Estudio de antenas direccionales: Teoría, diseño y características

[pic 1][pic 2][pic 3]UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
Facultad de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Telecomunicaciones[pic 4][pic 5]

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

UNIVERSIDAD DEL PERÚ,  Decana de América

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y ELECTRICA

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Curso                                   :         Laboratorio De Antenas

Profesor                            :        Ing. Carlos Heredia Reyes

Tema                                :        “Antenas Direccionales”

Alumno                           :        Valverde Valdiglesias David

Código                             :        11190117

Fecha de Realización          :        23/11/15

Fecha de Presentación         :       30/11/2015

Ciclo                                 :       2015-II

LABORATORIO N°007: “ANTENAS DIRECCIONALES”

1. ALCANCE:

En este estudio de antenas direccionales, incluso las de haz colineal, rómbica, Log Periódica, Reflector de esquina, se investigarán antenas Helicoidales de plato y Parabólicas. Ningún ejercicio del laboratorio se proporciona. Un juego especial componentes de antena (S361-C), está disponible para el diseño y construcción de tipos especiales de antenas como el tipo de reflector de esquina o el log periódica. Los componentes proporcionados habilitan al estudiante y/o instructor para desarrollar una antena que puede operarse para un transmisor de UHF. Un cable coaxial para la línea de transmisión entre el transmisor y la antena.

1. OBJETIVOS:

Con la realización del estudio teórico de este experimento, el estudiante será capaz de:

• Describir por qué las antenas de radiodifusión están en fase.
• Describir las características generales de una antena Rómbica.
• Describir la construcción y características de la antena Log Periódica y Helicoidal.
• Describir las características generales de las antenas córner (esquina) y parabólicas.

1. MARCO TEÓRICO:

ANTENAS DE HAZ COLINEAL

En radiodifusión comercial es a menudo necesario emitir la potencia radiada en direcciones específicas. Una antena de haz  Colineal de alguna manera se parece a la antena dipolo. El patrón de radiación, sin embargo, se hace más estrecho. La figura líneas abajo, muestra un boceto de un rayo colineal compuesto de dos dipolos λ /2 en fase.

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Cada sección del dipolo se corta a un λ/2 y las dos secciones son alimentadas por una sección λ/4. A cualquier momento dado las dos secciones de la antena están radiando señales que están en fase. Estos dos elementos, por consiguiente, forman una antena de haz de dos elementos. La ganancia de potencia del rayo colineal es aproximadamente 4 dB como comparando a un dipolo con una ganancia de menos de 2 dB. Mientras la potencia RF a la antena colineal es la misma, el haz radiado se concentra más a los ángulos rectos a la antena. Si se agregan elementos λ/2 adicionales y se alimentan en la fase apropiada, la antena aumentará más allá en ganancia. Cuando la antena es usada verticalmente la antena tiene la ventaja de reducir el ángulo de radiación. Además siendo direccional la antena también puede proporcionar un patrón omnidireccional.

MANEJO DE ARREGLO DE TORRES

Si se desea dirigir la señal hacia una cierta población favorablemente concentrada, la antena tendrá que ser dirigida. Se colocan dos  o tres torres para que el patrón de radiación del arreglo de antena sea dirigida en la dirección deseada. La figura líneas abajo muestra una antena de haz vertical de dos elementos.

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Cada elemento es λ/2 en longitud y es alimentado por una línea de transmisión plana (resistencia) terminada en un talón λ/4. Una línea de alambre abierta λ/2  que se pone a punto propiamente entre las bases de ambas antenas. Las dos torres verticales se alimentan 180º entonces fuera de fase. Se cancelan las señales entre las torres mientras el haz aumenta lejos de cada torre.                

Si dos torres verticales λ/2 se alimentan como es mostrado  en la figura, la señal en fase a las torres produce un cruce sobre la línea de alimentación y una señal más fuerte se observa en los ángulos rectos a las dos torres.

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Esta señal es aún más fuerte que la mostrada en el segundo arreglo (según el orden presentado en este informe). Cambiando la fase de alimentación entre las dos torres, el patrón radiado puede cambiarse literalmente a casi cualquier dirección. Si se agregan elementos adicionales el haz radiado puede hacerse muy direccional. Desde que las antenas están alimentándose fuera de fase o en fase, el grado de separación, por ejemplo λ/2, es 180º o en cualquier submúltiplos de la longitud de onda. Esto es muy común en términos prácticos en la Ingeniería de las Telecomunicaciones.

El nivel de corriente a cada antena en el arreglo puede ajustarse, para producir la relación de la fase responsable para cambiar el patrón de radiación. Si por ej., se localizan dos antenas con una separación λ/4 y se alimentan 45° aparte, el signo tendrá una fuerza mayor a las 45º en ambos lados del arreglo. Si la fase se cambia a 90°, un patrón de forma de corazón (cardiode) el patrón se producirá alrededor de una de las antenas y un mínimo de energía se producirá alrededor del otro.

ANTENAS ROMBICAS

La directividad de una antena de alambre largo pueden ser aumentados combinando algunas secciones de alambre en forma de V o reuniendo dos V`s para formar una antena de alta frecuencia comúnmente llamada rómbica. Un boceto de un alambre largo de antena Rómbica se muestra en la figura adjunta:

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La antena Rómbica tiene varias ventajas así como algunas desventajas que se presentan aquí:

La “Tabla N°01” ilustra las medidas necesarias de una Rómbica para lograr ganancias deseadas de antenas. La altura de una antena rómbica es por lo menos λ/2 sobre la tierra, aunque esto puede variar dependiendo de la longitud de los brazos y el ángulo deseado de radiación.

Detalles adicionales del diseño de una Rómbica, como la longitud más largo del brazo, la estreches de la anchura del haz de la antena, se puede encontrar en manuales de ingeniería y libros de diseño de la antena.

ANTENAS LOG – PERIODICAS

La log periódica no se parece a las antenas convencionales por dos razones:

1. Porque es físicamente repetitiva (a) en su diseño y (b) en sus características eléctricas.
2. La antena forma una estructura física bastante extraña que le da la apariencia de una escultura moderna.

La figura muestra una log periódica que se construyó con un grupo de dipolos, que tienen longitudes variables. La radiación del máximo está en la dirección que va del más largo a los más cortos.

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El espacio entre los dipolos y la longitud de cada dipolo tiene una relación especial y fija que produce una proporción constante entre cada uno de los elementos adyacentes. Esta antena es llamada una antena log periódica porque una parte de su impedancia de entrada versus el logaritmo de la frecuencia es periódica.

REFLECTORES DE ESQUINA

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Un reflector de esquina es otro tipo de antena direccional que es bastante eficaz en frecuencias más altas, como en VHF y banda UHF. Mientras el reflector de equina puede ser hecho en ángulos pequeños de 45º a 60º, el diseño más popular tiene un ángulo de esquina de 90º. El reflector puede hacerse de un metal de bajo costo, de malla o puede fabricarse de varillas de metal. La figura muestra un reflector de esquina hecho de varillas de metal. Los lados mostrados como “S” en el dibujo varían en longitud de 1 a 2 longitudes de onda. 

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