Informe de Laboratorio 1

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El presente informe presenta lo realizado en el laboratorio de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas para la Materia Antenas de Propagación

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Informe de Laboratorio 1

  1. 1. LABORATORIO COMUNICACIÓN RADIOFRECUENCIA EQUIPOS DE RADIOAFICIONADO ANTENAS DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL Phil Anderson Contreras Miguel Ángel Díaz Valderrama Mónica Catalina Martín Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica Ingeniería En Telecomunicaciones 2011
  2. 2. OBJETIVOS• Establecer comunicación mediante una antena, con diferentes partes del mundo.• Realizar mediciones con el analizador de espectro y hallar la potencia incidente y potencia reflejada.• Encontrar el punto de resonancia de la antena.• Elaborar las mismas mediciones y cálculos con una antena de 20 metros y otra de 40 metros• Realizar las gráficas comparativas de niveles de potencia (reflejada e incidente) vs la frecuencia.
  3. 3. Componentes para el desarrollo del LaboratorioVatímetro El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial». Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito mientras la móvil se conecta enparalelo.El resultado de esta disposición es que en un circuitode corriente continua, la deflexión de la aguja esproporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme ala ecuación W=VA o P=EI. En un circuito de corrientealterna la deflexión es proporcional al producto instantáneomedio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potenciareal y posiblemente (dependiendo de las características decargo) mostrando una lectura diferente a la obtenidamultiplicando simplemente las lecturas arrojadas porun voltímetro y un amperímetro independientes en el mismocircuito.
  4. 4. AMPLIFICADOR LINEAL SB-200El amplificador lineal SB-200 fue diseñado paraproporcionar alta capacidad de potencia yversatilidad completa. Casi todos de los excitadores SSB yCW disponibles hoy en día se pueden utilizar con esteamplificador.El SB-200 de Heathkit es un amplificador de 1200W deentrada lineal, que desarrolla una potencia de 600Waproximadamente cuando se opera en una línea de 120 VCA. Hizo su debut en 1965. En el manual se establece lamanera en que se arma el dispositivo con sus respectivoscomponentes y la manera en la que se disponen estos parahacer el respectivo arreglo del circuito.Requerimientos Equipos-Conexión Amplificador:Exciter- Excitador (Oscilador para generar la portadora del untransmisor)El amplificador lineal puede manejar los exciter_excitadorescomerciales o hechos en casa con una potencia de salida deaproximadamente 100 W. Los que se encuentren a un nivel
  5. 5. más bajo de este valor también pueden ser aplicados pero nofuncionaran al máximo.Antena EspecificacionesLa red de salida pi (π) trabaja dentro del rango de una líneade trasmisión en el orden de los 50 a los 75 . Las antenascomerciales o hechas en casa se diseñan para alimentarse conun cable coaxial de 50 o 72 generalmente. El cable coaxialRG-8 o RG-11 se recomienda para la línea de transmisión.
