208018-guias microondas 2014

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIAGUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 208018 – MICROONDAS

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO

208018 – MICROONDAS

REMBERTO CARLOS MORENO HERAZO(Director Nacional)

ELBER FERNANDO CAMELO QUINTEROAcreditador

COROZALJULIO 2014

2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO


Autor Guía: ING. REMBERTO CARLOS MORENO HERAZO

Versiones: 2014-II

El presente Documento se rige por la normatividad que con base a derechos de autor de publicaciones universitarias ha expedido la Dirección Nacional de Derechos de Autor, de allí que el presente documento se reglamente bajo la Circular No 16 del 15 de Abril de 2002 expedida por este organismo de control público a las Instituciones de educación superior, sobre "Los Derechos de Autor en el Ámbito Universitario". Al igual que los reglamentos sobre derechos de Autor consagrados en la Ley No. 23 de 1982 sobre Derechos de Autor del congreso de la república de Colombia y la Ley No. 44 de 1993 que hace adiciones a la Ley 23 del 82.

Para tales efectos de establece que el presente Documento hace parte de los repositorios documentales y digitales la Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD de Colombia.

@CopyRight

Universidad Nacional Abierta y a Distancia

ISBN

2014

Centro Nacional de Medios para el Aprendizaje


3. INDICE DE CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN

JUSTIFICACIÓN

INTENCIONALIDADES FORMATIVAS

DENOMINACIÓN DE PRACTICAS

DESCRIPCIÓN DE PRACTICAS

Práctica 1: Cálculo De Perfiles De Elevación.

Practica 2: Carta De Smith

Practica 3: Diseño Y Simulación De Antenas

Fuentes documentales

5

5

5

8

9

9

18

25

34


4. LISTADO DE TABLAS

Tabla No 1. Cuadro comparativo Estaciones en cálculo de perfiles.

Tabla No 2: Rubrica de Evaluación Tabla No 1.



4.1 LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS

Figura No 1. Perfil con corrección del radio terrestre.

Figura No 2. Ventana principal de Smith Chart V2.0

Figura No 3. Ventana Principal 4NEC2 impedancia de entrada.

Figura No 4. Edición Geométrica Monopolo 900Mhz, 4NEC2

Figura No 5. Creación de Fuente de Corriente, 4NEC2

Figura No 6. Barrido en frecuencia, 4NEC2

Figura No 7. Resultados Monopolo 900Mhz, 4NEC2


5. CARACTERÍSTICAS GENERALES

Introducción Este documento (208018-Microondas) tiene por finalidad orientar el desarrollo de las prácticas del curso académico Microondas que se ofrece en la UNAD para los programas de Electrónica y Telecomunicaciones.

Aquí se establecen, entre otros aspectos, los objetivos, temáticas, procedimientos y productos que se esperan en dichas actividades.

El curso está acompañado de prácticas e investigaciones que propenden por una formación integral del estudiante de Microondas, cada práctica propuesta tiene un contexto de aplicación real que permite incrementar las competencias laborales de los estudiantes.

Estrategia de aprendizaje: La estrategia de aprendizaje para el desarrollo de las unidades y actividades del curso es “Aprendizaje Basado en Proyectos” donde se aplica, bajo una mirada del aprendizaje autónomo, significativo y colaborativo con el desarrollo de competencias comunicativas, habilidades de argumentación y debate, promueve el pensamiento crítico a través del uso de situaciones resueltas a través del desarrollo de un proyecto.

Justificación El curso Microondas es metodológico, el aprendizaje cabal de su contenido requiere la ejecución de actividades prácticas para cuya ejecución la Universidad invierte


importantes recursos.

Intencionalidades formativas Propósitos

Que el estudiante comprenda cabalmente el funcionamiento de los componentes de sistema de microondas y radioenlaces.

Que el estudiante maneje constructivamente las diferencias entre lo teórico y lo práctico, superando el conflicto y la frustración normal que se genera al confrontar resultados de laboratorio.

Proponer prácticas que permitan el desarrollo integral del estudiante en las microondas, mediante la aplicación de las mismas en situaciones hipotéticas muy similares a la realidad.

Objetivos

Dotar al Estudiante de los conocimientos y destrezas básicas necesarias que le permitan analizar, evaluar, comparar, mantener y operar Sistemas de Microondas.

Adquirir elementos de análisis que le permitan realizar diagnósticos y consideraciones en un proyecto de implantación de Microondas.

Metas

Presentar al análisis de requerimientos como punto de partida para la planeación de redes.

Retomar conceptos vistos en otras


asignaturas, desde un punto de vista aplicativo.

Explicar los conceptos, terminologías y técnicas relacionadas con el radio planning.

Realizar una introducción a la optimización y expansión de redes inalámbricas.

Proporcionar los conocimientos básicos para el trabajo de diseño basado en herramientas computacionales.

Identificar los factores claves que intervienen en la planeación y diseño de redes inalámbricas

Aplicar los conocimientos en radiopropagación y en tráfico, al diseño de redes inalámbricas.

Analizar los requerimientos de infrastructura cableada para soporte a la red (core de red)

Describir metodológica y secuencialmente el proceso de planeación y diseño de redes inalámbricas.

