DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA

SISTEMAS DE R.F.

PRACTICA No. 3

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN STUB COMO ACOPLADOR DE IMPEDANCIAS PARA UNA ANTENA YAGI-UDA DE 850MHZ

INTEGRANTES:

DIANA GALARZA

CRISTIAN RODRIGUEZ

FECHA DE REALIZACIÓN:

JUEVES, 31 DE MAYO 2012

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN STUB COMO ACOPLADOR DE IMPEDANCIAS PARA UNA ANTENA YAGI UDA DE 850MHZ

1) OBJETIVOS

- Diseñar y construir una antena Yagi-uda de 850MHz.- Realizar la medición de la impedancia compleja de la antena, utilizando el

analizador vectorial Anritsu S362E.- Diseñar y construir un acoplador de impedancias para la antena diseñada.

2) MARCO TEORICO

Adaptación de impedancias

Es común que se deba conectar una carga a una línea de impedancia característica diferente. En tal caso existirá una onda reflejada que disminuye la potencia entregada a la carga y puede tener efectos adversos en el generador, crear sobretensiones y sobrecorrientes sobre la línea capaces de causar daños, etc.

Para evitar estas situaciones problemáticas existen distintos mecanismos de adaptación entre la línea y la carga. Veremos los más sencillos a continuación.

Como es lo habitual en las aplicaciones, supondremos que las líneas son ideales o de bajas pérdidas, por lo que tomamos reales a la impedancia característica y la constante de propagación. Por simplicidad en la introducción también supondremos que la carga es real.

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3) MATERIALES

- Antena Yagui uda de 850Mhz- Minitorre.- 1 metro de cable coaxial tipo RG-58U.- 1 conector tipo N macho para RG-58U.- Analizador vectorial Anritsu S362E.- Cargas de calibración para el analizador vectorial.- Rollo de taipe.- Cautín, suelda y pasta para soldar.

4) DISEÑO DE LA ANTENA YAGUI UDA DE 850MHz.

Para empezar se debe determinar el número de elementos según la ganancia que queremos tener en nuestra antena Yagi, verificando en la figura 8.2.

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Figura 8.2 Ganancia en dB en función del número de elementos de la antena Yagi

Para este laboratorio no es muy importante la ganancia, asi que elegimos un numero bajo de elementos, utilizaremos 2 elementos con una ganancia de 8.5 dB.

Y revisando en la tabla 8.1 podemos ver que le eficiencia es del 99.0 % y una relación Front Back de 7.3dB.

´

Tabla 8.1 Relación Frente - Espalda en dB y eficiencia para distinto número de elementos.

Puesto que se conoce que la frecuencia de trabajo de la antena es de 850MHz, se puede calcular las longitudes del reflector. conductor y directores utilizando el criterio inicial(5%):

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F=850MHz

λ= cf= 3 x108

850 x106 =0.3529 m

Longitud del dipolo: posee la longitud resonante: 0.48 o aproximadamente /2.

Longitud del dipolo=0.48 λ=0.48 ∙0.3529=0.1693 m=16.93 cm

Longitud del Reflector.- Su longitud debe ser mayor (de 1 a 5%) que la longitud resonante. Un valor óptimo de este parámetro es Lref = 150 / f(MHz).

Lreflector=150850

=0.1764 m=17.64 cm

Longitud de los directores.- Su longitud debe ser menor (de 1 a 5%) que la longitud resonante.

16.93 cm→ 100 %

x→ 95 %

La longitud de los directores puede variar desde 16.08 hasta 16.76.

Para comprobar que los cálculos son correctos, vamos a probarlos en un programa llamado QY4.

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Diagrama de irradiación

5) PROCEDIMIENTO

1.- Colocar la antena correctamente en la minitorre verificando que este bien sujeta para que no se mueva y evitar obtener cálculos incorrectos.

2.- Medición de la impedancia compleja de la antena:

Para medir la impedancia de la antena, para la cual se va a diseñar el stub vamos a utilizar el analizador vectorial Anritsu S362E.

2.1.- Para empezar, se ingresa el rango de frecuencia que se va a visualizar en el Analizador Vectorial, en esta práctica el rango va desde 700MHz a 900MHz.

2.2.- Se procede a calibrar el Analizador vectorial utilizando las cargas de calibración.

2.3.- Se conecta la carga, en este caso nuestra antena y se elige la opción para visualizar el VSWR.

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Figura No. 1.- Grafica del VSWR.

En la figura No.1 se puede observar que el puntero 1 indica el menor VSWR de 1.06 a una frecuencia de 803.85MHz, y el puntero 3 indica el VSWR más alto de 1.99 a una frecuencia de 762.097MHz.

