laboratorio de antenas
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INGENIERIA DE ANTENAS Y PROPAGACION
LABORATORIO DE ANTENAS No 1
MEDICION DE LA LONGITUD DE ONDA.
OBJETIVO
Conseguir la longitud de onda “
λ” mediante los máximos y mínimos de
señal. Verificar la frecuencia de operación
FUNDAMENTO TEORICO
La longitud de onda es un concepto muy importante en el estudio de las telecomunicaciones y se define como la distancia horizontal que existe entre dos picos de ondas adyacentes, dos valles consecutivos o el doble de la distancia entre un nodo y otro, que están en movimiento a la velocidad de la luz
Entonces la longitud de onda λ es:
λ= cf
Donde:
f=frecuenciac=Velocidaddelaluz 3×108m /s
La velocidad de una onda, es la velocidad con la que viaja esta, desde el origen hacia el destino, en proporción directa a la frecuencia y longitud de onda.
MATERIALES
Transmisor
INGENIERIA DE ANTENAS Y PROPAGACION
Receptor Goniómetro
PROCEDIMIENTO
Para realizar este laboratorio de la medición de la longitud de onda se proseguirá de la siguiente manera:
En este experimento, consiste en que usted coloque el Tx y el Rx sobre el goniómetro a una distancia razonable en una configuración de línea de vista entre el Tx y el Rx asumiendo que existe una reflexión entre ondas electromagnéticas mientras atraviesan el espacio entre las dos antenas pudiendo haber ondas estacionarias en esta separación.
Para realizar la toma de datos de en el modelo de máximos y mínimos moveremos el Rx o Tx a lo largo de la línea horizontal y en esos movimientos veremos la diferentes intensidad de la señal transmitida, moviendo el Rx o Tx podremos ver los máximos y mínimos de la señal transmitida.
Montar el equipo como ser muestra a continuación en la figura 1-A
FIGURA 1-A
DATOS
Los siguientes datos que se tomaran se muestra en el desplaye del receptor.
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Tabla # 1
Distancia (cm)
Eo (dBuV/m)
Max/Mim
ANALISIS DE DATOS
En el análisis de datos se debe tomar los valores máximos obtenidos en una distancia determinada mas el valor mínimo, de lo cual el valor máximo y mínimo se debe restar respectivamente, y el valor obtenido nos permitirá obtener la longitud de ondas con lo cual está trabajando el equipo del laboratorio con este procedimiento se realizara la tabla que se muestra a continuación:
Eo (dBuV/m)
Max - Mim
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CUESTIONARIO
a).- ¿Por qué es importante saber la longitud de onda?
b).- De la tabla de datos de los máximo y mínimos trasforme a
dBm pW, nW dBmV uV RMS, mVRMS uV pico a pico, mV pico
La impedancia del sistema es de 50 ohmios
c).- Calcular las longitudes de onda para las siguientes frecuencias de RF
2.4 Ghz 7.3 Ghz 20 Ghz 29 Thz
d).- Detallar las características de una antena Horn
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LABORATORIO DE ANTENAS N º 2
POLARIZACION.
OBJETIVO
Se estudiara en forma práctica la polarización vertical y horizontal lineal en la propagación de ondas electromagnéticas.
MATERIALES
Transmisor Receptor Goniómetro La parilla de polarización
FUNDAMENTO TEORICO
La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.
En una onda electromagnética NO polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda transversal sin polarizar, el campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales, como las ondas sonoras, no pueden ser polarizadas porque su oscilación se produce en la misma dirección que su propagación.
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La polarización tiene gran importancia en la propagación de ondas electromagnéticas, estando envuelta en una serie de factores como: la orientación de las antenas en relación al plano de la tierra y rotación de orientación de los campos debido al medio de propagación, se dice que la onda es verticalmente polarizada cuando el campo eléctrico es perpendicular a la superficie de la tierra y horizontalmente polarizada cuando el campo eléctrico es paralelo a la superficie de la tierra.
