PATRÓN DE RADIACIÓN

63

CAPÍTULO V. PATRÓN DE RADIACIÓN

5.1 OBJETIVO

Medir el patrón de radiación de una antena directiva.

5.2 INTRODUCCIÓN

Si una línea de transmisión que propaga energía electromagnética se corta en un extremo, existirá radiación desde este extremo. La guía de onda abierta, actúa como una antena. En el caso de una guía de onda rectangular esta “antena” presenta un desacoplamiento de aproximadamente 2:1 (una Relación de Onda Estacionaria SWR =2) e irradia en muchas direcciones. El acoplamiento al espacio libre se mejora si el extremo abierto de la guía de onda se le da una forma de “corneta”, lo cual da como resultado una mayor concentración de la radiación electromagnética debido al área de radiación más larga o sea la apertura.

La siguiente figura ilustra lo antes explicado.

64

El patrón de radiación de una antena es un diagrama de la intensidad de campo, o de la intensidad de potencia en función de un ángulo a una distancia constante desde la antena que está radiando. Si la antena es una antena receptora, el diagrama es el mismo y muestra la sensitividad de recepción en varias direcciones. El patrón de radiación de una antena es tridimensional pero por razones prácticas generalmente se muestra como un patrón en dos dimensiones en uno o varios planos. Estos planos son para una antena tipo corneta rectangular, el plano E y el plano H tal como se ilustra en la figura (5.2).

Fig. 5.2 Patrón de Radiación en los Planos E y H.

Un patrón de antena consiste de varios lóbulos, el lóbulo principal, los lóbulos laterales y el lóbulo posterior o de espalda, como se muestra en la fig. (5.3). La mayor parte de la potencia se concentra en el lóbulo principal y normalmente se desea mantener la potencia en los lóbulos laterales y el lóbulo posterior lo más baja posible.

Una característica de las antenas directivas es el concepto de ancho del haz el cual puede determinarse mediante el patrón de la antena graficado como el ángulo entre dos puntos a media potencia o que estén 3 dB por abajo del nivel máximo del lóbulo principal. También se le conoce como ancho del haz a media potencia (ө), como se observa en la siguiente figura.

65

Fig. 5.3 Parámetros del patrón de radiación de una antena directiva

Cuando se mide el patrón de radiación de una antena, se considera hacerlo dentro del campo lejano que produce esta antena (el patrón de radiación dentro del campo cercano es diferente).

El campo lejano de una antena se encuentra a una mínima distancia de

=

Es importante que el patrón de radiación se lleve a cabo evitando interferencias de otros sistemas cuando se mide en exteriores o dentro de cámaras anecoicas, las cuales están fabricadas de materiales absorbentes para evitar la reflexión de las ondas electromagnéticas que puedan alterar el patrón de radiación.

66

Las mediciones de los parámetros de antenas se realizan colocando generalmente la antena desconocida como receptora.

5.3 DESARROLLO

1.-Conectar el equipo como se muestra en la siguiente figura.

Fig. 5.4 Diagrama a bloques de los elementos que forman el sistema transceptor

1) Generador de barrido (Oscilador de Microondas)

2) Cable coaxial 50 Ohms con conectores N macho CPG-2l4/U 3) Adaptador guía de onda a cable coaxial

4) Aislador de ferrita

5) Frecuencímetro de cavidad (Ondámetro) 6) Atenuador calibrado

7) Antenas tipo corneta, parabólica, dieléctrica y de ranuras 8) Soporte para etapa transmisora

9) Diodo detector de envolventes

10) Cable coaxial con conectores BNC macho CRG-223/U 11) Medidor de onda estacionaria (SWR)

67

Fig. 5.5 Transmisor

Fig. 5.6 Receptor

2.- Colocar las antenas dentro del campo lejano.

3.- Colocar el atenuador variable a 20 dB (aproximadamente)

4.- Encienda el generador de barrido y seleccione la frecuencia de 9 GHz. Con una potencia de salida de 5 a 7 dBm y modúlelo externamente en AM con una señal de onda cuadrada a 1KHz.

68

5.- Obtener una lectura de nivel mediante la deflexión en la aguja del medidor de SWR Cuando las antenas estén alineadas. (la aguja del transportador debe de estar coincidiendo con la marca de “0” grados.

6.- Girar la antena receptora hacia la izquierda en pasos de 5 grados y anote la lectura que se obtiene en el medidor de SWR. Haga un barrido hasta 45 grados a partir de la posición inicial y anote los valores medidos en la tabla correspondiente. 7.- Repita el paso 6 pero esta vez girando la antena hacia la derecha.

8.- Repetir los pasos desde el 5 al 8 empleando ahora una frecuencia de 10 GHz, anote los resultados en la tabla correspondiente.

9.- Cambie las antenas de corneta por unas parabólicas y repita el procedimiento desde el paso 2 hasta el 8. Anote los resultados en la tabla correspondiente.

Fig. 5.7 Diagrama a bloques de los elementos que forman el sistema transceptor usando antenas parabólicas.

10.- Cambie las antenas parabólicas por unas dieléctricas y vuelva a repetir desde el paso 2 hasta el 8. Anote los resultados en la tabla correspondiente.

Fig. 5.8 Diagrama a bloques de los elementos que forman el sistema transceptor usando antenas dieléctricas.

69

11.- Cambie las antenas dieléctricas por las de ranuras y repita nuevamente del paso 2 al 8. Anote los resultados en la tabla correspondiente.

Fig. 5.9 Diagrama a bloques de los elementos que forman el sistema transceptor usando antenas de ranuras.

5.4 RESULTADOS

5.4.1 Antenas de corneta

La tabla (5.1) nos muestra las lecturas obtenidas en el medidor de SWR conforme se hacía el recorrido de la antena en variaciones de 5 grados hasta llegar a los 45 grados. De las cuatro antenas en prueba, este tipo de antenas son las que tienen el patrón de radiación más amplio después de las dieléctricas.

Tabla 5.1 Valores para el patrón de radiación relativo de una antena de corneta

00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 a 9 GHz (Hacia la izquierda) 10.5 10.9 12.4 15.5 18.7 23.5 28.2 32.4 35.0 36.0 Hacia la derecha 10.5 10.8 12.3 14.8 18.4 22.5 27.0 32.0 35.0 36.0 a 10 GHz (Hacia la izquierda) 10.7 11.5 13.2 16.5 21.2 26.6 31.0 32.7 33.5 35.5 Hacia la derecha 10.7 11.6 13.4 16.8 21.4 26.6 31.4 33.0 34.0 36.0

70 5.4.2 Antenas parabólicas

La siguiente tabla nos muestra los resultados obtenidos durante el desarrollo utilizando una antena parabólica, se puede observar que éstas son muy directivas.

Tabla 5.2 Valores para el patrón de radiación relativo de una antena parabólica

00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 a 9 GHz (Hacia la izquierda) 17.1 22.6 37.2 39.4 37.4 45.0 - - - - Hacia la derecha 17.2 20.2 32.0 40.0 38.5 46.0 - - - - a 10 GHz (Hacia la izquierda) 19.5 26.4 43.0 48.5 - - - - Hacia la derecha 19.5 23.8 40.0 50.0 - - - - 5.4.3 Antenas dieléctricas

En la tabla (5.3) podemos ver los resultados derivados de las variaciones del ángulo de recepción, teniendo antenas dieléctricas a prueba, se puede observar en la figura que estas antenas son las que tienen el patrón de radiación más amplio de las cuatro en prueba.(5.10)

Tabla 5.3 Valores para el patrón de radiación relativo de una antena dieléctrica

00 ₅0 ₁₀0 ₁₅0 ₂₀0 ₂₅0 ₃₀0 ₃₅0 ₄₀0 ₄₅0 a 9 GHz (Hacia la izquierda) 23.2 23.5 24.4 26.6 30.0 35.2 37.0 36.0 37.1 47.0 Hacia la derecha 23.2 23.4 24.0 26.0 28.9 34.0 37.0 35.0 36.0 44.0 a 10 GHz (Hacia la izquierda)) 24.5 24.7 25.3 27.3 30.2 35.4 38.5 37.5 38.5 45.0 Hacia la derecha 24.3 24.9 25.7 28.1 33.0 39 37 37 42 47.0

71 5.4.4 Antenas de ranuras

Este tipo de antenas tienen un patrón de radiación muy reducido, por lo cual en tan solo 30o tienen concentrada toda la potencia que se radia y por ello tienen un mayor alcance en distancia.

Tabla 5.4 Valores para el patrón de radiación relativo de una antena de ranuras

00 ₅0 ₁₀0 ₁₅0 ₂₀0 ₂₅0 ₃₀0 ₃₅0 ₄₀0 ₄₅0 a 9 GHz (Hacia la izquierda) 32.8 38.4 43.8 49 - - - - Hacia la derecha 32.8 38.0 42.9 49 - - - - a 10 GHz (Hacia la izquierda)) - - - - Hacia la derecha - - - -

En la figura (5. 10) se muestran los patrones de radiación de las antenas en prueba, en esta figura podemos observar los cuatro patrones de las antenas juntos, de tal modo que se puede hacer un comparativo del ancho del haz y concluir cuál de ellas es más directiva y cual tiene el ancho del haz más amplio; recordemos que entre más directivas sean mayor concentración de potencia tendrán.

72

Fig. 5.10 Gráfica de los patrones de radiación.

0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0

Patrón de radiacion experimental de antenas directivas

Angulo en grados P o te n c ia e n m W Parabólica Corneta Dieléctrica Ranurada

CAPÍTULO VI