Comprender la relación de los parámetros de ancho de banda, capacidad, y cobertura, con la calidad del servicio y el costo de implementación de la red.

Competencias

Realización de un link budget y su respectivo ajuste.

Destreza en la aplicación de


metodologías de planeación y diseño de redes inalámbricas en diversos ambientes.

Conocimiento y habilidad para el trabajo con herramientas software existentes que asisten los procesos de diseño.

Habilidad para optimizar recursos e incrementar la eficiencia, calidad y capacidad en redes ya desplegadas.

Denominación de practicas Práctica 1: Cálculo De Perfiles De Elevación.

Practica 2: Carta De Smith

Practica 3: Diseño Y Simulación De Antenas

Número de horas 12

Porcentaje 60%

Curso Evaluado por proyecto SI_X__ NO__

Seguridad industrial NO


6. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS

PRACTICA No. 1 – CÁLCULO DE PERFILES DE ELEVACIÓN

Tipo de practica

Presencial Autodirigida X Remota

Porcentaje de evaluación 10%Horas de la practica 4Temáticas de la práctica Diseño y análisis de radioenlacesIntencionalidades formativas

Propósitos

Preparar al estudiante para el planteamiento de soluciones inalámbricas a problemas de comunicaciones, y al desarrollo de actividades de planeación y diseño, apoyándose en el conocimiento que ya se tiene de las tecnologías, en las bases teóricas adquiridas durante la carrera, y en metodologías propias para el desarrollo de estas actividades que incluyen la utilización de software especializado. Todo lo anterior, para facilitar posteriormente las fases de implementación que le seguirán al diseño en los proyectos de telecomunicaciones.

Objetivos

Identificar y definir los principales parámetros, elementos y equipos que caracterizan y componen un radioenlace.

Manejar e interpretar las recomendaciones internacionales sobre diseño y análisis de radioenlaces

Realizar cálculos de balance de potencia y disponibilidad.

Metas

Presentar al análisis de requerimientos como punto de partida para la planeación de redes.

Retomar conceptos vistos en otras asignaturas, desde un punto de vista aplicativo.


Explicar los conceptos, terminologías y técnicas relacionadas con el radio planning.

Realizar una introducción a la optimización y expansión de redes inalámbricas.


Identificar los factores claves que intervienen en la planeación y diseño de redes inalámbricas.

Aplicar los conocimientos en radiopropagación y en tráfico, al diseño de redes inalámbricas.

Analizar los requerimientos de infraestructura cableada para soporte a la red (core de red)

Describir metodológica y secuencialmente el proceso de planeación y diseño de redes inalámbricas.


Competencias

Capacidad para plantear soluciones inalámbricas ajustadas a los requerimientos.

Realización de un link budget y su respectivo ajuste.

Destreza en la aplicación de metodologías de planeación y diseño de redes inalámbricas en diversos ambientes.



Fundamentación Teórica

Temáticas de la Unidad 1. La base principal sobre la que se van a fundamentar todos los cálculos efectuados para evaluar las pérdidas que afectan a un radioenlace, es el perfil levantado entre los dos extremos del mismo, es decir, entre el transmisor y el receptor. En esta práctica se pretende que el alumno aprenda a calcular un perfil entre dos puntos


cualquiera siendo conocida la posición de éstos en un sistema de coordenadas.Descripción de la practica

La base principal sobre la que se van a fundamentar todos los cálculos efectuados para evaluar las pérdidas que afectan a un radioenlace, es el perfil levantado entre los dos extremos del mismo, es decir, entre el transmisor y el receptor. En esta práctica se pretende que el alumno aprenda a calcular un perfil entre dos puntos cualquiera siendo conocida la posición de éstos en un sistema de coordenadas.Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

Se requiere un computador de escritorio por estudiante y conexión a internet. También se puede realizar con un portatil desde la casa del estudiante.Software a utilizar en la practica

Hertz Mapper de ATDI (versión Demo), Se requiere un sistema operativo con acceso a Internet, no importa si es windows o Linux.Metodología

Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica.

En general temas propuestos en los cursos de Microondas.

Forma de trabajo:

El estudiante puede trabajar en la Universidad con la asistencia de un tutor o de forma virtual, siempre y cuando disponga de los medios necesarios para el desarrollo del trabajo. Los estudiantes de cada CEAD deben formar grupos con no más de cinco estudiantes que estén matriculados en el curso Microondas. Oportunamente, cada CEAD hará pública la programación (fechas, horarios y sitio de trabajo) de prácticas de los cursos metodológicos. Los estudiantes deben presentarse a cumplir con las sesiones asignadas al curso para desarrollar esta actividad práctica.Es necesario que los estudiantes lleven los elementos necesarios y claros los conceptos y procedimiento que van a desarrollar. Si disponen del software, es aconsejable que lleven el montaje listo con el fin de ganar tiempo.Una vez el tutor encargado de la práctica les dé las explicaciones básicas y recomendaciones a que haya lugar, los estudiantes del grupo completarán el montaje de cada una de las configuraciones solicitadas y la sustentarán, debidamente alimentada y en perfecto funcionamiento, al tutor presente quién tomará nota de este proceso para asignar posteriormente la nota correspondiente.En el foro del trabajo colaborativo se publicará la programación de las sesiones de práctica que suministre cada CEAD. El correo interno del aula es un medio eficiente para que los estudiantes realicen las consultas directamente al Director del curso.


