El presente informe presenta lo realizado en el laboratorio de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas para la Materia Antenas de Propagación
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. 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. Componentes para el desarrollo del Laboratorio
Vatímetro
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 en
paralelo.
El resultado de esta disposición es que en un circuito
de corriente continua, la deflexión de la aguja es
proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a
la ecuación W=VA o P=EI. En un circuito de corriente
alterna la deflexión es proporcional al producto instantáneo
medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia
real y posiblemente (dependiendo de las características de
cargo) mostrando una lectura diferente a la obtenida
multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por
un voltímetro y un amperímetro independientes en el mismo
circuito.
4. AMPLIFICADOR LINEAL SB-200
El amplificador lineal SB-200 fue diseñado para
proporcionar alta capacidad de potencia y
versatilidad completa. Casi todos de los excitadores SSB y
CW disponibles hoy en día se pueden utilizar con este
amplificador.
El SB-200 de Heathkit es un amplificador de 1200W de
entrada lineal, que desarrolla una potencia de 600W
aproximadamente cuando se opera en una línea de 120 V
CA. Hizo su debut en 1965. En el manual se establece la
manera en que se arma el dispositivo con sus respectivos
componentes y la manera en la que se disponen estos para
hacer el respectivo arreglo del circuito.
Requerimientos Equipos-Conexión Amplificador:
Exciter- Excitador (Oscilador para generar la portadora del un
transmisor)
El amplificador lineal puede manejar los exciter_excitadores
comerciales o hechos en casa con una potencia de salida de
aproximadamente 100 W. Los que se encuentren a un nivel
5. más bajo de este valor también pueden ser aplicados pero no
funcionaran al máximo.
Antena Especificaciones
La red de salida pi (π) trabaja dentro del rango de una línea
de trasmisión en el orden de los 50 a los 75 . Las antenas
comerciales o hechas en casa se diseñan para alimentarse con
un cable coaxial de 50 o 72 generalmente. El cable coaxial
RG-8 o RG-11 se recomienda para la línea de transmisión.
6. Hoja de datos Amplificador:
Estados Heathkit (Brand),
País:
Unidos Fabricante/Marca: Heath Co.; Benton
Harbor (MI)
alternative
name Heath Company
Año: 1964– Tipo: Radioaficionados.
1978
Válvulas 2: 572B 572B
Principio de Amplificador de RF (solamente)
recepción
Gama de ondas Bandas de recepción puestas en notas.
Tensión de Red: Corriente alterna (CA, Inglés = AC) / 115;
funcionamiento 230 Volt
Altavoz - - No hay salida de sonido.
de Model: HF Linear Amplifier SB-200
Radiomuseum.org
Material Metálico
Forma Sobremesa de cualquier forma, detalles no
conocidos.
Ancho, alto, 15 x 6.75 x 14 inch / 381 x 171 x 356 mm
profundidad
Anotaciones 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 metros
Banda
7. Entrada SSB: 1200 watts P.E.P
Máxima de CW: 1000 watts
Potencia
Impedancia de 50 a 75 desbalanceado; variable pi circuito de
Salida salida, SWR no exceda relación 2:1
Control de Carga: 1-10
Panel 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, ON
Requerimientos 120V Ac a 16 Amperios(máximo)
de 240V Ac a8 amperios(máximo)
Alimentación
(encendido)
8. Antena
Una Antena convierte la energía eléctrica de alta frecuencia,
entregada por el transmisor, en ondas electromagnéticas que
pueden viajar por el espacio, llevando la información hacia
uno o varios receptores.
Una antena, para que cumpla su función correctamente, debe
tener un determinado tamaño, forma y estar construida con
materiales especiales.
En la antena existen tanto campo eléctrico como magnético
simultáneo que siguen las variaciones de la señal entregada a
ella, y que además son perpendiculares entre sí.
Así resulta una radiación de energías eléctrica y magnética
que 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. 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. Los principales tipos de antenas que utilizan los
radioaficionados en las bandas de HF son dipolo, vertical,
direccional (YAGI) y cúbica.
