Practica 2 RAD

 

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA” “INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA”

“TEORIA DE RADIADORES ELECTROMAGNETICOS” PRÁCTICA 2° “ELEMENTOS RADIADORES Y NO RADIADORES” PROFESOR: M.C.GUTIERREZ MORENO PILAR GUADALUPE GRUPO: 5CM5

EQUIPO:

BOLETA:

*VILLASEÑOR VILLARREAL MARIA FERNANDA *OLIVARES ESPINDOLA OSCAR DAVID

2015302086 2015301367

*VARGAS SOLIS RODRIGO

2015302002

*GONZALEZ PEREZ MARIO

2015300752

FECHA DE ENTREGA: 3 DE MAYO DE 2017

CALIFICACIÓN: _________________

“ELEMENTOS RADIADORES Y NO RADIADORES”

 

OBJETIVO: Que el alumno identifique por medio de las siguientes configuraciones que elementos son radiadores y cuales no radian.

INTRODUCCÓN INTRODUCCÓ N TEORICA: Una antena es un dispositivo hecho para transmitir (radiar) y recibir ondas de radio (electromagnéticas). Existen varias características importantes de una antena que deben de ser consideradas al momento de elegir una específica para su aplicación: ● Pa Pattrón rón d de e rrad adia iaci ción ón ● Ganancia ● Directividad Polarización PATRONES DE RADIACIÓN:  El patrón de radiación de una antena se puede representar como una gráfica tridimensional de la energía radiada vista desde fuera de esta. Los patrones de radiación usualmente se representan de dos formas, el patrón de elevación y el patrón de azimuth. El patrón de elevación es una gráfica de la energía radiada por la antena vista de perfil. El patrón de azimuth es una gráfica de la energía radiada vista directamente desde arriba. Al combinar ambas gráficas se tiene una representación tridimensional de cómo es realmente radiada la energía desde la antena.

Patrones de radiación Figura 1. a) Patrón de elevación de un dipolo genérico b) Patrón de azimuth de un dipolo genérico c) Patrón de radiación 3D GANANCIA:  La ganancia de una antena es la relación entre la potencia que entra en una antena y la potencia que sale de esta. Esta ganancia es comúnmente referida en dBi's, y se refiere a la comparación de cuanta energía sale de la antena en cuestión, comparada con la que saldría de una antena isotrópica. Una antena isotrópica es aquella que cuenta con un

 

patrón de radiación esférico perfecto y una ganancia lineal unitaria. DIRECTIVIDAD:  La directividad de la antena es una medida de la concentración de la potencia radiada en una dirección particular. Se puede entender también como la habilidad de la antena para direccionar la energía radiada en una dirección especifica. Es usualmente una relación de intensidad de radiación en una dirección particular en comparación a la intensidad promedio isotrópica.   las ondas electromagnéticas al salir de la antena. Hay dos tipos POLARIZACIÓN: Es la orientación de básicos de polarización que aplican a las antenas, como son: Lineal (incluye vertical, horizontal y oblicua) y circular (que incluye circular derecha, circular izquierda, elíptica derecha, y elíptica izquierda). No olvide que tomar en cuenta la polaridad de la antena es muy importante si se quiere obtener el máximo rendimiento de esta. La antena transmisora debe de tener la misma polaridad de la antena receptora para máximo rendimiento.

ANTENA MONOPOLO Una antena monopolo es la mitad de una antena dipolo, casi siempre montado sobre una especie de plano de tierra. El caso de un monopolo de longitud L monta sobre un infinito plano de tierra se muestra en la Figura 1 (a).

Usando la teoría de la imagen, los campos por encima del plano de tierra se puede encontrar utilizando el equivalente fuente (antena) en el espacio libre como se muestra en la Figura 1 (b). Esto es simplemente una antena de dipolo del doble de la longitud. Los campos por encima del plano de tierra en la Figura 1 (a) son idénticos a los campos en la Figura 1 (b), que se conocen y se presenta en la dipolo. Los campos por debajo del plano de tierra en la Figura 1 (a) son cero. El patrón de radiación de los monopolos por encima de un plano de tierra también son conocidos por el resultado de dipolo. El único cambio que hay que tener en cuenta es que la impedancia de un monopolo es la mitad de la de una antena de dipolo completo. Por un monopolo de cuarto de onda ( L = 0.25 * ), la impedancia es la mitad de la de un dipolo de media onda, por lo que Zin = 36,5 + j21.25 ohmios. Esto se puede entender ya