Procedimiento:

La base principal sobre la que se van a fundamentar todos los cálculos efectuados para evaluar las pérdidas que afectan a un radioenlace, es el perfil levantado entre los dos extremos del mismo, es decir, entre el transmisor y el receptor. En esta práctica se pretende que el alumno aprenda a calcular un perfil entre dos puntos cualquiera siendo conocida la posición de éstos en un sistema de coordenadas.La representación de los perfiles del terreno se efectúa llevando las cotas de los puntos sobre una línea de base o “curva de altura cero” parabólica, que representa la curvatura de la Tierra ficticia con radio KR0. La ordenada de esta curva, para la abscisa genérica x, se denomina “flecha” y equivale a la protuberancia de la Tierra. Llamándola ahora f(x), se tiene:

Donde f(x) está en m y d-x en Km. K es el factor de corrección del radio terrestre para tener en cuenta el efecto de refracción atmosférica. En España se suele tomar K=4/3.En la figura 1 se ha representado un perfil atendiendo a estos parámetros.

Figura No 1. Perfil con corrección del radio terrestre.La altura z(x), sobre la horizontal de un punto genérico del terreno P a una distancia x deltransmisor, es igual a su cota geográfica c(x) más la flecha f(x): z(x)=c(x)+f(x)

Tradicionalmente, los perfiles se representan a partir de datos obtenidos manualmente de mapas topográficos. Estos representan el terreno de una zona geográfica a una escala determinada, en forma de retícula tridimensional, con coordenadas UTM: X, Y y la cota Z.


Para levantar un perfil del terreno seguiremos los siguientes pasos: Localización sobre el mapa de los puntos donde se encuentran las estaciones

transmisora y receptora a partir de sus coordenadas. Unir ambos puntos con una recta sobre el mapa topográfico. Localizar los puntos de intersección de la recta anterior con las curvas de nivel del

plano. Determinar la distancia entre cada punto consecutivo. Esto se puede hacer con una

regla o escalímetro y teniendo en cuenta la escala del mapa. Representar de modo ordenado cada punto de la recta anterior en un eje cartesiano:

en el eje de abscisas la distancia horizontal entre antena transmisora y cada punto de la recta, y en ordenadas la cota de cada punto.

Añadir a las cotas del eje cartesiano la flecha f(x) para tener en cuenta la curvatura de la tierra.

Unir los puntos del eje cartesiano.

En la práctica este proceso se suele implementar por medio de software diseñado para la planificación de Radioenlaces. Estos programas suelen trabajar modelos digitales del terreno (MDT), a partir de los cuales son capaces de generar y calcular las representaciones y perfiles del terreno pertinentes, sin más que definir las coordenadas de las estaciones transmisoras y receptoras.

Para mostrar el uso de este tipo de software, se va a emplear el Hertz Mapper de ATDI (versión Demo). Este software de fácil manejo, nos permite calcular el perfil de elevación del terreno entre dos puntos definidos por sus coordenadas geográficas. Vamos a realizar el cálculo del perfil de elevación, ayudándonos de este software. Para ello siga ordenadamente, los pasos que se describen a continuación:

Descargue el Hertz Mapper del sitio http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/ en este

pueden descargar tanto el software como la licencia de registro del software y un

tutorial en el manejo del software.

Luego de descargado, instale y ejecute el Hertz Mapper, pulse sobre la ventana de

presentación del programa.

Vaya al menú Files -> File Server. Elija el directorio donde guardará el fichero con los

cálculos del radioenlace y a continuación, escriba en la ventana emergente radioenlace

y pulse en el botón “Guardar”. De este modo acabamos de crear un fichero de

http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/


proyecto llamado radioenlace.svr

En ventana de pestaña workspace, pulsar con el ratón sobre “Digital Terrain Model” y

luego 2 veces sobre “none.geo”. En la ventana emergente introducir el siguiente

nombre de archivo http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/N42W008.geo y pulsar en el botón

“OK”. Realizar la misma operación en “Primary image” e introducir:

http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/N42W008.img; por último introducir

http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/N42W008.pal en la ventana emergente de título “Open

palette file” Si no consigue abrir del modo descrito los ficheros con la topografía, abra

el internet Explorer y escriba en el campo de dirección:

http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/N42W008.zip, de esta forma se descargará los 3

ficheros con la topografía al disco duro de su PC.

Marcar la opción “Open coverage & profiles” y pulsar el botón Ok.

Se abren simultáneamente dos ventanas con la topografía digital de la provincia de

Pontevedra en España. Con el menú de “View” podemos aumentar o disminuir el

zoom. Si movemos el puntero del ratón sobre cualquiera de los 2 planos se puede leer

en la barra inferior de la pantalla las coordenadas en formato UTM, DMS y la altura

sobre el nivel del mar, de la posición del plano sobre la que se encuentra el puntero del

ratón. Puede inspeccionar los distintos menús disponibles; la mayoría de las opciones

no son accesibles ya que se trata de una versión Demo del software.