POLARIZADOR DE REJILLA: Un polarizador de rejilla está formado por un conjunto de varillas conductoras equidistantes, paralelas entre si y dispuestas en un plano. Las rejillas de varillas se usan en el rango de microondas como polarizadores lineales. El campo eléctrico que entra a la rejilla se pude descomponer en dos, una paralela a la y otra perpendicular.La componente del campo eléctrico paralela a las varillas induce corrientes eléctricas sobre las mismas por lo que la señal en el receptor será menor debido a la absorción que presentan las varillas, la componente perpendicular presenta corrientes muy pequeñas, por lo que en este sentido la señal no se atenúa
PROCEDIMEINTO .Se coloca en una línea recta el Tx y Rx con una separación de 1m entre ambos, luego se pasara a colocar la parilla de polarización al centro del goniómetro para una polarización vertical, se verá cuanto a sido la atenuación en el Rx cuando se aplica una polarización vertical, con eso se puede ver que la dirección del campo electrico es vertical como se muestra en la lectura en el receptor .
FIGURA 1
La parrilla se irá girando en rangos de 10 grados para obtener las lecturas en el receptor, como se observa en la Fig. 2
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FIGURA 2
El equipo deberá estar instalado como se observa en la Fig. 3.
FIGURA 3
DATOS
En la siguiente tabla se llenaran los datos tomados en laboratorio, para la polarización vertical.
Ángulos
Medidas
010
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2030405060708090
100110120130140150160170180
Tabla 1
CUESTIONARIO1.- Graficar la tabla Nº 1 con el eje de coordenadas “X- ángulos”, “Y-medidas tomadas”.2.- Explicar los siguientes tipos de polarización electromagnética:a) Polarización Lineal b) Polarización Circular c) Polarización Elíptica3.- Explique cuál debe ser la curva teórica representada en el punto 1(Polarización Vertical).4.-Calcular de la tabla Nº 1 los valores en dBm.5.-Que significa discriminación de polarización.6.- Explique efecto Hertz y efecto Dubois
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LABORATORIO DE ANTENAS No 3
REFLEXION
OBJETIVO
Se estudiará la reflexión de un reflector pasivo en la propagación de ondas electromagnéticas.
MATERIALES
Transmisor Receptor Goniómetro Reflector pasivo
FUNDAMENTO TEORICO
Al reflejarse un haz de luz no polarizada sobre una superficie, la luz reflejada sufre una polarización parcial de forma que la componente del campo eléctrico perpendicular al plano de incidencia (este plano contiene la dirección del rayo de incidencia y el vector normal a la superficie de incidencia) tiene mayor amplitud que la componente contenida en el plano de incidencia.
Cuando la luz incide sobre una superficie no absorbente con un determinado ángulo, la componente del campo eléctrico paralela al plano de incidencia no es reflejada. Éste ángulo, conocido como ángulo de Brewster, en honor del físico británico David Brewster, se alcanza cuando el rayo reflejado es perpendicular al rayo refractado. La tangente del ángulo de Brewster es igual a la relación entre los índices de refracción del segundo medio y el primer medio.
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Ángulo de Brewster (θB).
PROCEDIMEINTO
a) Monte el equipo como se muestra en la figura con el transmisor fijado al brazo
del goniómetro, esté seguro de ajustar el transmisor y el receptor en la misma
polaridad. Los horns deben estar en la misma orientación como se muestra en la
figura.
b) Conecte el transmisor.
c) El ángulo entre la onda incidente del transmisor y de la línea normal del plano del reflector se llama ángulo incidente (Figura ). Ajuste el componente rotatorio para que el ángulo incidente iguale a 60 grados.
d) Sin mover el transmisor o el reflector, rote el brazo del goniómetro hasta que de una lectura máxima en dB. El ángulo entre el eje del horn del receptor y la línea normal del panel reflector es llamado ángulo del reflector.
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FIGURA
DATOS
En la siguiente tabla se llenara a continuación los datos tomados en laboratorio.
Eo (dBuV/m) Ef (dBuV/m)
CUESTIONARIO
1. Indique porque la penitencia en el lectura del receptor cuando se utiliza un reflector pasivo es igual a la potencia del transmisor cuando las antenas direccionadas con una Angulo cero.
2. Como se calcula perdida en reflector.3. Encuentre tipos de reflectores con sus respectivas ganancias.4. Calcule la perdida de espacio libre con un salto de 35 Km entre el transmisor y el
reflector pasivo y 12 Km entre el receptor.