 

que sólo la mitad de la tensión se requiere para conducir un monopolo a la misma corriente como un dipolo (que de un dipolo como tener + V / 2 y V / 2 se aplicarán en sus extremos, mientras que un monopolo sólo tiene que aplicar + V / 2 entre el monopolio y la tierra para conducir la misma corriente). Desde Zin = V / I, la impedancia es la mitad. El directividad de una antena monopolo está directamente relacionada con la de un antena dipolo. Si la directividad de un dipolo de longitud 2L tiene una directividad de D1 [dB], a continuación, la directividad de una antena monopolo de longitud L tendrá una directividad de D1 3 [decibelios]. Es decir, la directividad (en unidades lineales) de un monopolo es el doble de la directividad de una antena de dipolo del doble de la longitud. La razón de esto es simplemente porque no la radiación se produce por debajo del plano del suelo, por lo que la antena es realmente el doble de "directiva". Monopolos son la mitad del tamaño de sus homólogos dipolo, y por lo tanto son atractivos cuando una antena más pequeña es necesaria. Antenas de teléfonos celulares viejos eran típicamente monopolos, con un plano de masa infinito aproximada por una pequeña placa de metal por debajo de la antena.

BOBINA INDUCTIVA

Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético. Bobinas en DC:

Cuando conectamos una bobina a una fuente de DC, solamente se produce el efecto de la resistencia ofrecida por el alambre con que está fabricada, pero con una pequeña diferencia con respecto a un circuito puramente resistivo. Cuando aplicamos el voltaje a un circuito resistivo, la corriente toma inmediatamente su valor máximo cuando se cierra el circuito. En cambio, en un circuito inductivo (debido que posee inductor), la corriente se tarda un determinado tiempo para allegar al valorun máximo.  A este tiempo se le llama constante de tiempo inductivo y depende de la inductancia en henrios de la bobina y de su resistencia.

Bobinas en AC:

Cuando aplicamos un voltaje de corriente alterna a una bobina, se producirá en ella un campo magnético que está variando continuamente. Por lo tanto, debido al fenómeno de la autoinducción, existirá también un voltaje contrario inducido permanentemente en oposición a la corriente alterna principal.

 

Esta oposición que ofrece una bobina a los voltajes de corriente alterna se llama reactancia inductiva. La reactancia inductiva se representa por las letras XL y se mide en Ohmios. La reactancia inductiva depende de la frecuencia de la señal o voltaje alterno y de la inductancia de la bobina.

LINEA DE TX ABIERTA Y CERRADO Reflexión en líneas en circuito abierto y cortocircuito.

No

puede  haber tensión en un cortocircuito ni circular corriente por un circuito

abierto.

A. Línea terminada en cortocircuito (

).

Toda la  potencia de la línea es reflejada en sentido contrario. No se entrega ning ningun una a pote potenc ncia ia  a la car arga ga porq porque ue la mism isma es un cor orto toccircu ircuit ito. o. Situ Situac ació ión n no de dese seab able le.. La impedancia vista es:

La im impe peda danc ncia ia  es indu induccti tivva o capa capaccitiv itiva, a, pa passan ando do po porr val alor ores es qu que e x  que e an anul ulan an la   qu impe impeda danc ncia ia y  por por valor alores es que que la hac hacen infi infini nitta. La Lass di dist stan anccia iass qu que e an anul ulan an la impe impeda danc ncia ia son las  que cumplen la condición media longitud  de onda

, es decir, valores de x que son múltiplos de . Por el contrario, hay valores que hacen que la

impedancia sea in infinita. É Ésstos sso on lo los q qu ue ccu umplen

,ob biien en llo os

 

valores de x  que son un múltiplo impar de

.

Extremo

DISTANCIA IMPEDANCIA

0

0

0

0

Como la  impedancia en cada punto es el coc ociiente entre la tensión y la corriente, los puntos  en los que se anula la tensión para línea terminada en cortocircuito son: el propio cortocircuito,  es decir, el final de la línea ( x=0  loss múl últi tipl plos os de me medi dia a lo long ngit itud ud de  x=0 ) y lo onda onda.. Po Porr  el cont ontra rari rio, o, los los má máxximos imos se loc localiz alizan an en lo loss pu punt ntos os in intter erme medi dios os a lo loss mí míni nimo moss, es decir,  en los múltiplos impares de un cuarto de longitud de onda, en donde la intensidad se anula y, por ello, la impedancia se hace infinita.

Por el  contrario, la intensidad de corriente tiene un máximo en el propio  x=0 ) y en los múltiplos de media longitud de cortocircuito, es  decir, el final de la línea ( x=0  onda.