Pulse con el botón izquierdo del ratón sobre un punto cualquiera del plano y en el

menú emergente seleccione la opción “Add site”->”Through co-ordinates”. En la

ventana emergente introduzca las coordenadas en las que se encuentra la estación A.

Antes de introducirlas seleccione en “Grid in” el formato de las coordenadas adecuado

según los datos que se toman de las coordenadas anteriores.

Una vez introducidas las coordenadas de la estación, el programa solicita que se

definan el resto de los parámetros relacionados con la estación transmisora: diagramas

de radiación de la antena, potencia de transmisión, altura de la antena, etc. Introduzca

la altura de la antena en la casilla “Height” y acepte el resto de parámetros por

defecto. Escriba A en la casilla “name”


Una vez definida sobre el plano la estación A, realice la misma operación del paso

anterior para definir la estación B. Una vez definidas aparecerá sobre el plano un

cuadrado rojo con el nombre de cada una. Se pueden seleccionar colocando el ratón

encima del icono (cambia entonces al color azul), y pulsando el botón izquierdo del

ratón. En la ventana emergente se selecciona el nombre de la estación y aparecen

varias opciones: con “Tx parameters” se puede cambiar su posición y parámetros que

la definen.

Seleccione una de las estaciones y elija la opción “Profile”. Lleve la línea que aparece de

modo que una ambas estaciones. Entonces pulse con el ratón y aparecerá el perfil de

elevación entre ambas estaciones. En este perfil ya se tiene en cuenta un factor de

corrección K=4/3 como corresponde a España.

Sobre el perfil de elevación veremos además los dos primeros elipsoides de Fresnel, la

orientación óptima de la antena transmisora y la distancia del vano. Además en la parte

inferior de la pantalla verá el despejamiento y el radio máximo del primer elipsoide de

Fresnel. Con los iconos podemos alterar dinámicamente varios de los parámetros sobre

el perfil para ver cómo cambia el radioenlace.

Inicialmente parta de la mínima longitud de mástil ht=hr=1m, y realice varios cálculos

del radio de la primera zona de Fresnel y el despejamiento (varié la altura de las

antenas para obtener varias mediciones de la zona de Fresnel para el mismo enlace).

Comparé el perfil de elevación resultante del Hertz Mapper con el que había obtenido

inicialmente y rellene la tabla con los resultados del Hertz Mapper y compárela con las

otras mediciones de los varias alturas de las antenas. En caso de que existan diferencias

intente encontrar una explicación.

Tabla No 1. Cuadro Comparativo. Sistema de Evaluación

La práctica se calificará cuando el estudiante resuelva las preguntas planteadas en la


descripción de la práctica y mediante la previa presentación del informe de laboratorio en una escala de 1 a 5. Luego las notas serán enviadas al director de curso para proceder a la puntación en el campus virtual.Para la evaluación se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:Participación activa y presencial en el laboratorio.Informe escrito y sustentación de cada práctica.Informe o productos a entregar

Se entregará un informe de laboratorio que contendrá las preguntas formuladas en las prácticas y el procedimiento seguido para obtener los datos. Deben entregarlo en formato digital al tutor local y al tutor del curso.Es necesario que mediante el simulador recomendado u otro similar se simulen todas las configuraciones planteadas en las guías, o implementarlas si es posible en forma física. Las imágenes del simulador o cualquier evidencia de desarrollo de la actividad se deben incorporan también en el informe de práctica.Retroalimentación

En el campus virtual del curso, se creará un foro para retroalimentar la práctica y publicar los resultados. También se creará un tema para preguntas y respuestas. Debe tenerse en cuenta que las fechas de ejecución de las prácticas dependen de la programación que realiza cada CEAD, por lo tanto la fecha de publicación de notas del componente práctico dependerá también de dicha programación.

PRACTICA No. 2 – Carta de Smith

Tipo de practica



Porcentaje de evaluación 10%Horas de la practica 4Temáticas de la práctica Diseño y análisis de impedancias en líneas de

transmisiónIntencionalidades formativas

Propósitos

Preparar al estudiante para que aprenda a obtener los parámetros de las líneas empleando la Carta de Smith, realizar adaptación de impedancias mediante cortocircuito variable y líneas con perdidas.

Conocer y entender la carta de Smith, así como sus aplicaciones en el análisis de líneas de transmisión.Para esta práctica se utilizará el programa Smith Chart V2.0 que permite analizar la adaptación de impedancias mediante la carta de Smith.

Objetivos

Al finalizar esta práctica el alumno será capaz de: Familiarización con el manejo de la Carta de

Smith. Conocer y entender la carta de Smith, así como

sus aplicaciones en el análisis de líneas de transmisión.

Identificar y definir los principales parámetros, elementos y equipos que caracterizan y componen una línea de transmisión.

Obtener las pérdidas por disipación de calor en líneas de transmisión reales.

Caracterizar dichas pérdidas óhmicas mediante un parámetro denominado constante de propagación.

Interpretar el comportamiento de las pérdidas en función de la frecuencia y conductividad de los materiales.

Metas

Presentar al análisis de requerimientos como


punto de partida para la planeación de líneas de transmisión.


