LABORATORIO I y II

Omar Edison Cañon Manrique20111273002

Oscar Julián Castañeda. 20111273003

Edgar j. MantillaIng. electrónico y licenciado en física

Universidad Distrital Francisco Jose De CaldasBogotá2011

OBJETIVO

Analizar los resultados de swr hechos en bessernet y la grafica swr vs frecuencia.

Realizar comunicación con diferentes partes del mundo.

Analizar los resultados y patrones de radiación, comparar la teoría con la practica según los diferentes tipos de antenas con una antena yagui direccional desde su patrón de radiación, respecto a su polarización horizontal.

MARCO TEORICO

RADIOCOMUNICACION

El descubrimiento de Hertz, aunque permitió comprobar la existencia de las ondas electromagnéticas y sus propiedades análogas a las de las ondas luminosas, confirmando así brillantemente la teoría de Maxwell, no tuvo resultados prácticos inmediatos, porque el resonador, que revelaba la presencia de las ondas, únicamente podía funcionar a muy corta distancia del aparato que las producía.

En 1884 Calzecchi Onesti descubrió la conductibilidad eléctrica que toman las limaduras de hierro en presencia de las ondas electromagnéticas, o sea de las ondas hertzianas

El francés Branly, en 1890, construyo su primitivo choesor, que permitía comprobar la presencia de ondas radiadas, es decir de detectarlas, y que sería utilizado por todos los investigadores que entonces querían la comunicación sin hilos.

El cohesor de Branly consta de un tubo de cristal dentro del cual se encuentran limaduras de hierro, algo apretadas, entre dos polos metálicos que se comunican con una pila eléctrica. La resistencia de las limaduras es demasiado elevada para que pase la corriente de la pila, pero en presencia de una onda hertziana dicha conductibilidad aumenta y la corriente que pasa por el aparato puede hacerse patente haciendo sonar un timbre eléctrico.

Con el aparato de Branly podían hacerse patentes las ondas hertzianas a distancias mucho más considerables que con el resonador de Hertz, pero, de todos modos, no podían obtenerse todavía aplicaciones prácticas. El ruso Popov

creyó encontrar en el tubo de Branly un aparato sensible para revelar la marcha de las tempestades, pues las descargas eléctricas de las nubes tempestuosas provocan la formación de ondas, capaces de ser reveladas por el cohesor.

El ruso Popov (1859-1905) encontró el mejor sistema para radiar y captar las ondas: la antena, constituida por hilo metálico. 

Después de perfeccionar este aparato, Popov añadió al sistema receptor un hilo metálico extendido en sentido vertical, para que, al elevarse en la atmósfera, pudiese captar mejor las oscilaciones eléctricas. Este hilo estaba unido por uno de sus extremos a uno de los polos del cohesor, mientras que el otro extremo comunicaba con tierra y así cualquier diferencia de potencial que se estableciese entre dichos polos, provocada por el paso de una onda electromagnética procedente de las nubes tempestuosas, hacía sonar el timbre del aparato, cuyo repiqueteo más o menos frecuente daba idea de la marcha de la tempestad.

De este modo nació la primera antena, llamada así porque, para sostener el hilo metálico ideado por Popov, debía emplearse un soporte de aspecto parecido a los mástiles o antenas de los buques.

El 24 de marzo de 1896 realizo la primera comunicación de señales sin hilos.

Estas primeras transmisiones estaban constituidas por simples impulsos, obtenidos mediante poderosas descargas eléctricas de corriente almacenadas en condensadores o botellas de Leyden. Una espira de alambre conductor, situada a pocos metros de la descarga, producía una descarga menor entre sus extremos abiertos.

El oscilador de Hertz, el detector de Branly y la antena de Popov eran, pues, los tres elementos indispensables para establecer un sistema de radiocomunicación, pero era necesario también constituir un conjunto que pudiese funcionar con seguridad para tener aplicaciones comerciales.

Nadie había podido conseguirlo, hasta que desde 1895 Marconi realizó experimentos definitivos que le proporcionaron el título de inventor de la radiocomunicación.

Este fenómeno que empezó a mostrar la resonancia eléctrica fue estudiada por Marconi, el cual en Bolonia (Italia) en 1896 y con sólo 20 años de edad conseguía sus primeros comunicados prácticos.

Empleando un alambre vertical o "antena" en vez de anillos cortados  y empleando un "detector" o aparato que permitía descubrir señales muy débiles, pronto logró establecer comunicación hasta distancias de milla y media (2400 m.).

Paulatinamente fué aumentando el alcance de sus transmisiones, hasta que en 1896 solicitó y obtubo la primera patente de un sistema de telegrafía inalámbrica.

La longitud de onda utilizada estaba situada por encima de 200 metros, lo que obligaba a utilizar antenas de colosales dimensiones. El receptor basaba su funcionamiento en el denominado cohesor. Brandley y Lodge fueron dos de sus principales perfeccionadores. En esencia, el cohesor estaba constituido por un tubo de vidrio, lleno de limaduras de hierro, el cual en presencia de una señal de alta frecuencia, procedente de la antena, se volvía conductor y permitía el paso de una corriente que accionaba un timbre. Cuando desaparecía la corriente el cohesor seguía conduciendo, por lo que debía dársele un golpe para que se desactivara. Estos detalles dan una idea de las dificultades con que se encontraban los investigadores de aquel entonces. 

En 1897, el inglés  O.J. Lodge inventó el sistema de sintonía, que permite utilizar el mismo receptor para recibir diferentes emisiones.

En 1897, empleando un transmisor formado por una bobina de inducción grande y elevando las antenas transmisora y receptora con ayuda de papalotes (cometas), aumentó el alcance del equipo a 9 millas (14,5 Km.). También demostró que la transmisión podía ser sobre el mar, estableciendo la comunicación entre dos barcos de la marina de guerra italiana, a distancias de 12 millas (19 Km.). la figura anterior nos da una idea de su receptor.

El primer contacto por radio en Francia tuvo lugar en 1898 entre la Torre Eiffel y el Pantheon (4 Km.), en París.

En 1899 nuevamente el investigador e inventor Guillermo Marconi logró enviar un mensaje por radio a través del Canal de la Mancha uniendo Dover con Wimereux (46 Km.).  

Es en este año 1899, que ocurrió la primera demostración del valor de las comunicaciones por radio para dar mas seguridad a los viajes en el mar, cuando la tripulación del barco "R. F. Mathews" pudo salvarse despues del choque del barco con un faro, gracias a la llamada de auxilio por radiotelegrafía.

SE INICIA LA RADIOAFICION

El año en que nació la actividad de los radioaficionados es, posiblemente, el año 1907 en el cual la revista "Electrician & Mechanic Magazine" inicia con el título "Cómo se hace", la descripción de los componentes y aparatos para las comunicaciones TSF de débil potencia, explicando todos los detalles para la autoconstrucción.

Estos artículos escritos por radioaficionados, divulgan con todo detalle sus experiencias y sus resultados. Tales escritos se hacen diferenciar de los experimentadores profesionales divulgando el concepto según el cual el aficionado se dedica a los estudios técnicos sin ningún provecho económico. 

Hasta el 1908 es difícil distinguir entre los experimentadores por motivos profesionales, comerciales y los aficionados verdaderos. 

Más tarde Marconi puso en marcha una descomunal estación de radio en Cabo Cod; algo muy distinto a lo que pueda imaginar cualquier radioaficionado de hoy en día. Constaba de un transmisor de chispa a base de un motor con un rotor que hacía girar un descargador de un metro de diámetro, capaz de transferir la potencia de 30.000 W a un amplio tendido de antena izado a 60 m de altura y sustentado por cuatro torretas sobre las dunas de South Wellfleet, Massachusetts, USA.

Al ir aumentando el numero de radioaficionados y ante el posible caos que se podía organizar en las bandas, en el año 1912 se promulgó la ley TAFT según la cual, en Estados Unidos, más de mil aficionados tenían que obtener una licencia federal, limitar la potencia a 1000 vatios, abandonar las ondas largas y concentrarse alrededor de una distancia de onda de 200 metros. 

Según las opiniones difundidas en aquel tiempo, hasta en el ambiente científico, estas distancias de ondas cortas no permitían comunicaciones a grandes distancias. En efecto, con la potencia de 1 kW, los aficionados en 1914 conseguían a duras penas comunicar hasta 200 o 300 km, y empleando receptores muy complicados.  

Vatímetro

 La potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con un vatímetro, un instrumento parecido al electrodinamómetro. El vatímetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que toda la corriente del circuito la atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente.

AMPLIFICADOR LINEAL

Amplificador Lineal con dos valvulas 813 con 2800 volts en placa y reja a masa para las bandas de160 a 10 metros, construido en un gabinete de surplus potencia de salida entre 1,8 mhz y 14 mhz 800 watts de 14mhz a 28 mhz 500watts.entrada de exitacion 100watts

ANTENA

Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.

Dipolo De Media Onda

Dipolo de media onda que podría emplearse para construir un receptor de onda corta. Rigurosamente, hay que alimentar el dipolo con una alimentación simétrica, para lo cual hay que intercalar un balun o simetrizador entre el dipolo y el cable coaxial

Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.

Antena Yagi

La antena Yagi es una antena direccional inventada por el Dr. Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda (de ahí al nombre Yagi-Uda).

Una antena de este tipo se utiliza principalmente para recibir señales de televisión, tanto en VHF como en UHF. Su peculiaridad es que por cada elemento que se le añade aumenta su ganancia de forma que cuantos más elementos más ganancia se tiene en el dipolo. Asimismo con cada elemento parásito que se le agrega (por delante) más acusada es la direccionalidad de la antena y más cerrado es el ángulo de recepción. Lo mismo se podría decir si se usa este tipo de antena Yagi para transmitir: cuantos más elementos más ganancia de transmisión y más directividad se obtiene, con lo que con una determinada potencia de emisión y una

antena de alta ganancia se pueden obtener un haz radioeléctrico concentrado hacia una determinada dirección y más larga será la distancia, lineal, a la que se puede enviar las señales.

