Medida de antenas en campo abierto Estudio de la antena Yagi-Uda

Medida de antenas en campo abierto
Estudio de la antena Yagi-Uda
Electrodinámica Clásica
Miguel Ángel Solano Vérez y Juan Saiz Ipiña
1. INTRODUCCIÓN
En este documento se describe la práctica de laboratorio correspondiente a la
medida de antenas en campo abierto y al estudio de una antena Yagi-Uda
Antes de comenzar con el desarrollo de la práctica, se va a proceder a
describir de forma abreviada los principales elementos que componen el banco de
medida que va a ser utilizado. Es necesario que antes de la realización de las
prácticas de laboratorio se realice la lectura rigurosa y profunda del presente manual
para familiarizarse con los dispositivos y entender la estrategia a seguir para la
realización de la práctica.
2. DISPOSITIVOS A UTILIZAR EN LA PRÁCTICA
FUENTE DE ALIMENTACION
Permite alimentar mediante tensión y corriente adecuada al
generador de señal
GENERADOR DE SEÑAL
Conectado a la fuente de alimentación, es el encargado de
generar una señal de alta frecuencia y transmitírsela a la
antena a través de un eje conductor rotatorio.
El giro calibrado admitido es de 360º con un paso de un
grado lo que permitirá medir la antena en un plano
horizontal cómodamente, para diferentes direcciones de
propagación sin necesidad de rotar el receptor.
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RECEPTOR-SENSOR CON MICROAMPERIMETRO
A través de este dispositivo recibiremos la señal
emitida por la antena bajo estudio y mediante
el
microamperímetro
podremos
conocer
diferentes niveles de emisión para distintas
direcciones de observación.
El receptor-sensor esta dotado de una antena de tipo dipolo doblado sostenido por un
eje vertical no conductor con el fin de evitar perturbaciones y por lo tanto errores en
la señal recibida por el microamperímetro.
El soporte permite además dos posiciones:
Posición A: Medida para polarización
horizontal con respecto al plano de tierra.
Posición B: Medida para polarización
vertical con respecto al plano de tierra.
ANTENA TIPO DIPOLO
Emplearemos como elementos activos
antenas tipo dipolo. En la imagen se
observa una antena tipo dipolo sencillo y
una antena dipolo doblado.
Su diagrama de radiación asociado presenta una distribución del campo radiado como
se muestra a continuación.
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Patrón de radiación de un dipolo Componentes del campo radiado
infinitesimal colocado en el origen con su referidas al sistema de coordenadas
eje alineado según el eje Z.
esférico asociado al dipolo emisor.
3. BANCO DE MEDIDA
Receptor
Sensibilidad del
receptor
Emisor
Potencia del emisor
Rotor
CALIBRACIÓN DEL SISTEMA: Dado que nos encontramos en un escenario no aislado de
radiación electromagnética externa y de que existen objetos en los alrededores que
pueden interferir en la media, deberemos realizar una serie de ajustes para poder
realizar las medidas con un cierto grado de fiabilidad.
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Establecer una distancia entre el emisor y el receptor de entre 1 metro y 2
metros
Regular la potencia del emisor en coordinación con la sensibilidad del
receptor para aprovechar el mayor rango de escala del microamperimetro.
Tomaremos como punto de partida dos tipos de elementos radiantes clásicos en la
construcción de antenas:
Dipolo simple λ/2, representación del diagrama de
radiación de campo E.
Dipolo doblado λ/2, representación del diagrama de
radiación de campo E.
Dependiendo de a que distancia deseemos calcular el campo radiado por una antena
debemos tener en cuenta que se establecen tres zonas bien diferenciadas. Son
−
Región reactiva:
R1< 0.62(D3/λ)1/2
−
Región de radiación de cercano:
R2 < 2D2/λ
−
Región de campo lejano:
R3 > R2 (onda plana)
(Ver anexo 5.7)
4. PROCESO EXPERIMENTAL:
FASE 1: Obtención del diagrama o patrón de radiación de una antena
dipolo doblado
El objetivo será trasladar a una representación en diagrama polar los valores
obtenidos a través del receptor. Para ello tomaremos sobre el rotor del emisor un
origen angular.
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A continuación asociaremos los valores máximos y mínimos detectados a través del
microamperimetro al menor y mayor de los radios del diagrama. Igualmente
buscaremos la correlación entre la escala del microamperimetro y las divisiones para
los diferentes radios presente en el diagrama.
Una vez sintonizado el banco y observando una señal estable para cualquier dirección
de propagación, comenzaremos las siguientes medidas.
a) Realizar
pruebas como antenas emisoras los dos tipos de
dipolos disponibles.
b) Comprobar
el tipo de dolarización de ambos dipolos,
cruzando si fuera necesario el dipolo receptor.
c) Montar
el dipolo doblado que aparece en la
imagen siguiente y realizar la primera
representación de los valores obtenidos a
través del receptor para un barrido de 360
grados con paso de 5 grados. Utilizar el diagrama polar facilitado en el anexo 5.1
y 5.2.
d) Añadir
como elemento pasivo el reflector y
realizar idéntica medida que en el paso
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anterior. Dibujar con otro color sobre el diagrama iniciado anteriormente.
e) Añadir
como elemento pasivo un primer
director y realizar idéntica medida que en el
paso anterior. Dibujar con otro color sobre el
diagrama iniciado anteriormente
f)
Añadir como elemento pasivo el segundo
director y realizar idéntica medida que en el
paso anterior. Dibujar con otro color sobre el
diagrama iniciado anteriormente
Una vez realizadas las medidas ver el anexo 5.3
g) Las medidas habrán sido para un corte o plano concreto, ahora deberá realizarse
con la antena completa (o sea, reflector y directores) una medida para un corte
perpendicular al anterior. Superponer el diagrama sobre los anteriores.
(Ver anexo 5.4, 5.5 y 5.8)
FASE 2: Interferencia del campo electromagnético
La experiencia siguiente consiste en observar y establecer una explicación teórica al
efecto de llamado “multicamino”. En él las reflexiones de la señal de la antena dan
lugar a degradaciones en el nivel de potencia o distorsión de la señal. En particular,
un camino secundario ligeramente mayor puede ocasionar la cancelación completa
del trayecto principal.
a) Con
el banco de mediada sintonizado como en el punto f de la fase anterior,
tomaremos una placa conductora plana y la aproximaremos gradualmente a la
dirección de visión directa emisor receptor. Deberemos observar para diferentes
posiciones y orientaciones de la placa, cual es el efecto de la inclusión de este
elemento dispersor de campo y por qué hay fluctuaciones muy significativas en la
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recepción del campo dependiendo de la posición y orientación de la placa
metálica. (Ver Anexo 5.6)
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5. ANEXOS:
5.1 DIAGRAMA DE RADIACION
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5.2 DIAGRAMA DE RADIACION (copia)
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5.3 PROCESO DE MEJORA DE LA DIRECTIVIDAD:
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5.4 CONCEPTOS SOBRE ANTENA YAGI-UDA
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5.5 ANCHURA DE HAZ
5.6 REFLEXION
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5.7 REGIONES DE CAMPO
5.8 ANTENA YAGI COMERCIALIZADA, DATOS TECNICOS
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