Explicar los conceptos, terminologías y técnicas relacionadas con la adaptación de impedancias.

Realizar una introducción a la optimización y expansión de líneas de transmisión.



Competencias

Capacidad para Representación de impedancias y admitancias.

Obtención de parámetros de la línea: coeficiente de reflexión, relación de onda estacionaria, impedancia vista desde un punto.

Destreza en la aplicación de metodologías de planeación y diseño de Adaptación de impedancias.




Temáticas de la Unidad 2. La carta de Smith consiste en la representación gráfica, en el plano del coeficiente de reflexión, de la resistencia y la reactancia normalizadas. Esta herramienta gráfica permite la obtención de diversos parámetros de las líneas de transmisión y la resolución de problemas de adaptación de impedancias, evitando las operaciones con números complejos que suelen implicar estos cálculos.En esta práctica se pretende que el alumno aprenda como obtener los parámetros de la línea: coeficiente de reflexión, relación de onda estacionaria, impedancia vista desde un punto.Descripción de la practica


La carta de Smith es una herramienta gráfica usada para relacionar un coeficiente de reflexión complejo con una impedancia compleja. La carta de Smith se puede utilizar para una variedad de propósitos incluyendo la determinación de la impedancia, emparejar de la impedancia, optimización del ruido, la estabilidad etc. La carta de Smith es una ingeniosa técnica gráfica que virtualmente evita todas las tediosas operaciones con números complejos. Por ejemplo, se puede determinar la impedancia de entrada a una línea de transmisión dando su longitud eléctrica y su impedancia de carga. En esta práctica se pretende que el alumno aprenda a obtener los parámetros de las líneas empleando la Carta de Smith, realizar adaptación de impedancias mediante cortocircuito variable y líneas con perdidas.

Para esta práctica se utilizará el programa Smith Chart V2.0 que permite analizar la adaptación de impedancias mediante la carta de Smith.Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

Se requiere un computador de escritorio por estudiante y conexión a internet. También se puede realizar con un portátil desde la casa del estudiante.Software a utilizar en la practica

Para esta práctica se utilizará el programa Smith Chart V2.0 que permite analizar la adaptación de impedancias mediante la carta de Smith. (versión Demo), Se requiere un sistema operativo con acceso a Internet, no importa si es windows o Linux.Metodología


Estudio de los conceptos básicos de la Carta de Smith:− Construcción.− Representación de impedancias y admitancias.− Obtención de parámetros de la línea: coeficiente de reflexión, relación de onda estacionaria, impedancia vista desde un punto.− Adaptación de impedancias.

Forma de trabajo:

El estudiante puede trabajar en la Universidad con la asistencia de un tutor o de forma virtual, siempre y cuando disponga de los medios necesarios para el desarrollo del trabajo. Los estudiantes de cada CEAD deben formar grupos con no más de cinco estudiantes que estén matriculados en el curso Microondas. Oportunamente, cada CEAD hará pública la programación (fechas, horarios y sitio de trabajo) de prácticas de los cursos metodológicos. Los estudiantes deben presentarse a cumplir con las sesiones asignadas al curso para desarrollar esta actividad práctica.


Es necesario que los estudiantes lleven los elementos necesarios y claros los conceptos y procedimiento que van a desarrollar. Si disponen del software, es aconsejable que lleven el montaje listo con el fin de ganar tiempo.Una vez el tutor encargado de la práctica les dé las explicaciones básicas y recomendaciones a que haya lugar, los estudiantes del grupo completarán el montaje de cada una de las configuraciones solicitadas y la sustentarán, debidamente alimentada y en perfecto funcionamiento, al tutor presente quién tomará nota de este proceso para asignar posteriormente la nota correspondiente.En el foro del trabajo colaborativo se publicará la programación de las sesiones de práctica que suministre cada CEAD. El correo interno del aula es un medio eficiente para que los estudiantes realicen las consultas directamente al Director del curso.

Procedimiento:

La carta de Smith consiste en la representación gráfica, en el plano del coeficiente de reflexión, de la resistencia y la reactancia normalizadas. Esta herramienta gráfica permite la obtención de diversos parámetros de las líneas de transmisión y la resolución de problemas de adaptación de impedancias, evitando las operaciones con números complejos que suelen implicar estos cálculos.

Para esta práctica se utilizará el programa Smith Chart V2.0 que permite analizar la adaptación de impedancias mediante la carta de Smith y mediante las ecuaciones de las líneas de transmisión.Descargue el Smith Chart V2.0 del sitio http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/ en este pueden descargar tanto el software como la licencia de registro del software y un tutorial en el manejo del software. Luego de descargado, instale y ejecute el Smith Chart V2.0, pulse sobre la ventana de presentación del programa y realice los siguientes representaciones.

http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/


Figura No 2. Ventana principal de Smith Chart V2.01. Una línea de 50Ω está terminada por una resistencia de 30Ω en serie con una

reactancia capacitiva de 40Ω. Hallar: a) ρL y ROE.b) la impedancia de entrada si la longitud de la línea es L = 0.1 λ.c) los valores de longitud de línea que llevan a una impedancia de entrada puramente

resistiva y los valores de estas impedancias.

