delerminada direction con respecto a la intensidad de radiation promedio (es decir, en relation con la intensidad de radiacibn de una antena isotropica que transmile la misma potencia total). Para una antena sin perdidas. su ganancia (ganancia directiva) es igual a la directividad.
Mediciones de la ganancia de la antena
Existen diierentes metodos para medir la ganancia de una antena. El mas sencillo, llamado metodo de la antena de referencia, metodo de comparacion, o metodo de substitucion, ccnsiste en comparar la potencia recibida por una antena de reterencia Pp,,, con respecto a la potencia recibida por la antena bajo prueba P3njeCa. La
ganancia de la antena desconocida viene dada por la ecuacion (3).
Ret la ecuacion (4) expresa la
misma relation en dB,
Gori.flb3(dB) " °Pfueba(dB) " "R0f(dS) ' ®R*f(dB) ' '
Antes de emplear el metodo de substitucion se debe calibrar la antena de reterencia. Un medio para lograrlo consiste en utilizar dos antenas identicas. Una vez medidas las potencias transmittda y recibida, ia ganancia se puede calcular con la ecuaci6n (5).
G ■ Rec (5)
h \ P
1-40 donde G es la ganancia,
r es la distancia entre las antenas, PR«C y Pc son 'as potencias recibida y
transmitida, respectivamente. \ es la longitud de onda en el espacio libre (iguales unidades Que r).
GP.^ ■ -£=* G^
(3)
P.
P 4nr
Tipos de antena s de bocina
Las antenas de bocina proporcionan una transition uniforme para las ondas electromagneticas en:re la gui'a de ondas y el espacio libre. Las antenas de bocina se hacen de distintas tormas, dependiendo de lo que se desee como ganancia, diagrama de radiacioi e impedancia. La figura 1-26 muestra algunos de los tipos mas comunes de antenas de bocina.
(a) Bocina sectorial segun cl piano H, (b) bocina sectorial segun cl piano E. (c) bocina piramidal Figura 1-26. Antenas dc bocina tipo guia de ondas rectangulares.
En general, la bocina piramidal se utiliza como referenda en las mediciones de ganancia de las antenas, debido a que su ganancia se puede calcular exactamente a partir de sus dimenstones ffsicas. Las bocinas sectoriales son acampanadas solo en un piano, por lo lanto son casos especiales de bocinas piramidales. Ademas de las mostradas en la figura, existen otros tipos. Algunas, como las antenas de bocina conicas, se usan con gufas de ondas redondas.
Las caracterfsticas de las antenas de bocina sectoriales estan estrechamente relacionadas con aquellas de tipo piramidal. Estudiando las primeras, y a partir de sus dimensiones ffsicas. es posible desarrollar un metodo de aproximacion para determinar la ganancia de una antena de bocina piramidal.
Antenas de bocina sectoriales en el piano H
La geometria de una antena sectorial segun el piano H se muestra en la figura 1- 27.
Ganancia de las antenas de bocina piramidales
(b)
(a) geometria, (b) secclon transversal a traves del piano H Figura 1-27. Antena sectorial segtin cl piano H.
Las relaciones siguientes se aplican a las dimensiones fisicas;
(6) R, - A _A_ R.
R
H= (A - a) 5l
(7) (8) (9) 1-42NU
A___aGanancia de las antenas de bocina piramidales
Reemplazando R, por su valor en la ecuacion (7), se obtiene:
R„ MA - a)
\ .A;
(10)
Se puede demostrar que, para una bocina optima, es decir, una bocina que lenga la ganancia maxima para sus dimensiones,
A = ^3AR^ (11
Antenas de bocina sectoriales en el piano E
La geomelria de una antena seclorial segun el piano E se muestra en la figura 1-28.
^z
(b)
(a) geometna, (b) seccion transversal a traves del piano E Figura 1-28. Anlena sectorial segun el piano E.
Las relaciones siguientes se aplican a las dimensiones fisicas:
RM|
(12)R
E= (B-b,|| -I
(13)Ganancia de las antenas de bocina piramidales
Para una bocina optrna. es decir. una bocina que tenga la ganancia maxima para sus dimensiones,
B = ^/2AR2 (14)
Antenas de bocina piramidales
La antena de bocina piramidal es una de las formas mas populares de antenas. Su geomelr/a se ilustraen la figura 1-29.
(a) geometria. (b) seccion transversal a traves del piano H, (c) seccion transversal a traves del piano E
?H
r
■RT"=..: ("»
i r
u
_1
1-44 (c)
Figura 1-29. Antena de bocina piramidal.