Entonces se va a diseñar el Stub para el mayor VSWR que es de 1.99 a una frecuencia de 762.097MHz.

2.4.- Utilizando esta frecuencia verificamos la impedancia compleja de la antena utilizando la opción de SMITH CHART en el analizador vectorial.

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Figura No. 2.- Grafica de la impedancia compleja de la antena en la Carta de Smith.

En la figura No.2 se puede observar que la impedancia de la antena a la frecuencia de 762.097MHz es de:

ZL=52.29 – j 35.83 Ω

3.- Diseño y construcción del STUB:

3.1.- Utilizando la carta de Smith se procede a diseñar el stub.

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λ= cx 0.6666762.097 M

=0.26 m

Se tiene que la impedancia de la antena a 762.097MHz es de:

ZL=52.29− j35.83 Ω

Normalizando a 50Ω

Punto A: ZL´ ´=1.04− j0.71

Grafico el punto A en la carta de Smith

Luego hallo el valor de la admitancia de carga– Punto B, y la desplazo una distancia ds en sentido horario hasta la intersección entre el VSWR de la impedancia de carga y el circulo unitario – Punto C y Punto D.

Punto C: Y Ldesplazada1 =1+j0.¿

Punto D: Y Ldesplazada2 =1-j0.¿

ds1=0.058λ = 1.52cm

ds2=0.254λ = 6.604cm

Si elegimos el Punto C, el valor del stub debe ser de:

Punto E: Y S =-j0.¿

Si elegimos el Punto D, el valor del stub debe ser de:

Punto F: Y S =j0.¿

Se grafica los puntos E y F en la carta de Smith, y se mide la distancia de estos puntos al punto de Y de cortocircuito (0.25λ), en sentido anti horario.

Ls1= 0.278λ =7.22cm

Ls2= 0.347λ =9.02cm

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Por la facilidad de implementación se va a utilizar ds2 y ls2.

3.2.- Una vez diseñado el Stub, se lo suelda a la línea de transmisión de la antena como se muestra en la figura No.3.

Figura No.3.- Stub colocado en la línea de transmisión de la antena.

6) ANÁLISIS DE RESULTADO

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Figura No. 4.- Grafica del VSWR de la antena acoplada.

Figura No.5.- Grafica de la Impedancia compleja en la Carta de Smith de la antena acoplada.

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- Como se puede observar el VSWR a la frecuencia de 762.097 se redujo a 1.08 que en un principio era de 1.99.

- También se puede observar en la figura No.4 que el VSWR cambió para todos los valores de frecuencia.

- En la figura No.5 se puede notar que la impedancia compleja de la antena está ubicada muy cerca del centro de la carta, es decir que el valor de la parte real de impedancia normalizada de la antena es cercano a uno, y que el valor de la parte imaginaria se acerca mucho al cero, esto significa que la antena esta acoplada a la línea de transmisión es decir que se va a tenet una máxima transferencia de potencia del generador a la antena, y no van a existir ondas estacionarias.

7) CONCLUSIONES

- Después de colocar el stub en la línea de transmisión se pudo observar que el VSWR no bajó exactamente a 1 debido a que es muy difícil que el stub tenga la longitud exacta del diseño, pero el resultado fue el esperado.

- Se puede concluir que acoplar la impedancia de carga a una línea de transmisión mediante la utilización de stubs es un método muy sencillo, fácil de diseñar e implementar, ya que se utilizan pequeños segmentos de cable coaxial.

- Al realizar la práctica se pudo observar que la antena está sustentada en un buen diseño y está bien construida, ya que el VSWR antes de realizar el acoplamiento con el Stub oscilaba entre 1.09 y 1.99, y después de colocar el Stub el VSWR oscila entre 1.06 y 1.25, que es relativamente bajo.

7) RECOMENDACIONES

- Se recomienda calibrar el Analizador vectorial cada vez que se realice un ajuste del rango de frecuencias.

- En el caso de que la antena que se va a utilizar es muy grande se recomienda utilizar un tubo tipo U y abrazaderas, para sujetarla a la minitorre.

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- Se recomienda cubrir con taipe el lugar donde se realizó las soldaduras, para evitar que con la manipulación de la antena se haga un cortocircuito no deseado.

8) BIBLIOGRAFÍA

http://www.cb27.com/modules.php?name=Downloads&op=getit&lid=17

http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1lculo_de_antenas#Antena_Yagi-Uda_a_dos_elementos

http://materias.fi.uba.ar/6209/download/6-Lineas2.pdf

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