Instituto Politcnico Nacional

Escuela Superior De Ingeniera Mecnica Y ElctricaUnidad Zacatenco

Ingeniera en comunicaciones y electrnica

Teora de Radiadores Electromagnticos

Practica 2Elementos radiadores y no radiadores

Grupo: 5CM6Profesor: M. .C Pilar Guadalupe Gutierrez Moreno

Integrantes.Ivn Mendoza Bernal2013300182Moreno Ramrez Luis David2013300742 Daniel Saldaa Jimenez 2013301736

Calificacin:_________Mxico, Distrito Federal, a 22 de Mayo de 2015ObjetivoPor medio de las siguiente configuracin el alumno identificara que elementos radian (tipos de antena) y cuales no radian.

Introduccin terica

Antena monopolo

Se denomina Monopolo vertical a la mitad de un dipolo vertical. Un monopolo puede ser completado mediante un plano de tierra modelndose as como un dipolo completo, situacin tpica, sobre todo en monopolos verticales.

Por qu surgen los monopolos?Surgen principalmente por dos razones, la primera como recurso sencillo de montaje sobre una superficie plana generalmente conductora y una segunda razn por una situacin inevitable: existimos sobre un suelo que justamente es plano, extenso y conductor (plano de tierra o ground plane). Tambin podra mencionarse que un monopolo (antena desbalanceada como se explica ms adelante) es fcilmente conectado al transmisor o receptor mediante un cable coaxial que tambin es de tipo desbalanceado, sin perturbar las caractersticas de radiacin del monopolo. Como ejemplo de ambas situaciones podemos sealar: en VHF y UHF monopolos son instalados sobre el techo de unidades mviles, y en Onda Larga y Onda Media (casi siempre monopolos) la superficie terrestre es su plano de tierra por definicin, dado que deben erigirse completamente sobre l debido a su dimensiones (entre 30 y 500 metros de altura), como es obvio.

Plano de tierra (Ground Plane)Plano de tierra o de masa (este ltimo trmino menos empleado en antenas) se denomina a una superficie plana, infinita y perfectamente conductora. Al montarse un monopolo (aislando la base) sobre esta superficie terica se produce un efecto "espejo" crendose un dipolo vertical completo. De manera realista el plano de tierra para ser considerado como tal, debe tener dimensiones muchos mayores a la longitud de onda de la seal ha transmitirse o recibirse. Esta caracterstica sobre todo se refiere a la conformacin del patrn de radiacin. En el caso de seales que se propagan por el modo de corrientes de superficie, la extensin del plano de tierra tiene un significado distinto.Plano de tierra (Ground Plane)PolarizacinLa antena vertical emite en polarizacin vertical, o sea, el campo elctrico es perpendicular al plano del suelo.Usos tecnolgicos del monopolo verticalEl uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio mvil en vehculos. En ellas, el cuerpo metlico del vehculo sirve de plano de masa. A causa de la popularidad de la VHF mvil en la banda de 2m, la antena ms comn es el monopolo vertical. Eso explica a su vez que en la banda de 2m la polarizacin en la clase de emisin F3E (Frecuencia Modulada o FM) sea la polarizacin vertical.

El vehculo utiliza las cuatro llantas como condensador para conducir la HF de regreso a la antena.

El monopolo vertical es muy usado en las expediciones de radioaficionados, sobre todo desde islas o costas. El diagrama de emisin del monopolo vertical muestra emisiones sumamente rasantes, lo que garantiza que la energa est concentrada a pocos grados por encima del horizonte, favoreciendo as el alcance mximo por reflexin en la ionosfera; las extensiones de agua salada son espejos ideales para las ondas HF, que les sirven de plano de masa.

Bobina Inductiva

Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para detectar materiales metlicos ferrosos. Son de gran utilizacin en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia de objetos metlicos en un determinado contexto (control de presencia o de ausencia, deteccin de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificacin y de conteo).Una corriente (i) que circula a travs de un hilo conductor, genera un campo magntico que est asociado a ella.

Cable corriente.jpg

Los sensores de proximidad inductivos contienen un devanado interno. Cuando una corriente circula por el mismo, un campo magntico es generado, que tiene la direccin de las flechas naranjas. Cuando un metal es acercado al campo magntico generado por el sensor de proximidad, ste es detectado.Bobina corriente.jpg

La bobina del sensor inductivo induce corrientes de Foucault en el material a detectar. stas, a su vez, generan un campo magntico que se opone al de la bobina del sensor, causando una reduccin en la inductancia de la misma. Esta reduccin en la inductancia de la bobina interna del sensor, trae aparejado una disminucin en la impedancia de sta.

La inductancia, es un valor intrnseco de las bobinas, que depende del dimetro de las espiras y el nmero de ellas. En sistemas de corriente alterna, la reactancia inductiva se opone al cambio del sentido de la corriente y se calcula de la siguiente manera:

\mathit{XL = 2 \pi\ f L}

Donde:

XL - Reactancia inductiva medida en ohms (\mathit{\Omega}) - Constante PiF - Frecuencia del sistema medida en hertz (Hz) L - Inductancia medida en henrios (H)

El oscilador podr generar nuevamente el campo magntico con su amplitud normal. Es en este momento en que el circuito detector nuevamente detecta este cambio de impedancia y enva una seal al amplificador de salida para que sea ste quin, nuevamente, restituya el estado de la salida del sensor.