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LABORATORIO DE ANTENAS No 4
LEY INVERSA CUADRATICA
OBJETIVO
Cuanto más lejos se mueve el frente de onda, más pequeña es la densidad de potencia, se llama ley inversa cuadrática debido a que la densidad de potencia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente y se representa como:
P2P1
=( D1D2 )2
MATERIALES
Controlador de servo motor Antena yagi 4 elementos Antena yagi 3 elementos Antenas LPDA Trípode de antenas con servo Cables de conexión y cinta métrica
FUNDAMENTO TEORICO
Cuanto más lejos se mueve el frente de onda, más pequeña es la densidad de potencia.Debido a que el área de esfera se incrementa en proporción directa a la distancia de la fuente al cuadrado, la densidad de potencia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente. La relación se llama ley inversa cuadrática y se representa:
P2=Pr4 πR2
2
P1=Pr4 πR1
2
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P2P1
=P r /4 πR2
2
P r /4 πR12
P2P1
=( R1R2 )2
Ejemplo:Para una antena isotrópica radiando 100w de potencia, determine:a) Densidad de potencia a 1000m de la fuente Pl
P1=Pr4 πR1
2=1004 π ⋅10002
=7 .96 w /m2
b) Densidad de potencia a 2000m de la fuente P2
P2=Pr4 πR2
2=1004π 20002
=1.99w /m2
PROCEDIMEINTO
a) Mantenga ambos trípodes a una distancia mínima de 0.5 m entre antenas, esta distancia se mede entre el centro de la antena Tx y el centro de la antena Rx, esta distancia mínima asegura que estamos probando las antenas en una región de campo alejado (FAR FIELD).
b) Transmitiendo Señales de RF de la antena yagi (4el) es interceptada por la antena yagi (3el) y enviada al receptor, medir el nivel en el receptor en dBuV, en las distancias: 1m, 1.5 m, 2m, 3m.
Las lecturas pueden ser distorsionadas si la antena yagi (3el) captura señales con sus lóbulos traseros o laterales, al mismo tiempo pueden suceder reflexiones o absorciones de señal.
DATOS
D (m) E (dBuV/m)
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11,523
CUESTIONARIO
1.- Defina campo alejado también llamado campo FAR-FIELD.
2.- Indique tipos de reflexión
3.- Porque al duplicarse la distancia se pierden 6 dB
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LABORATORIO DE ANTENAS No 5
ANTENAS OMNIDIRECCIONALES
OBJETIVOS
Trazar el modelo de radiación de una antena omni direccional.
EQUIPOS REQUERIDOS
Antena transmisora, receptor y un y un controlador de un servo motor. Antena dipolo y monopolo. Trípode de antena, trípode con el servo motor, cables de conexión, conectores
de polarizaciones y cinta métrica.
PROCEDIMIENTO
Para elaborar el laboratorio de antenas omnidireccionales se conecta el conector de polarización al trípode.Conecte la antena dipolo al conector de polarización que esta en el trípode.
La antena dipolo debe estar en posición vertical.Las dimensiones del dipolo fueron construidas para una frecuencia de 600 MHz, que tiene el equipo transmisor y receptor.
Programe la frecuencia del transmisor a 600 MHz., Conecte el atenuador de 20 dBm a la salida RF del transmisor para salidas bajas de RF y minimizar la saturación en el receptor.El transmisor con una salida RF limitada a solo 110 dBuV a diferencia del transmisor el cual genera solo frecuencias simples en un determinado momento.
En realidad esto cambia el piso ruidoso a 70 dBuV, se nota como si esto generara el ruido que tiene todas las frecuencias de señal. De ahí, es muy útil en la medición de la amplitud de banda de la antena donde uno no tiene que cambiar la frecuencia de la fuente en lo que concierne al Rx mientras se toman las medidas. Esto quiere decir que simplemente tiene que cambiar la frecuencia del Rx y puede trazar la amplitud de banda de antena desde 5 a 3000MHz.
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Conecte la antena monopolo al trípode con el servo y ponga la frecuencia del receptor a 600 MHz y no conecte ningún atenuador para obtener una máxima sensibilidad. Ponga la longitud de antena a λ/4 o 12cm. Mantenga la antena en dirección vertical.
La distancia entre antenas debe ser de alrededor de 1 metro.
La distancia de 1 metro asegura que la reflexión multitrayecto del piso, del techo etc. son minimizadas. El aumento o la disminución de la altura de los trípodes no debería variar el nivel de lectura más de 4 a 6 dB. Esta ondulación puede conducir a resultados erróneos.