Extremo

DISTANCIA TENSIÓN CORRIENTE

máx 0

0 máx

máx 0

0 máx

máx 0

0 máx

máx 0

0 máx

Fig. 4. Tensión y corriente a lo largo de una línea en cortocircuito

 

B. Línea terminada en circuito abierto (

).

Toda la  potencia de la línea es reflejada en sentido contrario. No se entrega ni ning ngun una a po pote tenc ncia ia a la carg carga a porq porque ue la mi mism sma a es un circ circui uito to ab abie iert rto. o. Situ Situac ació ión n no de dese seab able le.. La impedancia vista es:

La impe impeda danc ncia ia  es capac apacit itiv iva a o in indu duct ctiv iva, a, pa pasa sand ndo o po porr valo valore ress qu que e  x    qu que e an anul ulan an la , es decir, valores de x   

impedancia y  por valores que la hacen infinita. Si

que son  un múltiplo impar de , el denominador se hace infinito y la impedancia se anula. Por  el contrario, hay valor ore es la impedancia es infinita para aquellos valores que cumplen onda

,  es decir, los valores de x que son múltiplos de media longitud de .

Extremo

DISTANCIA

IMPEDANCIA

0

0

0

0

Los en rmieinnatrdaas eqnuecirlcousitm o áaxbiim erotos son losLo   msúlptiupnlotsosi m palroessqduee usne acunaurlatoladeten losniógnitupdardae líonnedaat,em ocurren en  el propio circuito abierto al final de la línea ( x=0   x=0 ) y los múltiplos de media longitud de onda.

Por el cont Por contra rari rio, o, la inte intens nsid idad ad de corr corrie ient nte e tien tiene e un nu nulo lo en el pr prop opio io circ circui uito to ab abie iert rto o al final  de la línea ( x=0   x=0 ) y en los múltiplos de media longitud de onda. Y los máximos se localizan en los múltiplos impares de cuarto de onda.

DISTANCIA

Extremo

 

TENSIÓN CORRIENTE

0 máx

máx 0

0 máx

máx 0

0 máx

máx 0

0 máx

máx 0

Fig. 5. Tensión y corriente a lo largo de una línea en circuito abierto

MATERIAL Y EQUIPO ● ● ● ● ● ● ● ●

Generador RF Pla Plano de T Tiierra De Dete tect ctor or de corr corrie ient nte e De Dete tecctor tor de de vvol olta taje je De Dete tect ctor or de Ra Radi diac ació ión n Tran Transp spor orta tado dorr d de e 360° 360° Ca Caja ja de Ac Accces esor orio ioss 2 vvar arililla lass del del n°2 n°2

● aril las del el n° ● 2 2 vvvar var arililla illa lasss d d del el n°13 n°21 n°13 21

 

● ● ● ●

1 Co Cope pette ccap apac acit itiv ivo o 1 vva arilla d de en n°°4 + 1 bo bobi bina na ccal alib ibre re n num umer ero o2 20 0 1 lámpara

DESARROLLO EXPERIMENTAL EXPERIMENTO 1° Potencia a tierra (P.T) (Watts)

Potencia Directa (P.D) (Watts)

Potencia Reflejada (P.R) (Watts)

5

0.5

0.01

Angulo 0º 90º 180º

Distancia (m) 1.740 1.935 2.300

270º 360º

1.500 1.740

 

 

 

  El traslape lo obtuvimos a 270º y 360º.

EXPERIMENTO 2° Potencia a tierra (P.T) (Watts)

Potencia Directa (P.D) (Watts)

Potencia Reflejada (P.R) (Watts)

 

5

0.5

Angulo

0.01

Distancia (m) 0º

1.84

90º 180º

1.57 1.64

270º

0.97

360º

1.84

 

El traslape lo obtuvimos a 270º y 360º. 

DIFERENETES POSICIONES DEL DETECOR EN LA ANTENA CON COPETE Arriba

 

 

costados

EXPERIMENTO 3° Potencia a tierra (P.T) (Watts)

Potencia Directa (P.D) (Watts)

Potencia Reflejada (P.R) (Watts)

5

6.8

0.05

Punto en la varilla 1 2 3 4 5

Corriente – I (Amperes) 1 2 2 2 0

Voltaje – V (Volts) 3 1 1 1 1

67 8

03 3

54 1

 

 

Fig 1. Detección de voltaje y corriente en un punto de la LTx. abierta. 

EXPERIMENTO 4° Potencia a tierra (P.T) (Watts)

Potencia Directa (P.D) (Watts)

Potencia Reflejada (P.R) (Watts)

 

5

0.5

3.2

Punto en la varilla 1 2

Corriente – I (Amperes) 3 1

Voltaje – V (Volts) 1 3

34 5 6 7 8

01 3 2 0 0

43 1 2 3 2

 

Fig 1. Detección de voltaje y corriente en un punto de la LTx. en corto. 