  6. 6. Hoja de datos Amplificador: Estados Heathkit (Brand),País: Unidos Fabricante/Marca: Heath Co.; Benton Harbor (MI)alternativename Heath CompanyAño: 1964– Tipo: Radioaficionados.1978Válvulas 2: 572B 572BPrincipio de Amplificador de RF (solamente)recepciónGama de ondas Bandas de recepción puestas en notas.Tensión de Red: Corriente alterna (CA, Inglés = AC) / 115;funcionamiento 230 VoltAltavoz - - No hay salida de sonido.de Model: HF Linear Amplifier SB-200Radiomuseum.orgMaterial MetálicoForma Sobremesa de cualquier forma, detalles no conocidos.Ancho, alto, 15 x 6.75 x 14 inch / 381 x 171 x 356 mmprofundidadAnotaciones Heathkit HF-Amplifier SB-200. Grounded grid linear power-amplifier for 80 to 10 meters HAM bands. Driver power max. 100 watts, output power abt. 600 watts HF.Cobertura de 80, 40, 20, 15, 10 metrosBanda
  7. 7. Entrada SSB: 1200 watts P.E.PMáxima de CW: 1000 wattsPotenciaImpedancia de 50 a 75 desbalanceado; variable pi circuito deSalida salida, SWR no exceda relación 2:1Control de Carga: 1-10Panel Frontal Sintonizador: 80, 40, 20, 15 y 10 metros Banda: 80, 40, 20, 15 y 10 metros Sensibilidad de potencia Relativa Selector de medida: GRID, PLATE, REL, PWR, SWR y HV Selector de alimentación: OFF, ONRequerimientos 120V Ac a 16 Amperios(máximo)de 240V Ac a8 amperios(máximo)Alimentación(encendido)
  8. 8. AntenaUna Antena convierte la energía eléctrica de alta frecuencia,entregada por el transmisor, en ondas electromagnéticas quepueden viajar por el espacio, llevando la información haciauno o varios receptores.Una antena, para que cumpla su función correctamente, debetener un determinado tamaño, forma y estar construida conmateriales especiales.En la antena existen tanto campo eléctrico como magnéticosimultáneo que siguen las variaciones de la señal entregada aella, y que además son perpendiculares entre sí.Así resulta una radiación de energías eléctrica y magnéticaque se unen para formar las ondas electromagnéticas.Algunos parámetros De una Antena: • Impedancia de Una Antena: El valor de la impedancia de una antena es la resistencia que ésta presenta en su punto de conexión a la señal de corriente alterna que le llega del transmisor por la línea de transmisión. Esta impedancia debe ser igual a la impedancia de la línea de
  9. 9. transmisión para que haya una máxima transferencia de energía.• Directividad: De acuerdo a su posición y forma, una antena irradia la energía entregada por el transmisor en una disposición específica. Esta disposición recibe el nombre de patrón de radiación o directividad. Según este parámetro, existen dos grupos de antenas: Las antenas omnidireccionales, que son las que irradian las ondas en forma casi uniforme en todas las direcciones, y las antenas direccionales, que concentran la energía en una sola dirección. Este patrón de radiación se refiere teóricamente al espacio libre sin tener en cuenta los obstáculos que pueda encontrar la señal.• Polarización: La polarización de una antena se refiere a la dirección del campo eléctrico dentro de la onda electromagnética emitida por ésta. Por ejemplo; las antenas verticales emiten un campo eléctrico vertical y se dice que están polarizadas verticalmente. Las antenas horizontales tienen, por lo tanto, polarización horizontal.
  10. 10. Los principales tipos de antenas que utilizan losradioaficionados en las bandas de HF son dipolo, vertical,direccional (YAGI) y cúbica.La antena dipolo formada por un solo conductor cuyalongitud es igual a la mitad de la longitud de onda de laseñal transmitida, está formada por dos conductores cuyalongitud total es igual a la longitud de media onda de laseñal. Los conductores, están aislados en los extremos decualquier superficie conductora y separada en el centro porotro aislador. De estos dos terminales centrales se conectala línea de transmisión que va al equipo.
  11. 11. RADIOTRANSMISOR Características: Entrada: 100/110/117/200/220/2 34 VAC, 12VDC • RF procesador del habla. • VFO estado sólido, 1 kHz de resolución. • Modos de modulación - USB, LSB, CW, AM. • VOX Integrado ajustable. • Ajustable CW tono lateral. • calibrador/marcador ajustable a 25kHz- 100kHz. • RIT control de + / - 5kHz rango. • WWV recepción por el tiempo y la frecuencia de calibración fina. • El SP101P/277P es el micrófono externo y es un accesorio de este dispositivo (Altavoz incorporado) • Ocho filtros pole SSB. CW filtro opcional. • Salida de audio 3W • Respuesta de frecuencia del transmisor 300 Hz-2700Hz +3dB • Impedancia de salida de la Antena 50 - 75 desbalanceada El FT-101 es un transceptor de gran precisión, alto rendimiento y avanzado diseño, que permite la operación en todas las bandas (160-10 metros más WWV/JJY) en SSB y CW. Este transceptor puede operar con una
  12. 12. entrada de 260 watts en SSB, 180watts en CW y 80watts AM en todas las bandas.Apareció por primera vez en los Estados Unidos en1970 y 1971. Se obtuvo la aprobación de la noche delos operadores de radio aficionados por su calidad deseñal, la flexibilidad y la atención profesional de la manode obra y diseño.Todos los circuitos excepto la parte del manejo deltransmisor y el amplificador lineal, son módulos dearreglos transistorizados, dispersados en diferentesmódulos para permitir un fácil mantenimiento.El FT-101 es una radio híbrido que emplea untransmisor de estado sólido, un receptor y unamplificador de válvulas final.
