencia

(reflejada e incidente) vs la frecuencia.

Componentes para el desarrollo del Laboratorio

Vatímetro

El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial». Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito mientras la móvil se conecta en

paralelo.

El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación W=VA o P=EI. En un circuito de corriente alterna la deflexión es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y posiblemente (dependiendo de las características de cargo) mostrando una lectura diferente a la obtenida multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por un voltímetro y un amperímetro independientes en el mismo circuito.

AMPLIFICADOR LINEAL SB-200

El amplificador lineal SB-200 fue diseñado para proporcionar alta capacidad de potencia y versatilidad completa. Casi todos de los excitadores SSB y CW disponibles hoy en día se pueden utilizar con este amplificador.

El SB-200 de Heathkit es un amplificador de 1200W de entrada lineal, que desarrolla una potencia de 600W aproximadamente cuando se opera en una línea de 120 V CA. Hizo su debut en 1965. En el manual se establece la manera en que se arma el dispositivo con sus respectivos componentes y la manera en la que se disponen estos para hacer el respectivo arreglo del circuito.

Requerimientos Equipos-Conexión Amplificador:

Exciter- Excitador (Oscilador para generar la portadora del un transmisor)

El amplificador lineal puede manejar los exciter_excitadores comerciales o hechos en casa con una potencia de salida de aproximadamente 100 W. Los que se encuentren a un nivel

más bajo de este valor también pueden ser aplicados pero no funcionaran al máximo.

Antena Especificaciones

La red de salida pi (π) trabaja dentro del rango de una línea de trasmisión en el orden de los 50 a los 75 Ω. Las antenas comerciales o hechas en casa se diseñan para alimentarse con un cable coaxial de 50 o 72Ω generalmente. El cable coaxial RG-8 o RG-11 se recomienda para la línea de transmisión.

Hoja de datos Amplificador:

País: Estados Unidos

Fabricante/Marca: Heathkit (Brand), Heath Co.; Benton Harbor (MI)

alternative name

Heath Company

Año: 1964–1978

Tipo: Radioaficionados.

Válvulas 2: 572B 572B

Principio de recepción

Amplificador de RF (solamente)

Gama de ondas Bandas de recepción puestas en notas.

Tensión de funcionamiento

Red: Corriente alterna (CA, Inglés = AC) / 115; 230 Volt

Altavoz - - No hay salida de sonido.

de Radiomuseum.org

Model: HF Linear Amplifier SB-200

Material Metálico

Forma Sobremesa de cualquier forma, detalles no conocidos.

Ancho, alto, profundidad

15 x 6.75 x 14 inch / 381 x 171 x 356 mm

Anotaciones Heathkit HF-Amplifier SB-200. Grounded grid linear power-amplifier for 80 to 10 meters HAM bands. Driver power max. 100 watts, output power abt. 600 watts HF.

Cobertura de Banda

80, 40, 20, 15, 10 metros

Entrada Máxima de Potencia

SSB: 1200 watts P.E.P

CW: 1000 watts

Impedancia de Salida

50 a 75 Ω desbalanceado; variable pi circuito de salida, SWR no exceda relación 2:1

Control de Panel Frontal

Carga: 1-10 Sintonizador: 80, 40, 20, 15 y 10 metros

Banda: 80, 40, 20, 15 y 10 metros

Sensibilidad de potencia Relativa Selector de medida: GRID, PLATE, REL, PWR, SWR y HV Selector de alimentación: OFF, ON

Requerimientos de Alimentación (encendido)

120V Ac a 16 Amperios(máximo)

240V Ac a8 amperios(máximo)

Antena

Una Antena convierte la energía eléctrica de alta frecuencia, entregada por el transmisor, en ondas electromagnéticas que pueden viajar por el espacio, llevando la información hacia uno o varios receptores.

Una antena, para que cumpla su función correctamente, debe tener un determinado tamaño, forma y estar construida con materiales especiales.