Si el sensor tiene una configuracin normal abierta, ste activar la salida cuando el metal a detectar ingrese a la zona de deteccin. Lo opuesto ocurre cuando el sensor tiene una configuracin "normal cerrada" estos cambios de estado son evaluados por unidades externas.

Equipo y material a emplear

Generador de radiofrecuencias

Detector de voltaje y corriente

Detector de radiacin

2 varillas del numero 21

2 varillas del numero 13

2 varillas del numero 2

Caja de accesorios

Copete capacitivo del numero 20

Lampara

Transportador de 360

Desarrollo experimental

Experimento 1

En este experimento conectamos una varilla del numero 13 como se muestran en la figura 1 al plano de tierra.Figura 1 Antena tipo monopolo

a) AcoplamientoPara empezar el experimento, primero procedimos a realizar el acoplamiento de la antena, con lo cual no quedaron los siguientes parmetros.

Potencia directaPotencia reflejadaPotencia transmitida

0.50.013.8

b) Deteccin de Voltaje y Corriente en diferentes puntos de la antena.Los puntos donde se midi voltaje y corriente se muestran en la figura 2. Para medir estos valores usamos un detector de voltaje y corriente como se muestra en la figura 3.Figura 2 - Puntos donde se midi corriente y voltaje en la antena.

Figura 3 - Detector de voltaje y corriente usado durante la practica.

En la siguiente tabla se muestra los valores obtenidos de voltaje y corriente obtenidos en diferentes puntos de la antena.

CorrienteVoltaje

Punto 130

Punto 222

Punto 303

Para esta antena el tipo de radiacin es vertical, es decir, el campo elctrico es perpendicular al plano del suelo. Esto lo sabemos al leer un poco de teora y al hecho de usar el detector de radiacin en posicin vertical, colocada en otra posicin, este no capta radiacin. Una vez entendido esto, procedimos a medir el que tan lejos radia la antena en diferentes direcciones, los resultados se muestran en la siguiente tabla.

090180270

Distancia medida (m)1.561.621.451.36

ObservacionesLa seal es excelenteLa seal es excelenteLa seal es excelenteLa intensidad de la seal baja bruscamente, esto puede deberse a que el receptor estaba mal posicionado.

A pesar de que al medir la radiacin en el ngulo de 270 la seal tiene un valor que discrepa con los obtenidos en los dems valores, podemos deducir que el patrn de radiacin que produce esta antena es una circunferencia, y midiendo la radiacin en un plano z, se observa que el patrn de radiacin en 3 dimensiones tiene la forma de una dona. En la figura 4 se observa como medimos la radiacin emitida por la antena usando el detector de radiacin.Figura 4 - Midiendo la radiacin que emite el monopolo a diferentes ngulos de este.

Experimento 2Para este experimento, dejamos conectada la varilla del experimento anterior, agregando nicamente un copete capacitivo, el diagrama de la antena que debamos de tener se muestra en la figura 5. Una vez realizado esto, procedimos a acoplar la antena. Figura 5 - Diagrama de antena monopolo con un copete capacitivo.

Acoplamiento

PDPRPT

0 W0.9 W6

Una vez realizado el acoplamiento, medimos parmetros de voltaje y corriente en distintos puntos de la antena, los cuales se muestran en la siguiente tabla.CorrienteVoltaje

Punto 110

Punto 211

Punto 310

El siguiente paso en el experimento, fue medir hasta donde llega la radiacin emitida por esta antena. Los valores se muestran en la siguiente tabla.

nguloDistancia (m)Observaciones

02.03La seal mejoro respecto a la antena monopolo sin el copete capacitivo.

901.85La seal mejoro respecto a la antena monopolo sin el copete capacitivo.

1801.92La seal mejoro respecto a la antena monopolo sin el copete capacitivo.

2701.63La seal mejoro respecto a la antena monopolo sin el copete capacitivo.

Al realizar estas detecciones de radiacin en la parte superior de la antena, notamos que no hay radiacin, adems de que nuevamente recurriendo a la terica, nos encontramos con que la funcin del copete capacitivo es la de aumentar la longitud elctrica sin aumentar las longitudes fsicas de la antena, lo cual queda comprobado debido a los resultados obtenidos en las mediciones. Es importante mencionar que el patrn de radiacin de esta antena es igual que el de la antena monopolo sin el copete capacitivo, adems de que se observa tambin que la polarizacin de esta antena tambin es vertical.

Experimento 3En este experimento colocamos 2 varillas del numero 13 y otras 2 varillas del numero 21 las cuales quedaron en posicin perpendicular a las varillas del numero 13, quedndonos el arreglo de la siguiente manera. Figura 6 - Linea de transmisin.

