PARAMETRO DE ANTENA: DIRECTIVIDAD y SU RELACIÓN CON EL LÓBULO DE RADIACIÓN
Unidad de aprendizaje: Montaje de antenas en base a recomendaciones del fabricante. Número: 1
Práctica: Orienta la antena tipo dipolo en base al máximo nivel de campo. Número: 3
Propósito de la práctica: Orientar antenas en base a la medición de campo
Escenario: Trabajo de campo Duración 4 horas
Materiales, herramientas, instrumental,
maquinaria y equipo Desempeños
Material por equipo de trabajo de 4 integrantes:
• Lápiz
• Hoja con una tabla previamente elaborada para el registro de resultados .
• 4 hojas de papel polar para graficar.
• 2 hojas blancas.
• 1 transportador para la medición de ángulos.
• 1 compás.
• Computadora con procesador de texto y software de presentación
• 2 tramos de varilla de cobre de longitud ? 4 y 2 mm de diámetro cada uno ( de 15 cm a 24 cm aproximadamente, dependiendo la frecuencia seleccionada para la práctica)
• 1 conector SMA hembra.
• 1 segmento cable coaxial semirígido de 15 cm. hasta 20 cm. considerando la longitud de onda para la cual se calculará el dipolo.
• Pasta para soldar
• Soldadura de estaño para componentes electrónicos
• Cautín de 12 w a 60 w o de temperatura variable.
• Una base para el cautín, si es que éste no la tiene.
1. Integra equipos de trabajo de 4 participantes:
2. Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
3. Analiza manual de medidor de campo, analizador de espectro, generador de funciones elaborando un resumen de sus funciones y forma de utilizarlo
Variables de la antena
4. Selecciona la frecuencia de operación con que trabajará cada equipo, la cual debe ser un valor entre 800 y 890 Mhz y no debe ser igual entre dos equipos diferentes.
5. Analiza los elementos teóricos relacionados con los dipolos: direccionalidad, patrón de radiación, longitud del dipolo, longitud de onda, impedancia, frecuencia de resonancia, conectores, cables, cables coaxiales; relación del conector y del cable con la frecuencia de operación y frecuencia de resonancia.
6. Analiza la expresión l= (300 / f).0.475, explicándola y aplicándola a la teoría del dipolo, donde l=longitud total (los dos brazos) del dipolo de media onda; f= frecuencia; 0.475 =0.95/2; ½ porque el dipolo mide media longitud de onda de largo; 095 por el ajuste práctico originado por el efecto de puntas.
Cálculo del dipolo
7. Calcula la longitud de onda (longitud total del dipolo) con la expresión ? = c / f y compara con los resultados del párrafo anterior.
8. Divide el resultado entre 2, que será la longitud de cada uno de los brazos del dipolo. 9. Limpia las superficies de los conductores de cobre y el cable coaxial, impregnándolas de
Materiales, herramientas, instrumental,
maquinaria y equipo Desempeños
• Una esponja húmeda para limpiar la punta del cautín.
• 1 tubo de silicón.
• 1 generador de RF de 50 Mhz a 1 Ghz
• 1 medidor de nivel de señal o analizador de espectro de RF de 50 Mhz a 1 Ghz
• Manual de medidor de campo
• Medidor de campo.
pasta para soldar.
10. Limpia la punta del cautín y la estaña, colocando la soldadura en la punta. 11. Suelda un alambre de cobre al núcleo del cable coaxial.
12. Suelda el otro alambre de cobre a la malla del cable coaxial, ver ejemplo en la siguiente figura.
13. Calienta las superficies a unir con la soldadura utilizando el cautín.
14. Coloca la soldadura en las superficies a unir esperando a que la soldadura se funda y deje una semiesfera brillante.
15. Retira el cautín, esperando que se enfríen las superficies soldadas. 16. Repetir esta operación cada vez que haya que unir superficies.
17. Limpia la punta del cautín con la esponja húmeda después de cada soldadura.
18. Coloca silicón en las uniones con soldadura para proteger y dar mayor rigidez, ver ejemplo.
Nivel de campo vs orientación
19. Construye y grafica el patrón de radiación a través del siguiente procedimiento.
maquinaria y equipo Desempeños
y el analizador de espectro.
21. Dibuja un círculo en una hoja blanca y dibuja rayos (líneas del centro a la circunferencia), cada 100, hasta los 3600, para usarlo como sistema de referencia.