En la antena existen tanto campo eléctrico como magnético simultáneo que siguen las variaciones de la señal entregada a ella, y que además son perpendiculares entre sí.

Así resulta una radiación de energías eléctrica y magnética que se unen para formar las ondas electromagnéticas.

Algunos parámetros De una Antena:

• Impedancia de Una Antena: El valor de la impedancia de una antena es la resistencia que ésta presenta en su punto de conexión a la señal de corriente alterna que le llega del transmisor por la línea de transmisión. Esta impedancia debe ser igual a la impedancia de la línea de

transmisión para que haya una máxima transferencia de energía.

• Directividad: De acuerdo a su posición y forma, una antena irradia la energía entregada por el transmisor en una disposición específica. Esta disposición recibe el nombre de patrón de radiación o directividad. Según este parámetro, existen dos grupos de antenas: Las antenas omnidireccionales, que son las que irradian las ondas en forma casi uniforme en todas las direcciones, y las antenas direccionales, que concentran la energía en una sola dirección. Este patrón de radiación se refiere teóricamente al espacio libre sin tener en cuenta los obstáculos que pueda encontrar la señal.

• Polarización: La polarización de una antena se refiere a la dirección del campo eléctrico dentro de la onda electromagnética emitida por ésta. Por ejemplo; las antenas verticales emiten un campo eléctrico vertical y se dice que están polarizadas verticalmente. Las antenas horizontales tienen, por lo tanto, polarización horizontal.

Los principales tipos de antenas que utilizan los radioaficionados en las bandas de HF son dipolo, vertical, direccional (YAGI) y cúbica.

La antena dipolo formada por un solo conductor cuya longitud es igual a la mitad de la longitud de onda de la señal transmitida, está formada por dos conductores cuya longitud total es igual a la longitud de media onda de la señal. Los conductores, están aislados en los extremos de cualquier superficie conductora y separada en el centro por otro aislador. De estos dos terminales centrales se conecta la línea de transmisión que va al equipo.

RADIOTRANSMISOR

Características:

Entrada: 100/110/117/200/220/234 VAC, 12VDC

• RF procesador del habla.

• VFO estado sólido, 1 kHz de resolución.

• Modos de modulación - USB, LSB, CW, AM. • VOX Integrado ajustable. • Ajustable CW tono lateral. • calibrador/marcador ajustable a 25kHz- 100kHz. • RIT control de + / - 5kHz rango. • WWV recepción por el tiempo y la frecuencia de

calibración fina. • El SP101P/277P es el micrófono externo y es un

accesorio de este dispositivo (Altavoz incorporado) • Ocho filtros pole SSB. CW filtro opcional. • Salida de audio 3W • Respuesta de frecuencia del transmisor 300 Hz-2700Hz

+3dB • Impedancia de salida de la Antena 50 - 75Ω

desbalanceada

El FT-101 es un transceptor de gran precisión, alto rendimiento y avanzado diseño, que permite la operación en todas las bandas (160-10 metros más WWV/JJY) en SSB y CW. Este transceptor puede operar con una

entrada de 260 watts en SSB, 180watts en CW y 80 watts AM en todas las bandas. Apareció por primera vez en los Estados Unidos en 1970 y 1971. Se obtuvo la aprobación de la noche de los operadores de radio aficionados por su calidad de señal, la flexibilidad y la atención profesional de la mano de obra y diseño. Todos los circuitos excepto la parte del manejo del transmisor y el amplificador lineal, son módulos de arreglos transistorizados, dispersados en diferentes módulos para permitir un fácil mantenimiento. El FT-101 es una radio híbrido que emplea un transmisor de estado sólido, un receptor y un amplificador de válvulas final.

