6.5. ¿Es la antena dipolo de más direccional que el dipolo doblado?

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
LABORATORIO DE TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA II
PROF.: ING. SAÚL GUADAMUZ BRENES
Laboratorio 7
Patrones de Radiación
1. OBJETIVO GENERAL
Al finalizar este experimento el estudiante estará en capacidad de realizar
mediciones de patrones de radiación de antenas, así como de calcular a partir de
estos el ángulo de media potencia, la relación frente-espalada y la ganancia de la
antena respecto a una antena de referencia.
2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
2.1. Definir los conceptos de ganancia de antena, relación frente espalda y ángulo
de media potencia.
2.2. Explicar cómo se mide el patrón de radiación horizontal y vertical de una
antena.
2.3. Describir las características principales de los patrones de radiación de las
antenas dipolo doblado de /2, simple y con reflectores, y la antena dipolo de  de
gran ancho de banda.
3. CUESTIONARIO PREVIO
3.1. Dos antenas A y B tienen exactamente la misma geometría y se midieron
bajo las mismas condiciones. Justifique por qué razón las ganancias son
diferentes, ya que GA  3.5dB y GB  2.7dB .
3.2. La figura 1, presenta el patrón de radiación vertical de una antena muy
direccional. La medición fue hecha a una distancia de 8km de la antena. El plano
xy constituye el plano de tierra:
3.2.1. Obtenga del diagrama el ángulo de media potencia AMP del lóbulo
principal. Márquelo en una copia de la figura 1.
3.2.2. Calcule la relación frente-espalda: RFE  10logPLP PLS , donde PLS
es la densidad de potencia máxima del lóbulo-espalda y PLP es la
densidad de potencia máxima del lóbulo principal. Recuerde además que
2

  E  , para valores rms de campo;  corresponde a la impedancia
intrínseca del espacio.
3.2.3. Calcule la densidad de potencia recibida a 5km en   80º . Use el
sistema estandarizado de coordenadas esféricas.
3.2.4. ¿A qué distancia sobre el plano   90º se mide la misma densidad

del punto 3.2.3? Considere que   k r F  ,  , donde k  cte , r es la
distancia de la fuente al punto de medición y F  ,  es el factor de
direccionalidad (finalmente un número).

Figura 1. Patrón de radiación vertical donde E
MAXrms
 100 mV m , para la pregunta 3.2.
3.3. La expresión
  

   
 cos 2 cos   cos 2  

   , donde   2 ,
E  Bo  

sen






da el campo eléctrico E   de una antena dipolo de largo total  muy delgada
colocada a lo largo del eje z . B0 es una constante:
3.3.1. Grafique en coordenadas polares la magnitud del campo eléctrico

E según se varía el ángulo 0º    180 º para los dipolos más usados:
   2 y    (dos gráficos). Normalice haciendo B0  1 .
3.3.2. Determine e indique en los mismos gráficos, los ángulos de media
potencia AMP en grados. Anote esos valores en la tabla 2 como AMP
teórico. ¿Cuál dipolo es más direccional?
4. EQUIPO
1 Transmisor SO 4100-1A
1 Receptor SO 4100-3A
2 Cables RG-58
1 Antena dipolo doblado
1 Antena dipolo doble
1 Antena dipolo doblado con reflectores
1 Antena dipolo de  de gran ancho de banda (onda completa o full wave)
1 Analizador de espectros HP 8591E
5. PROCEDIMIENTO
NOTAS PREVIAS




