UNIVERSIDAD FERMÍN TOROVICERRECTORADO ACADÉMICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

PRACTICA N°4 Parámetros de una Antena

Autores: Gabriel Torres C.I 21.126.181

Gregorio Micha C.I 84.387.140 Prof:

ing. Erik hernandezSección:

T847Materia.

Lab de microondas

Cabudare, Enero del 2011

Definiciones:

1. Patrón de radiación:

Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, en función de la dirección (coordenadas en azimut y elevación). Lo más habitual es representar la densidad de potencia radiada, aunque también se pueden encontrar diagramas de polarización o de fase.

Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:

Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación. Directividad y Ganancia. Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima

radiación.

Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal.

Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación de un haz toma un valor de 3dB por debajo del máximo. Es decir, la dirección en la que la potencia radiada se reduce a la mitad.

Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario.

Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de máxima radiación y el de la misma dirección y sentido opuesto.

Ej patrón de radiación

2. Ancho de banda

Es el margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características. Se puede definir un ancho de banda de impedancia, de polarización, de ganancia o de otros parámetros.

3. Directividad

La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total.

D = U(max) / U(iso)

La Directividad no tiene unidades y se suele expresar en unidades logarítmicas (dBi) como:

D = 10 * log(U(max) / U(iso))dBi

4. Ganancia

Se define como la ganancia de potencia en la dirección de máxima radiación. La Ganancia (G) se produce por el efecto de la directividad al concentrarse la potencia en las zonas indicadas en el diagrama de radiación.

G = 10log[4pi * U(max) / P(in)]

La unidad de Ganancia (G) de una antena es el dBd o dBi, dependiendo si esta se define respecto a un dipolo de media onda o a la isotrópica.

5. Eficiencia

Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena.

También se puede definir como la relación entre ganancia y directividad.

e = P(r) / P(in) = G / D El parámetro e (eficiencia) es adimensional

6. Impedancia de entrada

Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la

corriente de entrada. .

La impedancia es un número complejo. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la Reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.

7. Polarización

Las antenas crean campos electromagnéticos radiados. Se define la polarización electromagnética en una determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización puede ser lineal, circular y elíptica

8. Antena Slot

La antena slot está constituida por una ranura dentro de un plano conductor. Es ampliamente utilizada en el campo de las microondas,

el campo eléctrico en los extremos de la ranura es máximo en el centro y nulo en las extremidades, mientras que, la corriente circula en el plano metálico. y son mínimas en centro y máxima en las extremidades

9. Antena Batwing

La antena Batwing está constituida por un conjunto de tubos de acero, de los cuales 4 están fijados alrededor de un palo de soporte, distanciados 90° uno del otro

Los radiadores de la antena pueden considerarse como una evolución del dipolo estándar, que es primordialmente una antena de banda más bien estrecha. Si los brazos del dipolo están alargados en las extremidades en forma de mariposa, y aumenta notablemente la banda pasante sin alguna pérdida de radiación.

Un aumento de la banda pasante de la antena puede ser obtenido conectando en paralelo los puntos de alimentación dos “stubs”, es decir, dos tramos largos de línea de ¼ de onda en cortocircuito (figura b ).Para alargar aún más la banda pasante, los dos brazos del dipolo se modifican como se muestra en la figura c . La distribución de la corriente se vuelve más uniforme si se recortan los bordes externos de la placa conductora (figura d )

Para reducir los problemas de montaje y los esfuerzos debido al viento, el conjunto de hilos o tubos horizontales han sido reemplazados por una placa con la que se obtiene el mismo comportamiento eléctrico

La impedancia en el centro es de alrededor de 75Ω, por lo tanto la antena puede ser alimentada directamente por una línea de transmisión (cable coaxial).El diagrama de radiación de la antena Batwing es similar al de un dipolo, aunque su ganancia es levemente inferior, habiendo aumentado el ancho de banda

Actividades de laboratorio

I PARTE. ANTENA BATWING

Montaje:

Explicación:

En el siguiente montaje, se utilizaron los siguientes dispositivos: generador de RF, balun 4:1 de 300 ohm, puente reflectometrico, línea bifilar, antena, corto circuito.

El generador de RF, produce la señal en radio frecuencia.

El balun, actúa como adaptador de impedancia.

Puente reflectometrico, se encarga de direccionar la señal.

Línea bifilar, se encarga de alimentar la antena

Antena, elemento que irradia ondas de RF.

Corto circuito, se encarga de cerrar el circuito.