Analizador de espectro VNA Master MS2024B (500 kHz a 4 GHz)

• De 2 puertos, uno de la ruta Vector Network Analyzer (VNA) • Interfaz gráfica de usuario intuitiva (GUI) • Estabilidad de la calibración en circulaciónDefinidos por el usuario para la visualización de múltiples superposiciones de los parámetros S • Excepcional inmunidad a RF • Si las selecciones de ancho de banda de 10 Hz a 100 kHz • 100 dB Rango dinámico de transmisión • 850 ms / velocidad de datos de puntos de barrido • El sesgo interno opción T • Vector opción voltímetro, ideal para la fase de cable adecuado

El analizador espectral es un sintetizador-básico de mano que provee medidas rápidas y exactas. Medidas que pueden ser realizadas fácilmente mediante el uso de las funciones básicas y principales del instrumento como lo son: frecuencia, span, amplitud, y ancho de banda. Hora y fecha de caducidad de los datos, de medición automática. La memoria interna permite el almacenamiento y la recuperación de hasta 1.000 configuraciones de medición y hasta 1000 rastros con la herramienta “Master Software Tools”. El almacenamiento externo puede ser usado para hacer un aumento de almacenamiento de mediciones o rastros. Su alta resolución de color LCD provee fácilmente un sin número de condiciones de luz y color, el analizador espectral está en la capacidad de estar en continua operación

hasta 3 horas desde su ultima carga, además puede operar desde una fuente de 12Vdc, la cual simultáneamente carga la batería. El analizador espectral está diseñado para monitorizar y medir señales de espacio libre. Las medidas típicas incluyen: banda-interferencias y transmisión del análisis del espectro, además de los sitios de celda y las pruebas 802.11a/b/g interferencia. Las opciones están permitidas para RF, demodulación avanzada, medidas por antena (OTA). En efecto provee un alto y amplio rango de capacidad de marcado (tales como picos, centro y funciones delta sobre la señal) que facilitan la comprensión del análisis de las señales mostradas en el display del analizador. Las líneas de segmento para limitar máximos y mínimos son utilizadas para crear una rápida y simple medida pass/fail. El menú de opciones provee alertas audibles cuando el valor excede el límite.

[1] MS2721B, MS2723B, and MS2724B Spectrum Master User Guide.

Yaesu ft840

Características:

• 0.1-30 MHz Recibe • 100 memorias • Pantalla LCD • Corrimiento

• El Eliminador de Ruido • Ajustable de potencia RF • 100 vatios de salida • Atenuador • Doble VFO

El compacto Yaesu FT-840 cuenta con dos sintetizadores digitales directos y codificador giratorio que proporciona ajuste suave. La excelente cobertura de temas generales: receptor de 0,1 a 30 MHz en pasos de 10 Hz. Un atenuador de 12 dB puede ser insertado para copia clara de las señales.

El FT-840 utiliza un arreglo de amplificador de potencia RF, con el ventilador encendido térmicamente para garantizar la plena potencia (hasta 100 vatios). Las señales digitalmente sintetizadas locales aseguran una señal limpia y de bajo ruido de salida del transmisor en todas las bandas de HF de radioaficionados.

Otras características incluyen:

LCD retro-iluminada de 10 Hz, desplazamiento de IF, inversor CW, VFOs doble, Atenuador, supresor de ruido, modos de exploración y el procesador del habla. Sus dimensiones son 9,5 x 3,7 x 7 pulgadas.

Esta radio viene con MH-31 B8 micrófono de mano y un cable de CC. Requiere 12 VDC a 20 amperios.

FT-840 Specifications GENERAL

Receiving Frequency Range:

100 kHz ~ 30 MHz

Transmitting Frequency Range: 160 ~ 10 meter Amateur Bands

Frequency Stability: ±10 ppm (or ±500 Hz),

0 from 0 ~ +40°C and ±2 ppm (or ±300 Hz FM*),

0 from 0 ~ +50°C (with TCXO-4 option)

Emission Modes: USB, LSB(J3E), CW (A1A), AM (A3E), FM* (F3E)

Frequency Tuning Steps: 10 Hz/100Hz (CW, SSB)

0 100Hz/1kHz (AM, FM*)

Antenna Impedance:

50 Ohm nominal

Operating Temp. Range: -10°C ~+50°C

Supply Voltage: 13.5 VDC ±10%, Negative Ground

Power Consumption: 1.2 A RX (no signal)

0 20 A TX (100 watts)

Dimensions (WHD): 9.4 x 3.7 x 9.6 inches (238 x 93 x 243 mm)

Weight Approx.: 9.9 Lbs. (4.5 kg)

0

TRANSMITTER

Power Output: Adjustable to 100 Watts (25 Watts AM carrier)

Modulation Types: SSB:

Balanced, filtered carrier

AM: Low-level (early stage)

FM: Variable Reactance

Maximum FM Deviation: ±2.5 kHz

Harmonic Radiation: > 50dB below peak output

0 45 dB (10, 18 MHz)

Spurious Radiation: >40 dB below peak output

SSB Carrier Suppression:

>40 dB below peak output

Undesired Sideband Suppression:

At least 50 dB below peak output at 1.5 kHz modulation

Audio Response (SSB):

not more than -6 dB from 400~2600 Hz

3rd order IMD: -25 dB @ 100 watts PEP, 14.2 MHz

Microphone Impedance: to 600 Ohm

0

RECEIVER

Circuit Type: dual-conversion superheterodyne

Intermediate Frequencies: 1st:

47.055 MHz

2nd: 8.215 MHz

3rd: 455 kHz (FM* with option)

Sensitivity: (for 10dB S/N, 0 dBu = 1uV FM* 12 dB SINAD)

Frequency ->

150~250 kHz

250~500 kHz

0.5~1.8 MHz

1.8~30 MHz

Mode (BW)

SSB, CW (2.4 kHz)

< 5 uV < 2 Uv < 1uV < 0.25 uV

AM (6 kHz) < 40 uV < 16 uV < 8 uV < 1 uV

FM*(28-30 MHz) (8 kHz)

- - - < 0.5 uV

Cable coaxial RG-8

1-Revestimiento exterior2-Pantalla - malla3-Dieléctrico 4-Conductor

Descripción

El cable coaxial RG-8 se utiliza en redes locales sin cable y en equipos de alta frecuencia. En conformidad con el estándar MIL-C-17.

Material

Conductor: alambre de cobre electrolítico estañado recocido suave (11 AWG) Dieléctrico: polietileno espumado de baja densidad Pantalla: trenzado de alambre de cobre, 0.16 mm, recubrimiento de no menos del 97% Material del revestimiento exterior: PVC (policloruro de vinilo)

Características técnicas

Diámetro del conductor 7x0.72 mm

Diámetro del dieléctrico 7.24 mm

Diámetro exterior del cable 10.3 mm

Grosor del revestimiento exterior 1.15 mm

Peso del cable 180 kg/km Rango de temperaturas de -20ºC hasta +80ºC

Características eléctricas

Resistencia de onda 50 Ohm

Conectores Utilizados:

Adaptador de BNC Hembra a PL-259 Macho SWR

El coeficiente de reflexión de una onda estacionaria es el cociente entre la intensidad de la señal de la onda reflejada y la onda incidente: El máximo valor que puede alcanzar esta razón anteriormente descrita es de uno; cuyo significado se traslada a decir que la línea de transmisión entra en circuito abierto, caso opuesto ocurre cuando esta razón está en su valor mínimo (caso que ocurre cuando el resultado de la razón es -1) que tiene lugar con la línea de transmisión en corto circuito, la situación óptima ocurre cuando esta razón es cero que este caso ocurre cuando no se presenta reflexión (es decir toda la potencia entregada se transmite.

Frecuencia de test hasta 4 GHz Tensión máxima tolerada 5000 V

Descripción General:

Elementos esenciales para radiocomunicación:

El radiotransmisor es el encargado de generar las ondas electromagnéticas y de recibirlas para que exista la comunicación (FT 101- yaesu ft 840).

La antena es la encargada de recibir la onda generada por el transmisor y radiarla al espacio, se dice que en comunicaciones debe de tenerse 95 % de antena y 5 % de radio, tal es la importancia de esta. Hay gran cantidad de tipos de antenas, para las diferentes aplicaciones que se desean; existen antenas que ocupan poco espacio como las verticales multibanda de alto rendimiento que son excelentes y con las que se le puede dar la vuelta al mundo fácilmente (En nuestro caso dos antenas: dipolo 20 m a 80 W y dipolo 40 m a 100W).

El medidor de potencia y de estacionarias como la palabra lo dice, es un medidor que le ayuda a calibrar la antena y mide la potencia con la que está saliendo el radiotransmisor.

El Micrófono es el encargado de recibir la voz y activar el transmisor; los hay sencillos y pre-amplificados.

El amplificador de potencia es un equipo encargado de elevar la potencia de salida del radio, recibe por ejemplo en nuestro

Antena Radiotransmisor Medidor de potencia y Estacionarias

Amplificador

caso 100 watts del radio y entrega a la antena 350 W (Teórico). Lo anterior aumentará la fuerza de transmisión haciendo que la señal sea más fuerte sin forzar el radio. Debe de tenerse un cuidado extremo al operar estos equipos ya que tienen una salida de corriente muy elevada.

Conexiones Realizadas en el Laboratorio:

Procedimiento:

1. Se realizan las conexiones descritas anteriormente en la gráfica. Para este procedimiento de transmitir y recibir se maneja un pulsador de pedal; el proceso es el siguiente: en el micrófono cuando se oprime para la transmisión, un relé, recibe la potencia del radio y la direcciona al amplificador para que la antena radie y envíe la señal aumentada; mientras que, cuando se recibe la señal en la antena y al pasarla por el amplificador nuevamente, el relé anteriormente descrito, permite que la señal sea interpretada nuevamente por el radio emitiéndola para que se escuche, realizando la comunicación entre dos puntos para que no se presenten conflictos. El amplificador recibe la salida del radiotransmisor Ft 101 y según las especificaciones técnicas del equipo (SB-200) la potencia debería subir a 1KW pero dado que el equipo no responde bien, lo que le entrega en total según lo indicado por el docente en la práctica son 350 W a la antena.

2. Se utilizan conectores Pl259 a Pla para visualizar las señales en el VNA calibrándolo a una frecuencia de 7.1 Mhz (c= velocidad luz, banda 40 metros, frecuencia =

: 300/40 = 7.5MHz) Obteniendo por medio de

la carta de Smith la RRad.

3. Trabajando ahora con el vatímetro y la carga fantasma (el vatímetro con una entrada para visualizar en el

osciloscopio) para verificar la frecuencia, se hace la conexión no al osciloscopio sino al radio Yaesu ft 840 para que me pueda determinar la frecuencia requerida para sintonizarlo de una mejor manera, posteriormente calculamos la razón de onda estacionaria R.O.E en el laboratorio que se midió por medio del vatímetro entre la antena y el transmisor; la relación de potencia que se daba tanto en el momento de emitir como de transmitir, observando entre esos dos intervalos la potencia reflejada y la incidente y obteniendo los valores (del vatímetro) que se presentan en la siguiente parte del informe, las ecuaciones que se usan para esta razón de

medida son: R= R.O.E=

Realizando los cálculos se obtienen los resultados que se muestran a continuación:

DATOS PRÁCTICOS

20 Metros Frecuencia Potencia

Incidente Potencia Reflejada ROE

14010 35 6 2,4131984

14020 45 7 2,30253891

14030 51 8 2,31158185

14040 60 9 2,26423138

14050 71 10 2,20150247

14060 79 11 2,19055312

14070 80 12 2,26423138

14080 80 12 2,26423138

14090 80 13 2,35071734

14100 80 12 2,26423138

14110 70 10 2,21525044

14120 65 9 2,1852419

14130 60 8 2,1503424

14140 50 7 2,19573428

14150 43 7 2,35274175

14160 35 6 2,4131984

14170 30 5 2,3797959

14180 25 4 2,33333333

14190 20 3 2,26423138

14200 19 2,5 2,1384272

14210 15 2,5 2,3797959

14220 13 2,5 2,56207183

14230 10 2,4 2,92078408

14240 9 2,4 3,13563031

14250 8 2,4 3,42206445

14260 8 2,4 3,42206445

14270 8 2,3 3,31211302

14280 6 2,3 4,25126223

14290 6 2,2 4,07009496

14300 6 2,3 4,25126223

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

13950 14000 14050 14100 14150 14200 14250 14300 14350

Po

te

ncia

W

Frecuencia Hz

Antena 20 m

Potencia Incidente

Potencia Reflejada

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

13950 14000 14050 14100 14150 14200 14250 14300 14350

ROE

ROE

40 metros- Antena Potencia 100W Frecuencia Potencia Incidente Potencia Reflejada ROE 6910 18 6 3,73205081 6920 22 6 3,18614066 6930 30 6 2,61803399 6940 43 6 2,19256099 6950 56 6 1,97321211 6960 70 7 1,92495059 6970 95 7 1,74517259 6980 100 6 1,6488276 6990 100 4 1,5 7000 100 2,5 1,37561822 7010 98 2 1,33333333 7020 95 1,8 1,31924242 7030 95 1,6 1,29826184 7040 94 1 1,23000774 7050 92 0,8 1,20568079 7060 91 0,3 1,12182889 7070 90 0,3 1,1225452 7080 87 1 1,24017161 7090 75 1,5 1,32943134 7100 80 1,8 1,35294118 7110 80 2,1 1,38668758 7120 79 3 1,4840738 7130 75 4 1,60057769 7140 70 4 1,6282788 7150 69 5 1,73669299 7160 61 6 1,91385914 7170 60 6 1,92495059 7180 55 6 1,98636335 7190 54 7 2,12520094 7200 50 7 2,19573428 7210 48 7 2,23562453 7220 45 8 2,458036 7230 45 8 2,458036 7240 42 8 2,54884134 7250 40 8 2,61803399 7260 40 9 2,80475264 7270 39 9 2,8489996 7280 38 9 2,89608566 7290 36 10 3,22874354 7300 35 10 3,29666295

0

20

40

60

80

100

120

6800 6900 7000 7100 7200 7300 7400

Po

te

ncia

W

Frecuencia Hz

Antena 40 m

Potencia Incidente vs

Frecuencia

Potencia Reflejada vs

Frecuencia

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

6850 6900 6950 7000 7050 7100 7150 7200 7250 7300 7350

ROE

ROE

Imágenes VNA

CONCLUSIONES

En el laboratorio pudimos establecer diferentes conexiones, entre éstas estaba una comunicación con Italia, y otra con Atenas Puerto Rico.

Se realizaron las mediciones con el analizador de espectro y se encontró el punto de resonancia de cada antena, ubicando un máximo de potencia incidente para la antena de 20 metros 13 Watts en una frecuencia de 14.09KHZ, y un máximo de potencia incidente para la antena de 40 metros de 100 Watts, en una frecuencia de 6.99KHZ

En conclusión, en el laboratorio pudimos observar que los niveles en donde las antenas tienen mayor resonancia, es donde mejor se comportan. Por otro lado observamos comportamientos diferentes en las 2 antenas medidas, en el caso de la antena de 20 metros a medida que la potencia incidente aumentaba, la potencia reflejada también lo hacía, conservaba un comportamiento directamente proporcional, mientras que en la antena de 40 metros, el patrón fue diferente, mientras la potencia incidente aumentaba, la potencia reflejada disminuía, y cuando comenzó a disminuir, la potencia reflejada aumentó.