EXPERIMENTO 5° Potencia a tierra (P.T) (Watts)

Potencia Directa (P.D) (Watts)

Potencia Reflejada (P.R) (Watts)

4.5

5

0.05

Fig 1. Detección de radiación en la lámpara.

Numero de Espira 1 2 3 4

CORRIENTE I (AMPERES) 0 0 0 1

VOLTAJE V (VOLTS) 2 4 3 1

5

1

0

 

 

Fig. 2 Detección de voltaje y corriente en una espira de la bobina.

CONCLUSIONES Se pued puede e  concl onclui uirr para para es esta ta pr prác ácti ticca que que no todas odas la lass an antten enas as co como mo ta tal, l, ra radi dian an pa para ra es este te caso caso cuan cuando do  te tene nemo moss las las líne líneas as de tr tran ansm smis isió ión n en co cort rto o circ circui uito to o circ circui uito to ab abie iert rto o solo solo ha hayy radi radiac ació ión n en  medio edio de es esta tass pero pero cuand uando o se mide mide co con n el de dettec ecttor de vo volt ltaj aje e y cor orri rien entte en una fluye  más la corriente y en otra el voltaje de aquí las diferentes observaciones, tam también bién se  pudo pudo conc conclu luir ir que que la bobi bobina na no es un el elem emen ento to ra radi diad ador or de ig igua uall mane manera ra pa para ra validar que  solo existía radiación dentro de la bobina se introduj ujo o una lámpara la cual se tuvo que que aumen aumentar tar la po potenci tencia a de tier tierra ra para p poder oder obs observar ervar d dicha icha lámpara lámpara en encendi cendida. da. El estudio  de qu que e un elemento radiación y que elemento no, es importante pues a través deees est toncio   pudi pu dim m conoc on ocer er nte. que que.e De tipos ipos est ttena ru ruct ctur uras son ad adec ecua uada das stapa para ra ha hac cer un una an ante tena na que qu func fu ione nes s os corr correc ecta tame ment las lasde5 es an ante nas s as es estu tudi diad adas as en es esta pr prác ácti tica ca, , la las s apr prim imer eras as

 

3 son  elementos radiadores y las últimas 2 son de elementos no radiadores, por lo tanto no pueden ser empleadas para hacer antenas. La ante antena na  mo mono nopo polo lo us usad ada a en el pr prim imer er ex expe peri rim men ento to es un bu buen en el elem emen ento to ra radi diad ador or,, pe pero ro cabe mencionar  que con el simple hecho de colocar un copete capacitivo en la parte superior de la antena la radiación emitida por la antena aumenta de manera considerable. La ante antena na de dell ex expe peri rime ment nto o 3 ta tamb mbié ién n es un buen buen el elem emen ento to ra radi diad ador or,, pe pero ro de ig igua uall mane manera ra que la  ante ntena monopolo es mejor la antena monopolo con copete capa paccitivo. La antena del experimento  4 es una línea en corto por lo cual no emite radiación pues la corriente circula solamente de un lado a otro de la antena. Como ya  se había dicho antes él meter la lámpara en la bobina empleada en el experimento 5  y que esta prenda nos dice que existe radiación dentro de la bobina, al medi me dirr radi radiac ació ión n  en el ex exte teri rior or de la bobi bobina na obs obser erva vam mos qu que e es está tá es muy muy po pobr bre e com como pa para ra que la bobina sea empleada como antena.

REFERENCIAS

● https: https://www //www.exaby .exabyteinf teinformati ormatica.com ca.com/uoc/F /uoc/Fisica/ isica/...I ...II.../ I.../Fisica Fisica_II_ES _II_ES_(Modu _(Modulo lo  _6).pdf ● www.co www.coimbraw imbraweb.com eb.com/docum /documentos/ entos/lineas lineas/5.1_l /5.1_linea_t inea_transmis ransmision.pd ion.pdff ● pers persona onales les.un .unica ican.e n.es/p s/perez erezvr/ vr/pdf pdf/CH /CH9ST_ 9ST_Web Web.pd .pdff ● www www.an .anten tenna-t na-theor heory.c y.com/ om/spa spanis nish/a h/ante ntennas nnas/mo /monopo nopole. le.php php ● unic unicrom rom.co .com/e m/el-i l-induc nductor tor-o-b -o-bobi obina-y na-y-las -las-corrientes-continua-y-alterna-factor-de-c alid...