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

Transcripción

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

2 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. Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 2

3 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. Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 3

4 Patrón de radiación de un dipolo infinitesimal colocado en el origen con su eje alineado según el eje Z. Componentes del campo radiado referidas al sistema de coordenadas 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. Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 4

5 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: R 1 < 0.62(D 3 /λ) 1/2 Región de radiación de cercano: R 2 < 2D 2 /λ Región de campo lejano: R 3 > R 2 (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. Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 5

6 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 Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 6

7 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 Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 7

8 recepción del campo dependiendo de la posición y orientación de la placa metálica. (Ver Anexo 5.6) Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 8

9 5. ANEXOS: 5.1 DIAGRAMA DE RADIACION Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 9

10 5.2 DIAGRAMA DE RADIACION (copia) Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 10

11 5.3 PROCESO DE MEJORA DE LA DIRECTIVIDAD: Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 11

12 5.4 CONCEPTOS SOBRE ANTENA YAGI-UDA Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 12

13 5.5 ANCHURA DE HAZ 5.6 REFLEXION Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 13

14 5.7 REGIONES DE CAMPO 5.8 ANTENA YAGI COMERCIALIZADA, DATOS TECNICOS Práctica: Estudio de la antena Yagi-Uda 4º Curso - Física 14