Mantener las antenas en el mismo plano horizontal. Quite cualquier objeto vago de alrededor de las antenas, sobre todo en la línea de vista. Evite cualquier movimiento innecesario mientras se toman las lecturas.
Utilizando la unidad controladora del servo motor, rote la antena monopolo vertical hasta llegar al eje de 5 grados, tome las lecturas del nivel que muestra el receptor en cada paso después del “beep” y escríbalo.
Trace las lecturas en el plano cartesiano polar usando las escalas Logaritmicas/Lineales en las graficas provistas.Mientras el graficador toma las lecturas máximas como referencia el cero y resta las lecturas subsecuentes de esta lectura de referencia y lo grafica. Así todas las lecturas de nivel serán en dBuV según el gráfico.
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CUESTIONARIO
¿ Cuales son las características de una antena dipolo y monopolo ? ¿ Cuales son las características de una antena dipolo doblado y cual es la su
impedancia característica ? ¿A que frecuencia se utiliza las antenas monoplo. ?
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LABORATORIO DE ANTENAS No 6
ANTENAS DIRECCIONALES
OBJETIVOS
Graficar el modelo de radiación de una antena direccional.
EQUIPOS REQUERIDOS
Antena transmisora, receptor y controlador del servo motor. Antena dipolo y yagi (4el). Antena trípode y trípode del servo motor con cables de conexión y cinta
métrica.
PROCEDIMIENTO
Para el presente laboratorio se conecte la antena dipolo al trípode transmisor y ponga la frecuencia a 600 MHz y conecte el atenuador de 20 dB al transmisor para obtener un nivel bajo de RF y eliminar la saturación en el receptor. Ponga la longitud de antena a λ/4 al centro.Mantenga la antena en dirección horizontal.Utilizado como transmisor con una salida RF limitada a solo 110 dBuV.como si esto generara el ruido que tiene todas las frecuencias de señal. De ahí, esmuy útil en la medición de la amplitud de banda de la antena donde uno no tieneque cambiar la frecuencia de la fuente en lo que concierne al Rx mientras se
CUESTIONARIO
¿ Cuales son las características de una antena dipolo y monopolo ? ¿ Cuales son las características de una antena dipolo doblado y cual es la su
impedancia característica ? ¿A que frecuencia se utiliza las antenas monoplo. ?
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LABORATORIO DE ANTENAS No 7
ESTUDIO DE ANTENAS PARABOLICAS.
OBJETIVOS
Para graficar el modelo de de radiación de la antena PARABOLICA en planos de Azimut y Elevación en escalas Log y Lineal en graficas polares y cartesianas.
Para medir el ancho de haz (-3dB), de frente a atrás, los lóbulos laterales y su nivel posición angular, plano de polarización, directividad y ganancia de la antena.
Para el estudio de la antena en resonancia y medir el VSWR, impedancia y la impedancia de ancho de banda usando un ACOPLADO
EQUIPOS REQUERIDOS
Antena de transmisor, receptor y controlador de motor paso a paso. LPDA antena, antena parabólica reflectora. Antena Trípode y pasos vaina con cables de conexión, de polarización conector.
PROCEDIMIENTO
Para la parcela de radiación de reflector parabólico en azimut y elevación de registro de aviones en escala lineal y en cartesianas y polares parcelas.
1. Conecte la antena al LPDA el trípode y ajuste la frecuencia del transmisor1500 MHz.
2. Uno puede usar un generador de ruido en lugar de transmisor para la generación de CW señales. Generador de ruido que da un aproximado de nivel de RF de 70 dBuV a partir del 5 de MHz a 3000 MHz.
3. GN-03 puede ser utilizado como un transmisor RF con una salida limitada a 70dBuV pero, a diferencia de transmisor W donde tenga sólo generar una sola frecuencia a la vez, NG03 genera todas las frecuencias al mismo tiempo de 5 MHza 3000MHz. En realidad se desplaza el ruido de fondo a 70 dBuV, por lo que parece como si se trata de la generación de ruido donde tenga todas las frecuencias de la señal en el mismo. Por lo tanto, es muy útil en la medición de antena bandwidth aquí que no se necesita cambiar la frecuencia de la fuente con respecto a Rx teniendo en la medición. Esto significa que simplemente tienen que cambiar la frecuencia de Rx y parcela de ancho de banda de la antena del 5 al 3000MHz.