Tabla:

° 0 30 60 90 -30 -60 -90V (mV) 1,3 181,5 180 3 4,1 2,4 336

Análisis:

se procedió a realizar las siguientes mediciones del patrón de radiación, en relación al voltaje, a una cierta distancia de la antena con un detector de campo, tomando como puntos de muestras los 0°, 30°, 60°, 90° y -30°, -60°, -90°. (Tabla de mediciones) y Frecuencia Referencia: 853,5 Mhz, previamente se utilizo el multimetro para visualizar a que frecuencia la antena irradiaba con mayor fuerza, la cual fue de: 853,5 Mhz

De acuerdo a dicha medición se puede decir que, a los diferentes ángulos de medición en una cierta distancia, la intensidad del campo es diferente para cada Angulo, sube y baja para distintos ángulos

Medición del patrón de radiación:

En función a los datos obtenidos a la tabla anterior, se puede conseguir el patrón de radiación de la antena para dichos valores:

Análisis:

El patrón de radiación responde a los valores obtenidos de la tabla anterior, como se puede observar, hay mayor intensidad de campo en el angulo 90° que es de 336 mv, mientras que en los demás angulos es menor

Cálculos:

Medición de la potencia del transmisor y receptor y ganancia

- POTENCIA EN EL TRANSMISOR

Vtx = 127 mv Voltaje medido en el receptor con el multimetro

= (127mv)/75Ω = 0,21 mW

= 10 log (0,21mW) = -6,77 dbm

- POTENCIA EN EL RECEPTOR

VRx = 1v Voltaje medido en el receptor con el multimetro

Prx= (1v)/75Ω = 13,3 mW

= 10 log (13,3mW) = 11,23 dbm

-PERDIDA DEL ESPACIO LIBRE

C= 3x10´8 m/s

Lpe = (4π F d/ C)´2 =(4π 853,5 MHZ 1,5 mts/ 3x10´8 m/s)´2 = 2,87 x10´3

dB= 10 log (2,87 x10´3) = 34,58 db

GANANCIA:

G= Prx – Ptx + LPE

G= (11,23 – (-6,77) )dbm + 34,58 db = 52,58 db

Análisis:

Los cálculos realizados, arrojaron los siguientes resultados:

LPE= 34,58 db Ptx= -6,77 dbm Prx= 11,23 dbm G= 52,58 db

De acuerdo a los resultados obtenidos en los cálculos anteriores, se puede decir que la potencia del transmisor es negativa, lo que se puede deducir que es un poco baja, y la de el receptor es aceptable, para el montaje, y la ganancia total se ve afectada, notablemente por la pérdida del espacio libre y la potencia del transmisor

II PARTE ANTENA SLOT

-Montaje

Se coloca el generador de RF conectado directamente con la entrada del puente reflectometrico para direccionar la señal, en ZN se colocara una carga de 75 ohms para balancear con el generador y ZX con un BNC BNC directo al balum 4:1 usado específicamente con la conexión de la antena SLOT para acoplar las impedancias, de aquí con una línea bifilar usada para la alimentación de la antena se conecta dicha antena SLOT y cerrado el circuito con un corto circuito. En la salida del puente reflectometrico ira un multimetro analógico.

Se trabaja para la antena Slot con una frecuencia de operación de 489,5 Mhz ya que arroja a su mayor voltaje de 20 mV. Se medira con un detector de campo y en sus salidas con un multimetro digital los voltajes en distintos angulos de la antena con una distancia prudente.

-Tabla de resultados

θ 0 30 60 90 -30 -60 -90

Voltaje 20 mV 12 mV 18 mV 23 mV 12 mV 18 mV 25 mV

Aquí se logra observar que la antena en puntos como 0º y 90º se obtiene el mayor patrón de radiación de la antena, mientras que diagonales se obtiene pero mas atenuado.

Patrón de radiación

-Cálculos

para calcular la potencia tanto de transmisor como de receptor debemos saber el voltaje que arroja el generador RF que seria de 39,5 mV para 489,5 Mhz y el receptor de 26 mV

Ptx = (Vtx)²/R = (0.0395)²/ 75 Ω = 0.02 w

dB = 10 log (0.02)/1mw = -16,98 dB = Ptx

Prx= (Vrx)²/R = (26 mV)/ 75Ω = 9.01 micro watts

Prx = -20,45 dB

El calculo de la perdida por el espacio libre se define como:

LPE = 4π.f.d/C

Donde:

C velocidad de la luz

F es frecuencia

D longitud del cable

LPE = 710,5 llevado a dB es:

LPE = 28,5 dB

El calculo de ganancia es de:

G = Prx – Ptx + LPE = -20.45 – (- 16.98) + 28.5 = 25,03 dB

Para obtener esta ganancia de la antena se necesito calcular la potencia de transmisión y recepción junto con la perdida en espacio del montaje de la antena SLOT.

Conclusiones

- De la antena batwing,

La impedancia en el centro es de alrededor de 75Ω, por lo tanto la antena puede ser alimentada directamente por una línea de transmisión (cable coaxial) como se hizo en dicha practica

El patrón de radiación obtenido en la práctica, responde a los valores obtenidos de la medicion, como se puede observar, hay mayor intensidad de campo en el angulo 90° que es de 336 mv, mientras que en los demás angulos es menor

la ganancia total se ve afectada, notablemente por la pérdida del espacio libre y la potencia del transmisor

El diagrama de radiación de la antena Batwing es similar al de un dipolo, aunque su ganancia es levemente inferior, habiendo aumentado el ancho de banda

-De la antea slot,

Se observa que la ganancia es muy baja gracias a la perdida en el espacio libre

el mayor campo de radiación esta en los ángulos 90º y -90º junto con los 0º porque esta de frente y en Angulo recto.

En el patrón de radiación de la antena Slot se nota que es muy simétrico en los ángulos establecidos de medición