2. Ubicar sobre la carta de Smith las siguientes admitancias: a) Una resistencia RA = 150Ω.b) Una reactancia inductiva XB = i10Ω. c) Una reactancia capacitiva XC = -i50Ω. d) Una impedancia RL serie ZD = (15 + i10)Ω. e) Un circuito abierto ZE = ∞.f) Un cortocircuito ZF = 0. Usar como impedancia de normalización el valor Z0 = 50Ω.

3. Diseñar un circuito de adaptación entre un generador de impedancia interna Zg = 50 Ω y una impedancia de carga ZL = (25 - 13.2i)Ω a la frecuencia de trabajo.

Tener en cuenta que:• No se pueden utilizar resistores para adaptar impedancias (sólo capacitores e inductores).• El adaptador de cuarto de onda debe intercalarse a una cierta distancia de la carga, para anular su parte imaginaria.


• Para observar fácilmente el ancho de banda es útil dibujar sobre la carta el círculo de ROE constante correspondiente a /ρ/ = 0.2• En el caso de no lograr una adaptación satisfactoria determine el máximo ancho de banda obtenible con todas las configuraciones probadas.

Preguntas4. En el adaptador de dos elementos, ¿existe un único par de elementos que adapta la

carga?5. En los adaptadores de tres y cuatro elementos, ¿cuántas posibilidades hay? ¿Todas

tienen igual ancho de banda?6. Es sensible el adaptador Stub al ancho de banda de las señales de interés?. Mencione

ventajas y desventajas con respecto al adaptador de cuarto de onda.7. Analice la factibilidad tecnológica de alguna de las adaptaciones conseguidas. Sistema de Evaluación

La práctica se calificará cuando el estudiante resuelva las preguntas planteadas en la descripción de la práctica y mediante la previa presentación del informe de laboratorio en una escala de 1 a 5. Luego las notas serán enviadas al director de curso para proceder a la puntación en el campus virtual.Para la evaluación se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:Participación activa y presencial en el laboratorio.Informe escrito y sustentación de cada práctica.Informe o productos a entregar




PRACTICA No. 3 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE ANTENAS

Tipo de practica


Porcentaje de evaluación 10%Horas de la practica 4Temáticas de la práctica Diseño y análisis de AntenasIntencionalidades formativas

Propósitos

Preparar al estudiante para la implementación de una antena Yagi de 4 elementos que trabaje a la frecuencia de 1,2GHz caracterizada con sus parámetros básicos, y la simulación con el software 4NEC2X , que implemente el Método de los Momentos y cuya función sea simular las características de radiación y otros parámetros de antenas Yagi.

Con el programa de simulación 4NEC2X se halla el patrón de radiación y la impedancia de entrada de la antena. Con la antena Yagi implementada y con su puesta a punto de funcionamiento, se validan los resultados simulados.

Objetivos

Familiarización con el manejo del el software 4NEC2X. Identificar y definir los principales parámetros,

elementos y equipos que caracterizan y componen una antena.

Interpretar el comportamiento de las antenas en función de la frecuencia y conductividad de los materiales.

Metas

Presentar al análisis de requerimientos como punto de partida para la planeación del diseño de antenas.


Explicar los conceptos, terminologías y técnicas relacionadas con la adaptación de impedancias.




Competencias

El contenido de la práctica realizada se describe en los siguientes objetivos a cumplir: Diseñar una antena monopolos operante a una

frecuencia de 900MHz. Fabricación de dicha antena. Observar y analizar los resultados que nos proporciona

el analizador de redes del laboratorio. Si es necesario, sintonizar la antena para lograr un

desempeño óptimo (se dejó el cable esmaltado más largo con el fin de ir cortando hasta ajustar la antena para un desempeño óptimo).




Temáticas de la Unidad 3. En el análisis y diseño de antenas, sobresalen dos métodos numéricos de electromagnetismo computacional (CEM): el método de los momentos (MoM) y el método de las diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD). El uso del primero ha sido bien establecido por varias décadas, mientras que el potencial del segundo en trabajo con antenas se ha comenzado a explotar recientemente.

En esta práctica se pretende que el alumno aprenda cómo obtener los parámetros de las antenas, el componente principal bajo el control del planificador de radio en términos de diseño de enlace detallado es la ANTENA. Sus características generales incluyen ganancia, rechazo a la interferencia, altura sobre el nivel del suelo, carga en la torre, son todos factores críticos para obtener un diseño exitoso. Por esta razón se dedica un capítulo completo a la antena, su alimentador asociado y sistema auxiliar.


Descripción de la practica

El estudiante realizara la implementación de una antena Yagi de 4 elementos que trabaje a la frecuencia de 1,2GHz caracterizada con sus parámetros básicos, mediante la simulación con el software 4NEC2X , que implemente el Método de los Momentos y cuya función sea simular las características de radiación y otros parámetros de antenas Yagi.

En lo que sigue se dará una introducción al conocimiento de las antenas. Se revisará el funcionamiento de las antenas desde el punto de vista de la teoría electromagnética, para luego revisar algunos tipos de antenas y ver el estado del arte en esta área.