Para poder comparar la potencia radiada por los diferentes dipolos, debe
mantener la potencia de transmisión constante. No exceda los 200 mW en
el transmisor.
Durante las mediciones no debe haber cambios en la posición de objetos
y personas dentro del cubículo.
Hagan un ESQUEMA del cubículo con las antenas transmisora y receptora.
Indique la posición de la antena receptora para el ángulo de arranque (0) y
la distancia eléctrica del Transmisor al Receptor. Note que por lo general a
un lado está el conector y al otro los lazos de acople y simetrización.
Indique dónde se encuentran grandes superficies reflectoras, como por
ejemplo las verjas de las ventanas.
El valor del campo a medir varía, así que deberá tomar un promedio de
esas fluctuaciones.
5.1. Patrones de radiación horizontal
5.1.1. Use la antena Yagi en el transmisor montada horizontalmente como se
muestra en la figura 2.
5.1.2. Como primera antena de prueba ensamble el dipolo doblado en el mástil del
receptor también en polarización horizontal.
5.1.3. Se medirá la señal recibida conectando la antena receptora directamente al
analizador de espectros
5.1.4. Ajuste el transmisor a 200 mW y alinee ambas antenas para máxima
recepción. Dirija la antena Yagi del transmisor hacia el punto de recepción antes
de tomar valores.
5.1.5. Busque la frecuencia del transmisor, 433 MHz , con un SPAN de 10 MHz .
Use la escala lineal (mV). Para la lectura de las amplitudes use el MARKER.
Seleccione un ancho de banda BW adecuado.
5.1.6. Busque la dirección en que se obtiene la máxima radiación e inicie las
mediciones asignando a dicha dirección el ángulo de 0.
5.1.7. Rote la antena receptora en pasos de 10 desde 0 hasta 350. Anote en la
tabla 2 el ángulo y el valor de voltaje respectivo medido en el analizador de
espectros. Identifique claramente la tabla.
5.1.8. Mientras se ejecuta la medición, la potencia de salida del transmisor debe
mantenerse constante, así que se recomienda que un estudiante esté
permanentemente junto a la antena transmisora controlando ese valor sin
moverse mucho. Nota importante: después de girar cada ángulo, retire la mano
de la base del receptor antes de tomar la medición.
5.1.9. Mida la distancia de la antena transmisora a la receptora. Este dato debe
aparecer en el reporte. Esta distancia no se debe cambiar al realizar las
mediciones para diferentes antenas.
5.1.10. Reemplace el dipolo doblado por el dipolo doblado con reflectores en
polarización horizontal y repita la medición y llene la columna respectiva de la
tabla 2.
5.1.11. Finalmente monte la antena dipolo de longitud  (full wave) en el receptor y
repita la medición. Compare el valor de voltaje máximo recibido con los casos
anteriores para potencia transmitida constante ( 200 mW ). Anote los valores
medidos en la tabla 2.
5.2. Patrón de radiación vertical
5.2.1. Monte la antena de dos elementos en el transmisor en posición vertical y en
el receptor ensamble el dipolo doblado con reflectores, también verticalmente. Vea
la figura 3.
5.2.2. Proceda como se hizo en los puntos de 5.1.3 a 5.1.8 del apartado anterior.
Llene la tabla 2 y registre el diagrama de radiación vertical.
5.3. Procesamiento de los datos
Agilice la elaboración de diagramas empleando la graficación polar en EXCEL ®.
Realice un diagrama por hoja, evite figuras muy pequeñas. Adjunte las tablas de
datos en el informe. Grafíquense los valores tomados en mW .
6. ANALISIS DE RESULTADOS Y EVALUACION
6.1. Obtenga e indique claramente para cada diagrama:
a. El ángulo de media potencia AMP experimental, definido entre los valores
correspondientes a 0.707 del valor máximo de voltaje medido en el lóbulo
principal. El AMP teórico se obtuvo en el cuestionario previo, así que ya
ese valor debe estar en la tabla 1.
b. El valor en decibeles de la relación frente espalda RFE. Use la expresión
RFE  20logVLP VLS  , donde VLP es la tensión del lóbulo principal y VLS la
del lóbulo secundario.
c. La ganancia G en la dirección de máxima radiación de cada antena
respecto al dipolo doblado de  2 sin reflectores, usada aquí como
antena de referencia. Use la expresión 20log Vmax V 2 donde Vmax es el
voltaje máximo recibido para la antena de prueba en su lóbulo principal y
V 2 es el voltaje en la dirección de máxima radiación del dipolo doblado de


 2 sin reflectores.
NOTA: Recuerde que los cálculos comparativos entre diferentes antenas sólo son
válidos si la distancia del transmisor al receptor y la potencia de transmisión se
han mantenido constantes.
6.2. Llene la tabla 1 con todos los resultados que permitan una rápida
visualización de las características de cada antena como se muestra a
continuación. Anote en la tabla 1 los valores correspondientes a las mediciones
para polarización horizontal únicamente.
6.3. ¿Por qué la ganancia de la antena dipolo de  (full-wave) es menor que las
otras? Compare la forma geométrica y analice la definición de la ganancia de
antena. Considere la capacitancia distribuida C  de esa antena y su relación con la
atenuación  por efecto del conductor.
6.4. A partir de las mediciones hechas en los puntos 5.1 y 5.2, compare y
comente los patrones de radiación vertical y horizontal de la antena dipolo doblado
con reflectores. ¿Se muestra direccionalidad en ambos?
6.5. ¿Es la antena dipolo de  más direccional que el dipolo doblado? Justifique
en base a lo que establece la teoría de dipolos, use la expresión de campo vista
en el curso de teoría. Compare los AMP teóricos (cuestionario previo) con los
experimentales para las antenas dipolos de  y  2 .
Figura 2. Arreglo de medición, a la izquierda la antena Yagi transmisora.
Figura 3. Arreglo de medición de los patrones de radiación verticales, polarización vertical.
Tabla 1 Valores característicos de la antenas, polarización horizontal
ANTENA
AMP
teórico []
AMP exper
[]
RFE
[ dB ]
G
[ dB ]
Dipolo
doblado
Dipolo
doblado con
reflectores
Dipolo de 
(full-wave)
_____m
Separación antena transmisora – antena receptora: d  __________
Potencia del transmisor:
P  __________
_____mW
Tabla 2 Intensidad recibida en el analizador de espectros en mV .
Angulo
[º]
0 ó 360
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
340
350
Polarización
Polarización
horizontal
vertical
Dipolo doblado Dipolo doblado Dipolo de onda Dipolo doblado
con reflectores
completa
con reflectores