La antena dipolo formada por un solo conductor cuya
longitud es igual a la mitad de la longitud de onda de la
señal transmitida, está formada por dos conductores cuya
longitud total es igual a la longitud de media onda de la
señal. Los conductores, están aislados en los extremos de
cualquier superficie conductora y separada en el centro por
otro aislador. De estos dos terminales centrales se conecta
la línea de transmisión que va al equipo.
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. entrada de 260 watts en SSB, 180watts en CW y 80
watts AM en todas las bandas.
Apareció por primera vez en los Estados Unidos en
1970 y 1971. Se obtuvo la aprobación de la noche de
los operadores de radio aficionados por su calidad de
señal, la flexibilidad y la atención profesional de la mano
de obra y diseño.
Todos los circuitos excepto la parte del manejo del
transmisor y el amplificador lineal, son módulos de
arreglos transistorizados, dispersados en diferentes
módulos para permitir un fácil mantenimiento.
El FT-101 es una radio híbrido que emplea un
transmisor de estado sólido, un receptor y un
amplificador de válvulas final.
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 el
usuario para la visualización de múltiples superposiciones de los
parámetros 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. hasta 3 horas desde su ultima carga, además puede operar
desde una fuente de 12Vdc, la cual simultáneamente carga la
batería.
El analizador espectral está diseñado para monitorizar y
medir 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/g
interferencia. Las opciones están permitidas para RF,
demodulación avanzada, medidas por antena (OTA). En
efecto provee un alto y amplio rango de capacidad de
marcado (tales como picos, centro y funciones delta sobre la
señal) que facilitan la comprensión del análisis de las señales
mostradas en el display del analizador. Las líneas de
segmento para limitar máximos y mínimos son utilizadas para
crear una rápida y simple medida pass/fail. El menú de
opciones provee alertas audibles cuando el valor excede el
límite.
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. El compacto Yaesu FT-840 cuenta con dos sintetizadores
digitales directos y codificador giratorio que proporciona
ajuste suave. La excelente cobertura de temas generales:
receptor de 0,1 a 30 MHz en pasos de 10 Hz. Un atenuador
de 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 la
plena potencia (hasta 100 vatios). Las señales digitalmente
sintetizadas locales aseguran una señal limpia y de bajo ruido
de salida del transmisor en todas las bandas de HF de
radioaficionados.
Otras características incluyen:
LCD retro-iluminada de 10 Hz, desplazamiento de IF, inversor
CW, VFOs doble, Atenuador, supresor de ruido, modos de
exploración y el procesador del habla. Sus dimensiones son
9,5 x 3,7 x 7 pulgadas.
Esta radio viene con MH-31 B8 micrófono de mano y un cable
de CC. Requiere 12 VDC a 20 amperios.
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. Adjustable to 100 Watts (25 Watts AM
Power Output:
carrier)
Modulation Types:
Balanced, filtered carrier
SSB:
AM: Low-level (early stage)
FM: Variable Reactance
Maximum FM
±2.5 kHz
Deviation:
Harmonic
> 50dB below peak output
Radiation:
0 45 dB (10, 18 MHz)
Spurious Radiation: >40 dB below peak output
SSB Carrier
>40 dB below peak output
Suppression:
Undesired
At least 50 dB below peak output at
Sideband
1.5 kHz modulation
Suppression:
Audio Response not more than -6 dB from 400~2600
(SSB): Hz
3rd order IMD: -25 dB @ 100 watts PEP, 14.2 MHz
Microphone
to 600 Ohm
Impedance:
0
RECEIVER
Circuit Type: dual-conversion superheterodyne
Intermediate
47.055 MHz
Frequencies: 1st:
2nd: 8.215 MHz
20. Cable coaxial RG-8
1-Revestimiento exterior
2-Pantalla - malla
3-Dieléctrico
4-Conductor
Descripción
El cable coaxial RG-8 se utiliza en redes locales sin cable y en equipos
de 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 de
no menos del 97%
Material del revestimiento exterior: PVC (policloruro de vinilo)
Características técnicas
Diámetro del conductor 7x0.72 mm
Diámetro del dieléctrico 7.24 mm
Diámetro exterior del cable 10.3 mm
Grosor del revestimiento exterior 1.15 mm
Peso del cable 180 kg/km
Rango de temperaturas de -20ºC hasta +80ºC
Características eléctricas
Resistencia de onda 50 Ohm
21. Frecuencia de test hasta 4 GHz
Tensión máxima tolerada 5000 V
Conectores Utilizados:
Adaptador de BNC Hembra a PL-259 Macho
SWR
El coeficiente de reflexión de una onda estacionaria es el
cociente entre la intensidad de la señal de la onda reflejada y
la onda incidente: El máximo valor que puede alcanzar esta
razón anteriormente descrita es de uno; cuyo significado se
traslada a decir que la línea de transmisión entra en circuito
abierto, caso opuesto ocurre cuando esta razón está en su
valor mínimo (caso que ocurre cuando el resultado de la razón
es -1) que tiene lugar con la línea de transmisión en corto
circuito, la situación óptima ocurre cuando esta razón es cero
que este caso ocurre cuando no se presenta reflexión (es
decir toda la potencia entregada se transmite.