Una guia de ondas puede propagar un numero infinite de tipos o modos diferentes de ondas electromagneticas. Cada modo tiene sus propias configuraciones para los campos electrico y magnetico. Si el angulo de abertura de la parte acampanada de una aniena de bocina piramidal es suftcientemente pequeno. solo sera importante el modo dominante de la guia de ondas.
Ganancia de las antenas de bocina piramidales
Para una artena de bocina sectorial, las lineas de campo del modo dominante se expandir&n dentro de un espacio cilfndrico, mientras que para una antena de bocina piramidal lo haran en el interior de un espacio esferico. Lo anterior se representa en la figura 1-30.
FRENTE DEONOA
Fjgura 1-30. Error de fase (A) dcbido a la curvatura del frcntc de onda en una antena de bocina. Como lo muestra la figura, el (rente de onda no es piano sino curvado. Esto introduce errores de fase que se deben tener en cuenta en el analisis de las caracten'sticas de la antena. Los errores de fase se describen por medio de los errores de trayectoria normalizados s y t.
s = B2 8X1,
05)
t = _£ = A:
8 AC, (16)
donde s y t son los errores de trayectoria normalizados,
A es la longitud de onda, A. B, fE y (H son las dimensiones que
aparecen en 'a figura 1-29.
La ganancia aproximada de una antena de bocina piramidal se puede calcular mediante la ecuacion (17).
G = 32
flM
(17)donde Lr y LH representan las perdidas debidas al error de fase causado por la forma
acampanada.
Expresada en dB, esta ecuacion sera
'(dB) = 10,08 + 10 log1c l"E(dB) LHjd3i (18)
Ganancia de las antenas de bocina piramidales
Para hallar LE(caj y lmB:, primero se calculan los errores s y t con las ecuacio-nes (15) y (16), luego, los errores resuliantes
se utilizan para leer los valores de l-eidBi y LH
(dB) en 'a f'Qura 1-31- I / < -, >-i ■S
y
12 10 L£(d8) (00) LH<dB> 6 4 2 K (OB)1-46 0 0.2 0,4 0.6 0.8 1.0 S O t
Flgura1-31. Factoresde perdidas debidas a las formas aciimpanadas en los pl3nos £ y H.
Resumen del procedimiento
En este ejercicio, usted obseivara la perdida de poiencia, llamada perdida de propagacion en el espacio libre, debida a la separacion entre las dos antenas. Estudiara las caracterisiicas parliculares de una antena de bocina piramidal, es decir: anchura del haz de potencia mitad, relacion anterior/posterior, ganancia y superticie equivalenle. Para calcular la ganancia de una antena de bocina de abertura pequena, primero calibrard una antena de bocina de abertura grande y luego aplicara el me:odo de substitucion utilizando esa referenda.
PROCEDIMIENTO
Montaje del equipamiento
D 1. Los elementos principales del Sistema didcictico y de medicion en antenas, es decir, la
Intertaz para la adquisicion de datos / Fuente de alimentation, el Generador RF. el Orientadof de antena y la computadora, se deben montar correctamente antes de
comenzar este ejercicio. Si aun no lo hizo, consulte la Seccion 4 del Manual del usuario de! Sistema didactico y de medicion en antenas para realizar el montaje.
D 2. Instale un mastil para antena en el soporte de transmisidn mediante el anillo de btcqueo. Acople una antena de bocina de abertura grande en el adaptador de guia de ondas a cable coaxial, como se vio en el Ejercicio 1-2. Utilice el portaguia de plastico para instalar la antena en el mastil
Ganancia de las antenas de bocina piramidales
con la abertura orientada en la direccion del piano H (consulte la figura 1- 32). Conecie el adaptadoren la SALIDA, de la seccion OSCILA-DOR 10 GHz del Generador RF, utilizando el cable tipo SMA mas largo.
□ 3. Instale el otro mastil para antena mediante el anillo de bloqueo en el soporte deslizante del Orientadorde antena. Conecte la segunda bocina de abertura grande en el adaptador de gufa de ondas a cable coaxial. Instate la antena en el mastil.
Utilice el soporte deslizante para asegurarse de que la abertura de la antena este alineada con el centro de rotacidn de! Orientador de antena y orientada para rotar segun el piano H, tal como lo ilustra la figura 1 -32.
Figura 1-32. Montaje de la antena reccptora.
Conecte la antena receptora en la entrada RF, ubicada en la parte superior del Orientadorde antena, empleando el cable tipo SMA medianc.
□ 4. Separe las antenas entre si una distancia r = 80 cm. Luego ajustelas de mansra que queden a la misma altura y enfrentadas.
POSICION PARA UNA ROTAClON EN EL PLANO H