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CURSO DTR-3 ANTENAS TEORÍA Y EXPERIMENTOS DE LABORATORIO DEGEM ® SYSTEMS

Practicas de Antenas

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Page 1: Practicas de Antenas

CURSO DTR-3

ANTENAS

TEORÍA Y EXPERIMENTOS DE LABORATORIO

DEGEM® SYSTEMS

Page 2: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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Copyright © 2007 by I.T.E. Innovative Technologies in Education.

Todos los derechos reservados. Este libro o cualquiera de sus partes no deben reproducirse de

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).

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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

3

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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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

Page 5: Practicas de Antenas

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

Page 6: Practicas de Antenas

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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Page 7: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 11: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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 DTR-3 Manual de experimentos

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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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 18: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 20: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 21: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 22: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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.

Page 23: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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.

Page 24: Practicas de Antenas

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

Page 25: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 26: Practicas de Antenas

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

Page 27: Practicas de Antenas

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.

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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.

Page 29: Practicas de Antenas

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

Page 30: Practicas de Antenas

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

Page 31: Practicas de Antenas

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:

Page 32: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 33: Practicas de Antenas

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

Page 34: Practicas de Antenas

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

Page 35: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

35

Fig 4.2

Page 36: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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.

Page 37: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 38: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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.

Page 39: Practicas de 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

Page 40: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 41: Practicas de Antenas

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

Page 42: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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.

Page 43: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

43

Fig 11.1

Al osciloscopio o DVM

Page 44: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 45: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

45

Fig 12.2

Page 46: Practicas de Antenas

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

Page 47: Practicas de Antenas

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

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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

Page 49: Practicas de Antenas

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

Page 50: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

50

Fig 16.3

Page 51: Practicas de Antenas

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

Page 52: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

52

Fig 17.3

Page 53: Practicas de Antenas

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

Page 54: Practicas de Antenas

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

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Antenas DTR-3 Manual de experimentos

55

Fig 19.2

Page 56: Practicas de Antenas

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

Page 57: Practicas de Antenas

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

Page 58: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

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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

Page 59: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

59

EXPERIMENTOS OPCIONALES

Page 60: Practicas de Antenas

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

Page 61: Practicas de Antenas

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

Page 62: Practicas de Antenas

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

Page 63: Practicas de Antenas

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

Page 64: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

64

Fig 25.2

Page 65: Practicas de Antenas

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

Page 66: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

66

Fig 26.2

Page 67: Practicas de Antenas

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

Page 68: Practicas de Antenas

Antenas DTR-3 Manual de experimentos

68

Fig 27.2

Page 69: Practicas de Antenas

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

Page 70: Practicas de Antenas

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

Page 71: Practicas de Antenas

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

Page 72: Practicas de Antenas

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.