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4. Ahora conecte la antena reflector parabólico a la trípode de pasos y configurar el receptor a 1500 MHz.
5. Ajuste la distancia entre las antenas de alrededor de 1m.
6. Tome el nivel de lectura del receptor y ver que la lectura no es más que 75dB después de que los atenuadores necesidad de estar conectado.
7. Ahora girar la antena parabólica reflectora alrededor de su eje en pasos de 5 grados utilizando controlador de motor paso a paso. Tome el nivel de lecturas en el receptor cada uno de los pasos y anotar.
8. Parcela en las lecturas polar o un plano cartesiano con log / escalas lineales en el gráfico de los documentos proporcionados en la parte de atrás del manual.9. Esta parcela LPDA y con reflector parabólico en el plano horizontal se forma un Acimut parcela.
10. Ahora sin cambiar la configuración - LPDA girar la antena en el receptor de horizontal a vertical plano con un conector de la polarización.
11. Del mismo modo su vez, el reflector parabólico de plano vertical-El plano de la alimentación es el plano de reflector de antena. Ahora girar la antena parabólica reflectora en torno a su eje en pasos de 5 grados utilizando controlador de motor paso a paso. Tome el nivel receptor de las lecturas en cada paso y anotar.
12. Esta parcela constituye la trama de elevación de la antena parabólica reflectora.
Para medir la anchura del haz (-3dB), frente a atrás, nivel de los lóbulos laterales y su posición angular, plano de la polarización, directividad y ganancia de la Antena parabólica reflectora.
1. Desde el Acimut extraer patrones de radiación en un experimento encontrar los siguientes.
2. Desde el gráfico polar medir el ángulo w 0dB aquí la referencia está ahí. Esto será también la dirección del lóbulo principal o boresight dirección.
3. Medir el ángulo de lectura cuando este es-3dB en su cualquiera de las partes.
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4. La diferencia entre las posiciones angulares de la-3dB puntos del ancho de haz de la antena.
5. Los lóbulos laterales de la posición angular y el nivel que se puede inferir de la parcela.
6. El frente hacia atrás puede deducirse de la diferencia en los niveles en dB deboresight dirección y la dirección diametralmente opuesta a ella.
7. Buscar el plano de polarización de la antena parabólica reflectora comparando a otro LPDA.
8. La directividad se puede encontrar mediante la medición de elevación y azimut del ancho de haz utilizando la relación tal como se explicó anteriormente.
9. La ganancia de antena reflector parabólico en DBD se puede encontrar restando la Antena parabólica reflectora boresight receptor con la lectura w Con un LPDA antena conectada en su lugar. Sin embargo, asegurarse de que LPDA se sustituirá en el mismo plano de polarización y se ha sintonizado en esa frecuencia.
Para el estudio de resonancia antena y medir VSWR, impedancia e impedancia usando el ancho de banda DIRECCIONAL ACOPLAMIENTO y ajustar la antena de dimensiones de la resonancia.
1. Conecte el DIRECCIONAL ACOPLAMIENTO al transmisor mediante el trípode TX Conector.
2. Conecte la antena parabólica reflectora a la ACOPLAMIENTO en DIRECCIONAL Conector de la ANT.
3. Conecte el receptor a la DIRECCIONAL ACOPLAMIENTO RX en el conector.
4. Almacén de frecuencias a 2000 MHz a 10 MHz intervalos.5. Repita el mismo w Con receptor y almacenar todas las frecuencias.
6. Ahora que el transmisor y el receptor a 1400 MHz y tomar la lectura en receptor.
7. Conectar un atenuador, si la lectura es más de 75dB.
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8. Tome lecturas en intervalos de 10 MHz.
9. Existirá una elevación en el nivel debido a la nulidad de puente la antena resuena aquí.
10. Cuanto mayor es el acercamiento null la impedancia de la antena es de 50 ohmios.
11. La impedancia y de la impedancia bandwidth se puede medir, tal como se explica anterior.
CUESTIONARIO
¿ Cuales son las características de una antena parabolicas y LPDA ? ¿A que frecuencia se utiliza las antenas parabólicas?