22. Descripción General:
Elementos esenciales para radiocomunicación:
Medidor de
Antena Amplificador Radiotransmisor
potencia y
Estacionarias
El radiotransmisor es el encargado de generar las ondas
electromagnéticas y de recibirlas para que exista la
comunicación (FT 101- yaesu ft 840).
La antena es la encargada de recibir la onda generada por el
transmisor y radiarla al espacio, se dice que en
comunicaciones debe de tenerse 95 % de antena y 5 % de
radio, tal es la importancia de esta. Hay gran cantidad de
tipos de antenas, para las diferentes aplicaciones que se
desean; existen antenas que ocupan poco espacio como las
verticales multibanda de alto rendimiento que son excelentes
y 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 40
m a 100W).
El medidor de potencia y de estacionarias como la palabra lo
dice, es un medidor que le ayuda a calibrar la antena y mide
la potencia con la que está saliendo el radiotransmisor.
El Micrófono es el encargado de recibir la voz y activar el
transmisor; los hay sencillos y pre-amplificados.
El amplificador de potencia es un equipo encargado de elevar
la potencia de salida del radio, recibe por ejemplo en nuestro
23. caso 100 watts del radio y entrega a la antena 350 W
(Teórico). Lo anterior aumentará la fuerza de transmisión
haciendo que la señal sea más fuerte sin forzar el radio. Debe
de tenerse un cuidado extremo al operar estos equipos ya
que tienen una salida de corriente muy elevada.
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. osciloscopio) para verificar la frecuencia, se hace la
conexión no al osciloscopio sino al radio Yaesu ft 840
para que me pueda determinar la frecuencia requerida
para sintonizarlo de una mejor manera, posteriormente
calculamos la razón de onda estacionaria R.O.E en el
laboratorio que se midió por medio del vatímetro entre la
antena y el transmisor; la relación de potencia que se
daba tanto en el momento de emitir como de transmitir,
observando entre esos dos intervalos la potencia
reflejada y la incidente y obteniendo los valores (del
vatímetro) que se presentan en la siguiente parte del
informe, las ecuaciones que se usan para esta razón de
medida son: R= R.O.E=
Realizando los cálculos se obtienen los resultados que se
muestran a continuación:
32. CONCLUSIONES
En el laboratorio pudimos establecer diferentes conexiones,
entre éstas estaba una comunicación con Italia, y otra con
Atenas Puerto Rico.
Se realizaron las mediciones con el analizador de espectro y
se encontró el punto de resonancia de cada antena, ubicando
un máximo de potencia incidente para la antena de 20 metros
13 Watts en una frecuencia de 14.09KHZ, y un máximo de
potencia incidente para la antena de 40 metros de 100 Watts,
en una frecuencia de 6.99KHZ
En conclusión, en el laboratorio pudimos observar que los
niveles en donde las antenas tienen mayor resonancia, es
donde mejor se comportan. Por otro lado observamos
comportamientos diferentes en las 2 antenas medidas, en el
caso de la antena de 20 metros a medida que la potencia
incidente aumentaba, la potencia reflejada también lo hacía,
conservaba un comportamiento directamente proporcional,
mientras que en la antena de 40 metros, el patrón fue
diferente, mientras la potencia incidente aumentaba, la
potencia reflejada disminuía, y cuando comenzó a disminuir,
la potencia reflejada aumentó.