22. Coloca la base del dipolo receptor en la hoja con el sistema de referencia.
23. Coloca los dipolos a una separación de 20 a 50 m, según se lo permita el espacio.
Tabla de valores
24. Construye una tabla para el registro de resultados que contenga las siguientes columnas: 10 dbm, 20 dbm, 30 dbm, 40 dbm y las filas etiquetadas desde 00 hasta 3600. Por cada ángulo de orientación deberá haber dos filas,:
a. para registrar las lecturas del analizador de espectro y b. para registrar las lecturas las del medidor de campo.
El encabezado de la tabla debe contemplar la frecuencia a la que se va a realizar la práctica, que debe ser un valor entre 800 a 890 Mhz.
25. Conecta el generador de RF a uno de los dos dipolos, el cual será nuestra antena transmisora.
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27. Enciende el generador de RF y el analizador de espectro.
28. Ajusta el generador de RF a la frecuencia seleccionada para la práctica que debe estar entre 800 a 890 Mhz.
29. Ajusta el generador de RF a 0 dbm, registra la lectura del analizador de espectro en la tabla para tal fin.
30. Realiza el paso 10, utilizando el medidor de campo en la antena receptora. 31. Registra las lecturas registradas en los dos instrumentos y compara resultados. 32. Gira el dipolo 100 en cada paso, hasta llegar a los 3600.
33. Genera señales de RF a 10 dbm, 20 dbm, 30 dbm y40 dbm, registrando las lecturas que presente para cada caso el analizador de espectro.
34. Gira el dipolo 100 en cada paso, hasta llegar a los 3600, para cada uno de los niveles mencionados en el punto anterior.
35. Utiliza el medidor de campo, para medir el nivel en la antena receptora para cada una de las orientaciones entre 100 a 3600 .
36. Invierte los dipolos, realizando los pasos del 5 al 11.
37. Modifica la frecuencia del generador de RF a una diferente a la que fue calculado el dipolo. 38. Realiza los pasos 5 al 14.
Gráfica del patrón de radiación
39. Utiliza los datos registrados en las tablas y los grafica en el papel polar.
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41. Identifica con cuál de los patrones de radiación se asemeja. ¿que tipo de polarización representa el experimento?
42. Gira el dipolo 200, observa y registra los valores registrados en el analizador de espectro. 43. Gira el dipolo 200nuevamente,400 en total, observa y registra los valores registrados en el
analizador de espectro.
44. Gira el dipolo 200nuevamente,600 en total, observa y registra los valores registrados en el analizador de espectro.
45. Analiza y concluye sobre el efecto de los tres pasos anteriores, lo relaciona con el patrón de radiación y la orientación de la antena.
46. Realiza los pasos 5 al 17.
47. Analiza los resultados registrados en las tablas.
48. .Compara y analiza resultados obtenidos con medidor de campo vs los obtenidos con el analizador, obteniendo conclusiones y explicando diferencias.
49. Discute en plenaria los resultados enfocándose fundamentalmente al patrón de radiación y a la orientación de la antena y su impacto en el montaje.
50. Analiza en el reporte las respuestas a las siguientes preguntas: ¿se calculó correctamente la longitud del dipolo? ¿Hubo máxima transferencia de energía? ¿Por qué? ¿Cómo se podría obtener la longitud del dipolo óptima? ¿Cómo podríamos confirmar que la longitud del dipolo re calculada o reajustada, es la óptima? ¿Qué tipo de patrón de radiación presenta el dipolo? 51. ¿Con los datos con los que cuenta, cuales son las variables que se pueden calcular, porque?
¿Cuales variables no se pueden calcular, porque?
52. Desarrollar los efectos de la orientación de la antena tipo dipolo en el montaje de la antena. 53. Elabora el reporte de equipo, con los resultados, comentarios, discusiones y conclusiones
FIGURAS DE APOYO
Fig 1. DIPOLO: ELEMENTO DE LONGITUD H RECORRIDO POR UNA CORRIENTE
LA MAYOR PARTE DE LAS ANTENAS A FRECUENCIAS INFERIORES A I Mz, SE COMPO RTAN COMO DIPOLOS ELEMENTALES, DADO QUE SU LONGITUD DE ONDA ES 300m.
UN DIPOLO DE MEDIA ONDA ESTA FABRICADO POR DOS BRAZOS DE ? 4.LA LONGITUD DEL DIPOLO LA CALCULAMOS COMO: l= (300)(0.475) f
EL RESULTADO HAY QUE DIVIDIRLO ENTRE 2, PARA QUE OBTENGAMOS LA LONGITUD DEL BRAZO MAXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA CUANDO: