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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DE LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALPOLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA

NACIONAL

NÚCLEO - MARACAY

MEDICIÓN DE ANTENAS

Nombre Práctica: Mediciónde Antenas

IntegrantesCalifica

ciónObserva

ción

Objetivo Práctica: Medir eldiagrama de radiación yamplificación de un cornete.

Beckles,Christian

Roa, Diego A.

Término: IXSosa M. MaríaG.

Grupo: 1



Maracay, Octubre de 2005



OBJETIVO:

Medir el diagrama de radiación y amplificación de un cornete.

EQUIPOS:

1 Alimentador del Klystron PM 78121 Soporte del Klystron con el Klystron 2K25 PM 7011X1 Aislador de ferrita PM 7045X1 Atenuador Variable PM 7710X1 Frecuencímetro PM 7070X/ab2 Codo de Guía PM 7345X1 pieza de Guía PM 7366X1 Unión Giratoria graduada PM 7888X1 cornete (antena) PM 7320X1 Cristal detector (diodo) PM 7195X1 Medidor de SWR PM 78322 Soportes de guía PM 7700 + 7701X1 Trípode de laboratorio

MARCO TEÓRICO:

Conceptos Básicos sobre Antenas

El campo irradiante de una antena trasmisora estacaracterizado por el vector de Poynting E x H* en donde E es el

campo eléctrico y H es el campo magnético. Cercano a la antena elvector de Poynting es imaginario (reactivo) y (E,H) decae masrápidamente que 1/r, mientras que lejos de la antena dicho vector esreal (radiante) y (E,H) decae con razón de 1/r. Estos dos tipos decampos dominan en diferentes regiones en el espacio alrededor deuna antena. Basados en esta caracterización del vector de Poynting,podemos identificar tres regiones mayores (Figura 1).



Figura 1Campo ReactivoEsta es la región que rodea en forma inmediata la antena. La

extensión de esta región es 0 < r < λ /2π , donde λ es la longitud deonda. En este espacio el vector de Poynting es predominantementereactivo (no radiante), tiene sus tres componentes en coordenadas

esféricas (r,θ ,φ ) y decae mas rápido que 1/r.

Campo Radiante en la Zona Cercana

Mas aya de la frontera inmediata del campo reactivo comienza elcampo radiante de la zona cercana empieza a dominar. La extensión

d esta región es λ /2π < r < 2D2/4λ , donde D es la dimensión maslarga de la antena. Esta región puede ser subdividida en dos

subregiones. Para λ /2π < r < D2/4λ el campo decae masrápidamente que 1/r y el patrón de radiación (relativo a la distribución

angular del campo) depende de r. Para D2/4λ < r < 2D2/4λ el campodecae con 1/r, pero el patrón de radiación decae con r. El patrón deradiación es igual a la transformada de Fourier de la distribución deapertura con un error de fase mayor que 22.5o. El error de fase

depende de r (cuando r tiende a infinito el error de fase es igual acero). Esta región es también conocida como zona de Fresnel, unaterminología propia de la óptica.

Radiación de la Zona Lejana

Mas aya de la región de radiación de la zona cercana r > 2D2/λo r > 10λ (criterio para pequeñas antenas) el vector de Poynting esreal (solo existen campos radiantes) y tiene solo dos componentes en

coordenadas esféricas (θ ,φ ). El campo decae con razón de 1/r y elpatrón de radiación depende de r. el patrón de radiación en estaregión es aproximado por la transformada de Fourier de ladistribución de apertura con un error de fase menor que 22.5o. Esta



región es también conocida como la zona de Fraunhofer, terminologíapropia de la óptica.

Parámetros de Antenas

AntenaEs un dispositivo que transforma señales electromagnéticas

guiadas a ondas electromagnéticas propagándose en el espacio libre.Estas pueden ser usadas para transmisión y recepción.

PolarizacionEs la propiedad del vector del campo eléctrico que define

variaciones en magnitud y dirección con respecto al tiempo. Siobservamos el campo en un plano perpendicular a la dirección depropagación hacia un punto fijo en el espacio, vemos como el puntofinal de la flecha que representa la magnitud instantánea del campoeléctrico traza una curva. En los casos generales esta curva es unaelipse (Figura 2). La elipse se puede caracterizar por un radio axial(AR), el radio de los dos ejes mayores su ángulo t. La polarizacionpuede ser clasificada como lineal, circular o elíptica, de acuerdo a laforma de la curva. La polarizacion lineal y circular son casosespeciales de la polarizacion elíptica, cuando la elipse se vuelve unafina línea o un círculo respectivamente. La rotación en el sentido delas agujas del reloj del campo eléctrico se designa como polarizacionde mano derecha (RH) y la rotación en sentido contrario al de lasagujas del reloj es polaracion de mano izquierda (LH), para un

observador que observa en la dirección de propagación.

Impedancia de Entrada y SWRLa impedancia de entrada esta definida como la impedancia

presentada por la antena en sus terminales o la relación entre voltajey corriente en estos terminales. Si la antena no esta adaptada a lalínea de transmisión interconectada, una onda estacionaria esinducida a lo largo de la línea de trasmisión. La relación entre elmáximo y el mínimo valor de voltaje es llamada relación de ondaestacionaria (SWR).



Figura 2: Polarizacion Elíptica

DirectividadLa directividad es la medida que describe las propiedades de

transmisión direccional de una antena. Se define como la razón de laintensidad de radiación de la antena en una dirección especifica en elespacio entre la intensidad de radiación de una fuente isotropica parala misma potencia irradiada.

GananciaLa ganancia de una antena esta cercanamente ligada a sudirectividad, pero toma en consideración toda la potencia perdidaantes de la radiación. Las perdidas pueden producir desadaptacion enlos terminales de entrada perdidas por conducción, perdidas en eldieléctrico, y otros tipos de perdidas.

Potencia Radiada Isotropica EfectivaLa potencia radiada isotropica efectiva (EIRP) es una figura de

merito para la potencia radiada neta en una dirección dada. Es igualal producto de la potencia neta aceptada por la antena y la ganancia

de la misma.

Patrón de RadiaciónEl patrón de radiación de una antena es la representación

grafica de las propiedades de radiación de dicha antena en función de

las coordenadas esféricas (θ ,φ ). En la mayoría de los casos, elpatrón de radiación es determinado en la región denominada zonalejana para distancia radial y frecuencia constante. Un patrón deradiación típico esta caracterizado por un pulso principal con anchode 3 dB y otros pulsos menores a los lados de diferentes niveles(Figura 3). El perfomance de una antena esta también descrito enterminos de de sus patrones planos de E y H. Para una antenapolarizada linealmente, los planos E y H están definidos como los



planos que contienen la dirección de máxima radiación y los vectoresde campos eléctricos y magnéticos respectivamente.

Figura 3: Patrones de Radiación. Forma: (a) Rectangular, (b) Polar

Medición de Antenas

Medición del Patrón de RadiaciónLos patrones de antenas pueden ser medidos en modos de

recepción o transmisión. Algunos tipos de antenas deben ser medidasbajo ambos modos. En general, el patrón de una antena en tresdimensiones (Figura 4). Debido a que no es práctico medir un patrónde tres dimensiones, un número de patrones de dos dimensiones sonmedidos. Un patrón de dos dimensiones se refiere como a un patrónseccionado, este puede ser obtenido fijando f (patrón de Azimuth) yvariando q (patrón de elevación), o fijando q y variando f. Paraobtener el corte del patrón deseado, la estructura del sistema debe

tener la capacidad de rotar en varios planos. Esto puede sercomplementado usando diferentes tipos de posiciones comoElevación sobre Azimuth (EL/AZ) o Azimuth sobre Elevación (AZ/EL)para la antena en estudio.

Figura 4: Patrón de Radiación Tridimensional

Medición de DirectividadLa directividad puede ser computada usando mediciones del

patrón de radiación. Por definición, la directividad es igual a la razón

de 4π veces la máxima intensidad de radiación al total de la potenciaradiada por la antena. La potencia radiada es evaluada

numéricamente integrando la intensidad de radiación a lo largo detodo el espacio.



Medición de GananciaExisten dos métodos básicos que pueden ser usados para medir

la ganancia de una antena: ganancia absoluta o técnicas decomparación de ganancias. El método de la ganancia no absoluta

requiere un conocimiento previo de ganancia de antenastransmisoras o receptoras. Si las antenas transmisora y receptora sonidénticas, una medición y el uso de las formulas de trasmisión essuficiente para determinar la ganancia. Si las antenas son diferentes,se requieren tres antenas y tres mediciones para formular un sistemade tres ecuaciones con tres incógnitas para determinar la ganancia.En el método de comparación de ganancias, antenas de gananciasestándar precalibradas son usadas para determinar la gananciaabsoluta de la antena.

Medición de PolarizacionEl método para la medición de la polarizacion requiere que una

antena polarizada linealmente, usualmente un dipolo o un cornetepequeño, se rote en el plano de polarizacion, que se toma normal a ladirección del campo incidente, el voltaje de salida es medido. La señalmedida describe un patrón de polarizacion para una antenapolarizada elípticamente. La elipse de polarizacion es tangente alpatrón de polarizacion, y puede ser usado para determinar el radioaxial y el ángulo t de la antena bajo prueba.

PROCEDIMIENTOS:

1.- Trazado del diagrama de antena.

1.1.- Realice el montaje. La escala de la unión rotatoria debe mostrar90 º cuando las cornetas están alineadas.

1.2.- Colocar el atenuador aproximadamente a 20 dB.

1.3.- Presionar el botón 30 dB del medidor SWR.

1.4.- Regular el Klystron con el fin de obtener la mayor potencia desalida posible, a 9 GHz, con una modulación rectangular de 1 KHz

1.5.- Obtener el máximo desplazamiento, de la aguja indicadora (0dB) del medidor de SWR, mediante el ajuste del mando a 1 KHz, laamplificación y si es necesario el atenuador.

1.6.- Girar el cornete receptor hacia la izquierda de 10 en 10 y anotarla indicacion del medidor SWR. Si fuese necesario aumentar lasensibilidad y añadir 10 dB al valor observado. Continuar hasta 40

desde la posición inicial anotar los resultados en la tabla I.



1.7.- Repetir el paso 1.6 pero en este caso girando el cornete hacia laderecha.

1.8.- Utilizar los resultados de la tabla I para trazar el diagrama polarde la antena.

1.9.- Repetir los montajes 1.5, 1.8 a 9.5 GHz

1.10.- Determinar en cada diagrama el ángulo del lóbulo para 3 dB.

2.- Medición de la amplificación.

2.1.- Colocar el atenuador a 40 dB (aproximadamente).

2.2.- Obtener una indicación en el medidor SWR (alcance: 50 dB)cuando los cornetes están alineados.

2.3.- Repetir el detector y poner en su lugar el cornete emisor.

2.4.- Escoger el alcance apropiado (presionando uno de los botones ysin mover el mando de amplificación) con el fin de obtener unaindicación legible. Leer y anotar el alcance de amplificación y el valorque indica la aguja (en la tabla II).

2.5.- Calcular en dB la diferencia de las potencias medidas en lospuntos 2.2, 2.4.

2.6.- Calcular la amplificación partiendo de la fórmula:

G = ((4π R)/λ o) * √Pr/Pt.

2.7.- Convertir G a dB.



RESULTADOS OBTENIDOS:

Trazado del diagrama de antena:

Tabla 1: Trazado del Diagrama

Desviación desde el eje principal0º 10º 20º 30º 40º

Indicación del

medidorSWR

9GHz,lado

izquierdo

0 3.9 16.5 28 35

Ladoderecho 0 4.6 14.5 26.5 35

9.5 GHzlado

izquierdo

0 3.8 15.6 27 35.5

Ladoderecho 0 4.8 16 29 35.5

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

-30 -20 -10 0 10 20 30

A(dB)*cos(°)

A ( d B ) * s e n ( ° )

Figura #1. Patrón de radiación de la antena con f = 9GHz



-25

-20

-15

-10

-5

0

5

-30 -20 -10 0 10 20 30

A(dB)*cos(°)

A ( d B ) * s e n ( ° )

Figura #2. Patrón de radiación de la antena con f = 9GHz

• Medición de la Ganancia

Tabla 2. Medición de la Ganancia

INDICACIÓN DEL MEDIDOR SWR(dB) Pt/

Pr

R(cm)

o(cm)

GG

(dB)ALCAN

CE

INDICAC

IÓN

ALCAN

CE

INDICAC

IÓN60 0 50 5

3.162

153.158

106.146

20.259



ANALISIS Y CONCLUSIONES

Durante la experiencia realiza en la practica se realizo el

trazado del diagrama de la antena, para el cual primero se busco quela unión rotatoria mostrara 90º cuando las cornetas se encontrabanalineadas, luego se coloco el atenuador variable a 20 dB, y se reguloel Klystron con el fin de obtener la mayor potencia de salida posible, a9GHz, con una modulación rectangular de 1KHz. Se obtuvo el máximodesplazamiento de la aguja indicadora del medidor de SWR, mediante

el ajuste de mando a 1KHz. Por ultimo se giro la corneta receptorahacia la izquierda variándola a una razón de 10º por vez hasta llegara 40º, tomando en cuenta el valor del SWR. Luego se repitió elmismo procedimiento pero girando la corneta receptora hacia laderecha.

De los resultados obtenidos al momento de realizar el montajese puede destacar que a medida que se giraba la corneta receptora,la desadaptación de la antena receptora aumentaba. Estadesadaptación era proporcional al giro de la antena, obteniéndoseresultados similares tanto cuando la antena se giraba hacia la

derecha como a la izquierda. Es por esto que el diagrama obtenidopara la antena presenta una forma más o menos similar a la de unaparábola.

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