Una vez montada la antena, procedimos a realizar las respectivas mediciones de voltaje y corriente en diferentes puntos de la antena, los puntos donde se midieron estos parmetros se muestran en la figura 7 y las mediciones obtenidas en la tabla de abajo.

Figura 7 - diagrama de la antena, los nmeros muestran los lugares donde se realizaron mediciones en la antena.

PuntoCorrienteVoltaje

151

251

351

421

501

El siguiente paso en la practica fue usar el detector de radiacin para determinar la distancia hasta donde llega la radiacin de esta antena (figura 8).

Figura 8 - Usando el detector de radiacin.

Los valores de la distancia a la que radia la antena, se muestra en la siguiente tabla.

nguloDistanciaObservaciones

0135La seal es buena

9099La seal es regular

18079La seal es regular

27085La seal es regular

Experimento 4

Para este experimento, usamos la misma antena del experimento pasado, solo que esta vez colocamos un corto al final de esta antena (figura 9). Una vez hecho esto, nuevamente realizamos el acoplamiento para esta antena, quedndonos de la siguiente manera.

PDPRPT

0.6 w1 w8

Figura 9 - Antena del experimento 4 al momento de realizar las mediciones de voltaje y corriente.

Procedimos a la deteccin de voltaje y corriente de la antena en distintos puntos como se muestra en el diagrama de la figura 10, quedndonos de la siguiente manera.

Figura 10 - Diagrama de la antena del experimento 5.

PuntoCorrienteVoltaje

101

201

301

401

501

Las detecciones de radiacin en esta antena nos quedaron de la siguiente manera.

nguloDistanciaObservaciones

00No hay seal

900No hay seal

1800No hay seal

2700No hay seal

Los valores en las mediciones para esta antena fueron bajos o nulos, esto se debe a que esta no es una antena, sino una linea de transmisin en corto, por lo tanto no existe radiacin emitida por la misma. Esto se comprueba ya que en el experimento anterior la antena sin el corto si emite radiacin y al realizar mediciones en esa antena nos arroja valores diferentes a cero. Por lo tanto este es un elemento no radiador.

Experimento 5

En esta ultima parte del experimento, se uso una bobina y se estudio como acta este elemento. Nuevamente acoplamos la antena al equipo, quedndonos los siguientes valores.

PDPRPT

1 W0.5 W5

La bobina usada en este experimento se muestra en la figura 11, cabe resaltar que a la bobina se le inserto una lampara en el centro para ver si hay corriente que circula en esa parte. Una vez que acoplamos esta bobina, procedimos a realizar las mediciones de voltaje y corriente en diferentes puntos de la bobina, el diagrama de la bobina se muestra en la figura 12.

Figura 11 - Bobina usada para el experimento 5

Figura 12 - Diagrama de los puntos en los que se midi voltaje y corriente en la bobina.

PuntoCorrienteVoltaje

111

211

303

411

Una vez realizadas las mediciones de voltaje y corriente, procedimos a medir la radiacin que emite la bobina, datos que se muestran en la siguiente tabla, cabe mencionar tambin que la lampara que se inserto dentro de la bobina encendi, con lo cual se comprueba que hay radiacin dentro de las espiras de la bobina (figura 13).

Figura 13 - Lampara dentro de la bobina, al encender sabemos que hay radiacin dentro de las espiras de la bobina.

nguloDistanciaObservaciones

00.14No hay seal

900.12No hay seal

1800.41No hay seal

2700.22No hay seal

Una vez obtenidos estos valores, se puede observar que la bobina no es un elemento radiador adecuado, pues las distancias obtenidas en la radiacin son muy cortas comparado con las primeras 3 antenas estudiadas.

Conclusiones generales

El estudio de que elemento radia y que elemento no, es importante pues atraves de esto pudimos conocer que tipos de estructuras son adecuadas para hacer una antena que funcione correctamente. De loas 5 antenas estudiadas en esta practica, las primeras 3 son elementos radiadores y las ultimas 2 son elementos no radiadores, por lo tanto no pueden ser empleadas para hacer antenas.

La antena monopolo usada en el primer experimento es un buen elemento radiador, pero cabe mencionar que con el simple hecho de colocar un copete capacitivo un la parte superior de la antena la radiacin emitida por la antena aumenta de manera considerable.

La antena del experimento 3 tambin es un buen elemento radiador pero de igual manera que la antena monopolo es mejor la antena monopolo con copete capacitivo. La antena del experimento 4 es una linea de transmisin en corto por lo cual no emite radiacin pues la corriente circula solamente de un lado a otro de la antena.

Como ya se haba dicho antes, el meter la lampara en la bobina empleada en el experimento 5 y que esta prenda, nos dice que existe radiacin dentro de la bobina, al medir radiacin en el exterior de la bobina observamos que esta es muy pobre como para que la bobina sea empleada como una antena.

En la opinin de todos los integrantes del equipo, podemos concluir en que el mejor elemento radiador de todos los empleados en la practica es el monopolo con el copete capacitivo pues esta fue el elemento que mayor distancia de radiacin nos dio.