Reflectores Gregoriano

En aplicaciones espaciales donde se requiere una gran directividad de la antena, una elevada potencia en el transmisor y un receptor de bajo ruido, utilizar una gran antena reflectora implica grandes distancias del transmisor al foco (y la imposibilidad de colocar equipos en él) por lo que la solución es emplear un segundo reflector o subreflector. El caso de la configuración Gregoriana se trata de un elipsoide cóncavo.

Log PeriódicaUna antena de tipo logarítmica periódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. Con una construcción similar a la de la antena Yagui, solo que las diferencias de longitudes entre los elementos y sus separaciones siguen una variación logarítmica en vez de lineal.

La ventaja de la antena logarítmica sobre la Yagui es que aquélla no tiene un elemento excitado, sino que recibe alimentación en todos sus elementos. Con esto se consigue un ancho de banda mayor y una impedancia pareja dentro de todas las frecuencias de trabajo de esta antena.

Cable coaxial

El cable coaxial fue creado en la década de los 30, y es un cable utilizado para transportar señales eléctricas de alta frecuencia que posee dos conductores concéntricos, uno central, llamado vivo, encargado de llevar la información, y uno exterior, de aspecto tubular, llamado malla o blindaje, que sirve como referencia de tierra y retorno de las corrientes. Entre ambos se encuentra una capa aislante llamada dieléctrico, de cuyas características dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el conjunto suele estar protegido por una cubierta aislante.

ANALISIS DE RESULTADOS PRIMERA PRACTICA

La grafica de swr vs frecuencia no salió perfectamente para antena de 20 mts ya que hizo falta medir en frecuencias anteriores a 14khz.

En las frecuencias de 14020 a 14040 la onda reflejada fue menor ya que su SWR fue menor y la onda reflejada más grande fue en las frecuencias 14290 y 14300 ya que su SWR fue superior a tres.

En la grafica swr vs frecuencia salió casi perfectamente para antena de 40 mts ya que se midió en frecuencias anteriores a 7khz.

En la frecuencia de 7070 la onda reflejada transmitió completamente ya que su SWR fue cero y la onda reflejada más alta fue en las frecuencias 6908 y 7300 debido a que su SWR fue superior a tres.

ANALISIS DE RESULTADOS SEGUNDA PRÁCTICA

Se observaron seis antenas de los cuales se hizo la interpretación en Excel del patrón de radiación de cada antena.

En la antena lambda medios el campo radiado salió casi perfecto, demostrando que sus puntos máximo esta en 90° y debería dar 270° pero da como resultado 260° acercándolo a la teoría.

En la antena de 59 cm el se noto la alteración de longitud y se vio reflejado en el campo radiado, pero mas sin embargo al igual que la antena lambda medios se demuestra que sus puntos máximo esta en 90° y también debería dar 270° pero da como resultado 280°.

En la antena de 1.58cm el campo radiado salió perfecto, demostrando que sus puntos máximo esta en 80° ,180°,270° y 360°, esta casi exacto al patrón de radiación de las graficas teóricas.

La antena yagui el patrón de radiación fue semejante a los patrones de radiación teóricos, en este caso dio en 60°, su ancho de banda da dentro de sus parámetros, por lo que se considera que esta antena trabaja según lo esperado el bw da 48 según su catidad de elementos.

La antena gregoriana no dio el patrón de radiación esperado respecto al teórico, ya que su antena dipolo que esta tenia no permitió que se comportara como una antena parabólica-gregoriana, dio fue un patrón de radiación de antena dipolo.

En la antena log-periódica su patrón de radiación dio semejante al , salvo en su punto máximo que fue en el ángulo de 270°, pero tiene mas ganancia que una antena yagui, en este caso nos dio un ancho de banda de 15 que esta en lo esperado.

CONCLUSIONES

-Las graficas del patrón de radiación, según las medidas hechas en el laboratorio dan resultados muy semejante a las gráficas de patrón de radiación teóricas.

-Si el SWR es superior a tres es peligroso porque puede dañar el transmisor y afecta la comunicación.

-Para que haya una buena comunicación es importante tener en cuenta cuatro cosas: la ganancia de la antena, potencia reflejada, potencia incidente y las condiciones climaticas.

-Las graficas del patrón de radiación hechas en el laboratorio dan resultados parecidos a las gráficas de patrón de radiación teóricas que se hallaron en el simulador MMNAGAL, con esto se comprobó los campos de radiación de cada antena.

-El laboratorio fue significativo ya que estas experiencias que motiva a los estudiantes en contacto con la vida real y la aplicación inmediata de la teoría, de una manera empírica se comprueban los principios técnicos, implementándolo con componentes comunes.

BIBLIOGRAFIA

http://mural.uv.es/runuiju/vat.htm

http://usuarios.multimania.es/arey2005/studies.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Antena

http://es.wikipedia.org/wiki/Dipolo_%28antena%29

http://www.dei.uc.edu.py/tai2002/CVS/tiposant.htm#casse

http://es.wikipedia.org/wiki/Antena#Log_Peri.C3.B3dica_2

http://es.wikipedia.org/wiki/Cable_coaxial#Aplicaciones_tecnol.C3.B3gicas