En cuanto al tratamiento de las materias, se verán en forma sintetizada los tópicos más importantes, y se pretende que con la ayuda de las referencias el alumno pueda ir profundizando tanto en teoría como en tratamiento matemático las materias que más le interesen.

Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

Se requiere un computador de escritorio por estudiante y conexión a internet. También se puede realizar con un portátil desde la casa del estudiante.

Software a utilizar en la practica

Con el programa de simulación 4NEC2X se halla el patrón de radiación y la impedancia de entrada de la antena. Con la antena Yagi implementada y con su puesta a punto de funcionamiento, se validan los resultados simulados. Se requiere un sistema operativo con acceso a Internet, no importa si es windows o Linux.Metodología


En lo que sigue se dará una introducción al conocimiento de las antenas. Se revisará el funcionamiento de las antenas desde el punto de vista de la teoría electromagnética, para luego revisar algunos tipos de antenas y ver el estado del arte en esta área.En cuanto al tratamiento de las materias, se verán en forma sintetizada los tópicos más importantes, y se pretende que con la ayuda de las referencias el alumno pueda ir profundizando tanto en teoría como en tratamiento matemático las materias que más le interesen.Forma de trabajo:

El estudiante puede trabajar en la Universidad con la asistencia de un tutor o de forma virtual, siempre y cuando disponga de los medios necesarios para el desarrollo del trabajo. Los estudiantes de cada CEAD deben formar grupos con no más de cinco estudiantes que estén matriculados en el curso Microondas. Oportunamente, cada CEAD hará pública la programación (fechas, horarios y sitio de trabajo) de prácticas de los


cursos metodológicos. Los estudiantes deben presentarse a cumplir con las sesiones asignadas al curso para desarrollar esta actividad práctica.Es necesario que los estudiantes lleven los elementos necesarios y claros los conceptos y procedimiento que van a desarrollar. Si disponen del software, es aconsejable que lleven el montaje listo con el fin de ganar tiempo.Una vez el tutor encargado de la práctica les dé las explicaciones básicas y recomendaciones a que haya lugar, los estudiantes del grupo completarán el montaje de cada una de las configuraciones solicitadas y la sustentarán, debidamente alimentada y en perfecto funcionamiento, al tutor presente quién tomará nota de este proceso para asignar posteriormente la nota correspondiente.En el foro del trabajo colaborativo se publicará la programación de las sesiones de práctica que suministre cada CEAD. El correo interno del aula es un medio eficiente para que los estudiantes realicen las consultas directamente al Director del curso.

Procedimiento:Para esta práctica se utilizará el programa 4NEC2X que permite simular la radiación de antenas.Descargue el programa 4NEC2X del sitio http://home.ict.nl/~arivoors/ en este pueden descargar tanto el software como la licencia de registro del software y un tutorial en el manejo del software. Luego de descargado, instale y ejecute el 4NEC2X, pulse sobre la ventana de presentación del programa y realice los siguientes representaciones.

El software 4NEC2 cuenta con una interfaz gráfica donde el usuario tiene la opción de introducir los valores de las longitudes de los elementos y las distancias entre estos ya sea por medio de las coordenadas de los elementos, o directamente dibujando la antena completamente en la interfaz. El punto de resonancia de una antena es la frecuencia a la que la parte imaginaria de la impedancia se anula (se hace 0). Esto ocurre a la frecuencia a la que la antena tiene una longitud eléctrica de λ/4. A partir de esto calculamos la longitud de la antena como:

La impedancia de un monopolo depende fundamentalmente de la longitud eléctrica y del diámetro del alambre utilizado. Las simulaciones de la antena con los parámetros obtenidos con los cálculos y con algunos ajustes pequeños se encuentran a continuación:

http://home.ict.nl/~arivoors/


Figura No 3. Ventana Principal 4NEC2 impedancia de entrada.

Se utilizo el simulador para radiación de antenas 4NEC2, donde se iniciaba como muestra la figura No 3; y a partir de la edición en 3D se obtenía una ventana detallada donde era posible describir la forma del monopolo (Figura No 4).

Figura No 4, Edición Geométrica Monopolo 900Mhz, 4NEC2

Teniendo la estructura terminada, para unas medidas de plano de tierra de 40x40cm se procede ahora a la definición de fuentes para la realización de simulación; para ello dentro de la misma ventana de edición en 3D, se anexan las fuentes pertinentes, como muestra la figura No 5.


Figura No 5, Creación de Fuente de Corriente, 4NEC2

Luego de la validación del diseño y comprobando de no tener errores en la geometría que no permitan la simulación, se procede a la Simulación del modelo.

Figura No 6, Barrido en frecuencia, 4NEC2

Para realizar un barrido en frecuencia se abre la ventana de dialogo que se muestra en la figura No 6; a partir del cual se tienen los siguientes resultados:

Wavelength = 0.333mImpedancia = 30.1 – j22.8SWR (50) = 2.14Eficiencia = 100%Radiad Eff. = 93.23%Además de otras características propias del diseño que se muestran en la figura No 7. Para las especificaciones requeridas desde el principio, la antena diseñada es apta.