  13. 13. Analizador de espectro VNA Master MS2024B (500 kHz a 4 GHz)• De 2 puertos, uno de la ruta Vector Network Analyzer (VNA)• Interfaz gráfica de usuario intuitiva (GUI)• Estabilidad de la calibración en circulaciónDefinidos por elusuario para la visualización de múltiples superposiciones de losparámetros S• Excepcional inmunidad a RF• Si las selecciones de ancho de banda de 10 Hz a 100 kHz• 100 dB Rango dinámico de transmisión• 850 ms / velocidad de datos de puntos de barrido• El sesgo interno opción T• Vector opción voltímetro, ideal para la fase de cable adecuado El analizador espectral es un sintetizador-básico de mano que provee medidas rápidas y exactas. Medidas que pueden ser realizadas fácilmente mediante el uso de las funciones básicas y principales del instrumento como lo son: frecuencia, span, amplitud, y ancho de banda. Hora y fecha de caducidad de los datos, de medición automática. La memoria interna permite el almacenamiento y la recuperación de hasta 1.000 configuraciones de medición y hasta 1000 rastros con la herramienta “Master Software Tools”. El almacenamiento externo puede ser usado para hacer un aumento de almacenamiento de mediciones o rastros. Su alta resolución de color LCD provee fácilmente un sin número de condiciones de luz y color, el analizador espectral está en la capacidad de estar en continua operación
  14. 14. hasta 3 horas desde su ultima carga, además puede operardesde una fuente de 12Vdc, la cual simultáneamente carga labatería.El analizador espectral está diseñado para monitorizar ymedir señales de espacio libre. Las medidas típicas incluyen:banda-interferencias y transmisión del análisis del espectro,además de los sitios de celda y las pruebas 802.11a/b/ginterferencia. Las opciones están permitidas para RF,demodulación avanzada, medidas por antena (OTA). Enefecto provee un alto y amplio rango de capacidad demarcado (tales como picos, centro y funciones delta sobre laseñal) que facilitan la comprensión del análisis de las señalesmostradas en el display del analizador. Las líneas desegmento para limitar máximos y mínimos son utilizadas paracrear una rápida y simple medida pass/fail. El menú deopciones provee alertas audibles cuando el valor excede ellímite.
  15. 15. [1] MS2721B, MS2723B, and MS2724B Spectrum Master User Guide.Yaesu ft840 Características: • 0.1-30 MHz Recibe • 100 memorias • Pantalla LCD • Corrimiento • El Eliminador de Ruido • Ajustable de potencia RF • 100 vatios de salida • Atenuador • Doble VFO
  16. 16. El compacto Yaesu FT-840 cuenta con dos sintetizadoresdigitales directos y codificador giratorio que proporcionaajuste suave. La excelente cobertura de temas generales:receptor de 0,1 a 30 MHz en pasos de 10 Hz. Un atenuadorde 12 dB puede ser insertado para copia clara de las señales.El FT-840 utiliza un arreglo de amplificador de potencia RF,con el ventilador encendido térmicamente para garantizar laplena potencia (hasta 100 vatios). Las señales digitalmentesintetizadas locales aseguran una señal limpia y de bajo ruidode salida del transmisor en todas las bandas de HF deradioaficionados.Otras características incluyen:LCD retro-iluminada de 10 Hz, desplazamiento de IF, inversorCW, VFOs doble, Atenuador, supresor de ruido, modos deexploración y el procesador del habla. Sus dimensiones son9,5 x 3,7 x 7 pulgadas.Esta radio viene con MH-31 B8 micrófono de mano y un cablede CC. Requiere 12 VDC a 20 amperios.
  17. 17. FT-840 Specifications GENERAL Receiving 100 kHz ~ 30 MHz Frequency Range: Transmitting 160 ~ 10 meter Amateur Bands Frequency Range: Frequency Stability: ±10 ppm (or ±500 Hz), from 0 ~ +40°C and ±2 ppm (or ±300 0 Hz FM*), 0 from 0 ~ +50°C (with TCXO-4 option) USB, LSB(J3E), CW (A1A), AM (A3E), Emission Modes: FM* (F3E) Frequency Tuning 10 Hz/100Hz (CW, SSB) Steps: 0 100Hz/1kHz (AM, FM*) Antenna 50 Ohm nominal Impedance: Operating Temp. -10°C ~+50°C Range: Supply Voltage: 13.5 VDC ±10%, Negative Ground Power 1.2 A RX (no signal) Consumption: 0 20 A TX (100 watts) 9.4 x 3.7 x 9.6 inches (238 x 93 x 243 Dimensions (WHD): mm) Weight Approx.: 9.9 Lbs. (4.5 kg) 0 TRANSMITTER
  18. 18. Adjustable to 100 Watts (25 Watts AMPower Output: carrier)Modulation Types: Balanced, filtered carrierSSB:AM: Low-level (early stage)FM: Variable ReactanceMaximum FM ±2.5 kHzDeviation:Harmonic > 50dB below peak outputRadiation:0 45 dB (10, 18 MHz)Spurious Radiation: >40 dB below peak outputSSB Carrier >40 dB below peak outputSuppression:Undesired At least 50 dB below peak output atSideband 1.5 kHz modulationSuppression:Audio Response not more than -6 dB from 400~2600(SSB): Hz3rd order IMD: -25 dB @ 100 watts PEP, 14.2 MHzMicrophone to 600 OhmImpedance:0RECEIVERCircuit Type: dual-conversion superheterodyneIntermediate 47.055 MHzFrequencies: 1st:2nd: 8.215 MHz
  19. 19. 3rd: 455 kHz (FM* with option) (for 10dB S/N, 0 dBu = 1uV FM* 12Sensitivity: dB SINAD) Frequency 150~250 250~500 0.5~1.8 1.8~30 -> kHz kHz MHz MHz Mode (BW) SSB, CW < 0.25 < 5 uV < 2 Uv < 1uV (2.4 kHz) uV AM (6 < 40 uV < 16 uV < 8 uV < 1 uV kHz) FM*(28- < 0.5 30 MHz) - - - uV (8 kHz)
  20. 20. Cable coaxial RG-8 1-Revestimiento exterior 2-Pantalla - malla 3-Dieléctrico 4-ConductorDescripciónEl cable coaxial RG-8 se utiliza en redes locales sin cable y en equiposde alta frecuencia.En conformidad con el estándar MIL-C-17.Material Conductor: alambre de cobre electrolítico estañado recocido suave(11 AWG) Dieléctrico: polietileno espumado de baja densidad Pantalla: trenzado de alambre de cobre, 0.16 mm, recubrimiento deno menos del 97% Material del revestimiento exterior: PVC (policloruro de vinilo)Características técnicasDiámetro del conductor 7x0.72 mmDiámetro del dieléctrico 7.24 mmDiámetro exterior del cable 10.3 mmGrosor del revestimiento exterior 1.15 mmPeso del cable 180 kg/kmRango de temperaturas de -20ºC hasta +80ºCCaracterísticas eléctricasResistencia de onda 50 Ohm
  21. 21. Frecuencia de test hasta 4 GHzTensión máxima tolerada 5000 VConectores Utilizados:Adaptador de BNC Hembra a PL-259 MachoSWREl coeficiente de reflexión de una onda estacionaria es elcociente entre la intensidad de la señal de la onda reflejada yla onda incidente: El máximo valor que puede alcanzar estarazón anteriormente descrita es de uno; cuyo significado setraslada a decir que la línea de transmisión entra en circuitoabierto, caso opuesto ocurre cuando esta razón está en suvalor mínimo (caso que ocurre cuando el resultado de la razónes -1) que tiene lugar con la línea de transmisión en cortocircuito, la situación óptima ocurre cuando esta razón es ceroque este caso ocurre cuando no se presenta reflexión (esdecir toda la potencia entregada se transmite.
  22. 22. Descripción General:Elementos esenciales para radiocomunicación: Medidor de Antena Amplificador Radiotransmisor potencia y EstacionariasEl radiotransmisor es el encargado de generar las ondaselectromagnéticas y de recibirlas para que exista lacomunicación (FT 101- yaesu ft 840).La antena es la encargada de recibir la onda generada por eltransmisor y radiarla al espacio, se dice que encomunicaciones debe de tenerse 95 % de antena y 5 % deradio, tal es la importancia de esta. Hay gran cantidad detipos de antenas, para las diferentes aplicaciones que sedesean; existen antenas que ocupan poco espacio como lasverticales multibanda de alto rendimiento que son excelentesy con las que se le puede dar la vuelta al mundo fácilmente(En nuestro caso dos antenas: dipolo 20 m a 80 W y dipolo 40m a 100W).El medidor de potencia y de estacionarias como la palabra lodice, es un medidor que le ayuda a calibrar la antena y midela potencia con la que está saliendo el radiotransmisor.El Micrófono es el encargado de recibir la voz y activar eltransmisor; los hay sencillos y pre-amplificados.El amplificador de potencia es un equipo encargado de elevarla potencia de salida del radio, recibe por ejemplo en nuestro
  23. 23. caso 100 watts del radio y entrega a la antena 350 W(Teórico). Lo anterior aumentará la fuerza de transmisiónhaciendo que la señal sea más fuerte sin forzar el radio. Debede tenerse un cuidado extremo al operar estos equipos yaque tienen una salida de corriente muy elevada.
  24. 24. Conexiones Realizadas en el Laboratorio:
  25. 25. Procedimiento: 1. Se realizan las conexiones descritas anteriormente en la gráfica. Para este procedimiento de transmitir y recibir se maneja un pulsador de pedal; el proceso es el siguiente: en el micrófono cuando se oprime para la transmisión, un relé, recibe la potencia del radio y la direcciona al amplificador para que la antena radie y envíe la señal aumentada; mientras que, cuando se recibe la señal en la antena y al pasarla por el amplificador nuevamente, el relé anteriormente descrito, permite que la señal sea interpretada nuevamente por el radio emitiéndola para que se escuche, realizando la comunicación entre dos puntos para que no se presenten conflictos. El amplificador recibe la salida del radiotransmisor Ft 101 y según las especificaciones técnicas del equipo (SB-200) la potencia debería subir a 1KW pero dado que el equipo no responde bien, lo que le entrega en total según lo indicado por el docente en la práctica son 350 W a la antena. 2. Se utilizan conectores Pl259 a Pla para visualizar las señales en el VNA calibrándolo a una frecuencia de 7.1 Mhz (c= velocidad luz, banda 40 metros, frecuencia = : 300/40 = 7.5MHz) Obteniendo por medio de la carta de Smith la RRad. 3. Trabajando ahora con el vatímetro y la carga fantasma (el vatímetro con una entrada para visualizar en el
  26. 26. osciloscopio) para verificar la frecuencia, se hace laconexión no al osciloscopio sino al radio Yaesu ft 840para que me pueda determinar la frecuencia requeridapara sintonizarlo de una mejor manera, posteriormentecalculamos la razón de onda estacionaria R.O.E en ellaboratorio que se midió por medio del vatímetro entre laantena y el transmisor; la relación de potencia que sedaba tanto en el momento de emitir como de transmitir,observando entre esos dos intervalos la potenciareflejada y la incidente y obteniendo los valores (delvatímetro) que se presentan en la siguiente parte delinforme, las ecuaciones que se usan para esta razón de medida son: R= R.O.E= Realizando los cálculos se obtienen los resultados que semuestran a continuación:
  27. 27. DATOS PRÁCTICOS20 MetrosFrecuencia Potencia Potencia Incidente Reflejada ROE14010 35 6 2,413198414020 45 7 2,3025389114030 51 8 2,3115818514040 60 9 2,2642313814050 71 10 2,2015024714060 79 11 2,1905531214070 80 12 2,2642313814080 80 12 2,2642313814090 80 13 2,3507173414100 80 12 2,2642313814110 70 10 2,2152504414120 65 9 2,185241914130 60 8 2,150342414140 50 7 2,1957342814150 43 7 2,3527417514160 35 6 2,413198414170 30 5 2,379795914180 25 4 2,3333333314190 20 3 2,2642313814200 19 2,5 2,138427214210 15 2,5 2,379795914220 13 2,5 2,5620718314230 10 2,4 2,9207840814240 9 2,4 3,1356303114250 8 2,4 3,4220644514260 8 2,4 3,4220644514270 8 2,3 3,3121130214280 6 2,3 4,2512622314290 6 2,2 4,0700949614300 6 2,3 4,25126223
  28. 28. Antena 20 m 90 80 70 60Potencia W 50 40 Potencia Incidente 30 Potencia Reflejada 20 10 0 13950 14000 14050 14100 14150 14200 14250 14300 14350 Frecuencia Hz ROE 4,5 4 3,5 3 2,5 ROE 2 1,5 1 0,5 0 13950 14000 14050 14100 14150 14200 14250 14300 14350
  29. 29. 40 metros- Antena Potencia 100WFrecuencia Potencia Incidente Potencia Reflejada ROE6910 18 6 3,732050816920 22 6 3,186140666930 30 6 2,618033996940 43 6 2,192560996950 56 6 1,973212116960 70 7 1,924950596970 95 7 1,745172596980 100 6 1,64882766990 100 4 1,57000 100 2,5 1,375618227010 98 2 1,333333337020 95 1,8 1,319242427030 95 1,6 1,298261847040 94 1 1,230007747050 92 0,8 1,205680797060 91 0,3 1,121828897070 90 0,3 1,12254527080 87 1 1,240171617090 75 1,5 1,329431347100 80 1,8 1,352941187110 80 2,1 1,386687587120 79 3 1,48407387130 75 4 1,600577697140 70 4 1,62827887150 69 5 1,736692997160 61 6 1,913859147170 60 6 1,924950597180 55 6 1,986363357190 54 7 2,125200947200 50 7 2,195734287210 48 7 2,235624537220 45 8 2,4580367230 45 8 2,4580367240 42 8 2,548841347250 40 8 2,618033997260 40 9 2,804752647270 39 9 2,84899967280 38 9 2,896085667290 36 10 3,228743547300 35 10 3,29666295
  30. 30. Antena 40 m 120 100 80 Potencia W 60 Potencia Incidente vs Frecuencia Potencia Reflejada vs 40 Frecuencia 20 0 6800 6900 7000 7100 7200 7300 7400 Frecuencia Hz ROE 43,5 32,5 2 ROE1,5 10,5 0 6850 6900 6950 7000 7050 7100 7150 7200 7250 7300 7350
  31. 31. Imágenes VNA
  32. 32. CONCLUSIONESEn el laboratorio pudimos establecer diferentes conexiones,entre éstas estaba una comunicación con Italia, y otra conAtenas Puerto Rico.Se realizaron las mediciones con el analizador de espectro yse encontró el punto de resonancia de cada antena, ubicandoun máximo de potencia incidente para la antena de 20 metros13 Watts en una frecuencia de 14.09KHZ, y un máximo depotencia incidente para la antena de 40 metros de 100 Watts,en una frecuencia de 6.99KHZEn conclusión, en el laboratorio pudimos observar que losniveles en donde las antenas tienen mayor resonancia, esdonde mejor se comportan. Por otro lado observamoscomportamientos diferentes en las 2 antenas medidas, en elcaso de la antena de 20 metros a medida que la potenciaincidente aumentaba, la potencia reflejada también lo hacía,conservaba un comportamiento directamente proporcional,mientras que en la antena de 40 metros, el patrón fuediferente, mientras la potencia incidente aumentaba, lapotencia reflejada disminuía, y cuando comenzó a disminuir,la potencia reflejada aumentó.

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