Figura No 7, Resultados Monopolo 900Mhz, 4NEC2

Repita los procedimientos anteriores con la variación de los parámetros (los valores de las longitudes de los elementos y las distancias entre estos ya sea por medio de las coordenadas de los elementos, o directamente dibujando la antena completamente en la interfaz) de la antena monopolo para hallar por medio de simulación el patrón de radiación plano E y la impedancia de entrada de la antenas.

Obtener para unos nuevos valores de alimentación y frecuencia donde se muestre el valor de la impedancia de entrada, el patrón de radiación de plano vertical.Los parámetros introducidos son:Frecuencia de trabajo = 1200 MHzTensión de Alimentación = 1 V.Número de elementos = 4Número del elemento Activo = 2Radio de los elementos = 0.005 metros.Junto con las respectivas longitudes de los elementos y las distancias entre éstos:Longitud elemento 1 = 0.114 metrosLongitud elemento 2 = 0.108 metrosLongitud elemento 3 = 0.1 metrosLongitud elemento 4 = 0.1 metros

Distancia entre elemento 1 y 2 = 0.0415 metros


Distancia entre elemento 2 y 3 = 0.0365 metrosDistancia entre elemento 3 y 4 = 0.0415 metros

Sistema de Evaluación

La práctica se calificará cuando el estudiante resuelva las preguntas planteadas en la descripción de la práctica y mediante la previa presentación del informe de laboratorio en una escala de 1 a 5. Luego las notas serán enviadas al director de curso para proceder a la puntación en el campus virtual.Para la evaluación se tendrán en cuenta los siguientes aspectos: Participación activa y presencial en el laboratorio. Informe escrito y sustentación de cada práctica.

Informe o productos a entregar




7. FUENTES DOCUMENTALES

[1] Tutorial uso de 4NEC2 para la simulación de antenas. Universidad de los Andes, Bogota Colombia, Julian A. Herrera.

[2] Laboratory session 2 - biref introduction to the laboratory equipment - preliminary version 2, Julian A. Herrera – Nicolas Mora P; 23 Sep 2003.

[3] Reinoso, J.O., Cálculo de campos eléctricos por el método de los elementos finitos, Tesis de Grado, UIS, 1983.

[4] Acevedo, A.M., Acosta, C.J., Simulación de la interacción dieléctrico-microondas en una cavidad resonante, Tesis de Grado, UIS (2004).

[5] Roger F. Harrington, Field Computation by Moment Methods, The Macmillan Company New York, 1968.

[6] Warren L. Stutzman, Gary A. Thiele, Antenna Theory and Design, 2nd ed., Wiley and Sons, 1997.

[7] LabVolt, Fundamentos de las Antenas, Quebec, Canada.

[8] Thomas A. Milligan, Modern Antenna Design, ed., McGraw-Hill, 1985, pp. 332-345.

[9] Morris Tischler , Antenas and Transmisión Lines, Science Instrument Company, Baltimore, MD, U.S.A.

[10] E Hubregt J. Visser, Array andPhased ArrayAntenna Basics, John Wiley & Sons, 2005

[11] Robert J. Mailloux, Phased Array Antenna Handbook, ARTECH HOUSE, INC., 2005

[12] ROBERT H. KYLE, Mutual Coupling Between Log-Periodic Antennas, IEEE trans 1969

[13] Kai Chang: RF and Microwave Wireless Systems, Copyright # 2000 John Wiley & Sons, Inc., pp. 67-80

[14] Balanis, C.A., Antenna Theory: Analysis and Design, John Wiley & Sons, Inc, 1997.

Sitios WEB

www.atdi.com

http://translate.google.com/translate?hl=es&sl=en&u=http://www.angelfire.com/sc/ felipemeza/pub3.html&· http://quantum.ucting.udg.mx/uctn/cursos/index.html

http://telecom.fi−b.unam.mx/download.htm

http://mailweb.pue.udlap.mx/~lgojeda/tutoriales/ie38001/page75.htm

http://www.atdi.com/


http://216.239.35.120/translate_c?hl=es&u=http://www.ee.surrey.ac.uk/Personal/ D.Jefferies/smith.html&prev=/

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http://mailweb.udlap.mx/~lgojeda/apuntes/electro/capitulo7/chapter7.htm

http://www.swisswireless.org/wlan_calc_en.html: cálculo de enlaces, Zona Fresnel, radiación por difracción, etc. Simple pero claro.

http://www.zytrax.com/tech/wireless/calc.htm: varios calculadores, incluyendo Fresnel, difracción y Friis.

http:// gbppr.dyndns.org:8080/fresnel.main.cgi: Fresnel

http://my.athenet.net/~multiplx/cgi-bin/knife.main.cgi: difracción

www.ansoft.com : Empresa dedicada a programas de simulación de campos, también tiene productos de simulación tipo Spice

www.sonnetusa.com : Otra empresa que se dedica a softwares de simulación de campos

Public domain MININEC is available in the following programs (with Web URLs listed): NEC4WIN (Windows) from Orion: http:// www.cam.org/~mboukri.

http://mailweb.udlap.mx/~lgojeda/apuntes/electro/capitulo7/chapter7.htm

http://216.239.35.120/translate_c?hl=es&u=http://www.ee.surrey.ac.uk/Personal/D.Jefferies/stubmatch.html&prev=/

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