Integrantes:

Enrique Torres

Christian D. Orjuela G.

Yedinson Granada

DESCRIPCIÓN BÁSICA

El elemento cuádrico básico esta formado por un conductor (generalmente alambre

de cobre) que toma forma de un lazo cuadrado, alimentado en el centro de uno de

sus lados mediante una línea de transmisión balanceada. Cuando cada lado del

cuadro tiene una longitud de λ/4 y con una línea de transmisión conectada como se

indica en la figura:

Se forman puntos de alta impedancia en los centros de los lados verticales. El diagrama

De irradiación será similar al del dipolo de media onda, pero algo mas angosto entre

los puntos de media potencia.

Ganancia de Potencia

La ganancia de potencia del lazo cuádrico con respecto a un dipolo de media onda es aproximadamente 0.9dB. Cuando el alambre inferior esta montado a media onda sobre el terreno, la resistencia de alimentación es aproximadamente de 125 ohms.

Antena de escasa sensibilidad, formada por una bobina de una o varias

espiras arrolladas en un cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace

útil en radiogoniometría.

CAPACITOR DE SINTONÍA

El capacitor de sintonía requiere una cuidadosaconsideración. El mismo estará sujeto a tensiones deRF muy elevadas aun con potencias relativamente

bajas.

Lo que no debe hacerse es emplear el capacitor con eljuego de placas fijas a un extremo del loop y el de lasmóviles al otro, porque el sistema de rozamiento queefectúa la conexión con las placas móviles introducirápérdidas inaceptables.

También puede emplearse satisfactoriamente untrombón simple o doble. Un capacitor al vacío permitirámanejar elevadas potencias con mucha comodidad.

EL PATRÓN DE RADIACIÓN DE UNA ANTENA

Una rebanada horizontal del diagrama de radiación en elplano XY se resalta en rojo. Es similar al patrón de undipolo.

El patrón de radiaciónde un pequeño lazo esmuy similar a un dipolo.La siguiente figuramuestra un segmento en2 dimensiones deldiagrama de radiaciónen un planoperpendicular al planode la espira. No hayradiación de un bucle

Es posible crear horizontal o verticalmente polarizada la radiación, ya seacon una antena de cuadro grande. La polarización se determina por laubicación del punto de alimentación como se muestra en la figura. Si elpunto de alimentación está en un lado horizontal del bucle, lapolarización es horizontal. Si el punto de alimentación está en un ladovertical del bucle, la polarización es vertical.

Impedancia de entrada

La impedancia de entrada de una antena de bucle pequeño es inductiva,

lo cual tiene sentido, porque la antena de cuadro pequeño es en realidaduna bobina de gran tamaño. La parte real de la impedancia de entrada esmuy pequeña, del orden de 1 ohm, la mayoría de los cuales es laresistencia a la pérdida en el conductor que componen el bucle. Laresistencia a la radiación real puede ser de 0,5 ohmios o menos.

LA RESISTENCIA DE RADIACIÓN

Donde:

N = Número de espiras del loop.D = Diámetro del loop en las mismas unidades que l.

PÉRDIDAS RESISTIVAS

Donde:

RCA = Resistencia en corriente alterna.

r = Resistividad del conductor (Cobre = 1,7 x 10-8 Ohm-m).

m = permeabilidad del conductor (Cobre = 4 *π* 10-7).

w = Frecuencia angular = 2 *π* f (f en Hz).

l = longitud del conductor en metros.

d = diámetro del conductor en metros.

INDUCTANCIA Y CAPACIDAD DISTRIBUIDA DEL CUADRO

Con diámetros muy grandes, en general la inductanciadel cuadro será tal, que no será posible sintonizarlomediante un capacitor variable debido a la capacidaddistribuida. Existen fórmulas aproximadas parainductores circulares de una espira, por ejemplo:

L[mH] = 0,2 * P * [ln (4000 * P/d) - 2,451]

Para hallar la capacidad distribuida empleamos:

C [pF] = 2,7 x P

Donde:

P = Perímetro de la espira medido a través del centrodel conductor en metros;

d = Diámetro del conductor en mm.

GRANDES ANTENAS DE ONDA COMPLETA.

Una antena de cuadro grande consiste enaproximadamente una longitud de onda de alambre. Elbucle puede ser cuadrado, circular, triangular ocualquier otra forma geométrica.

CAPACIDAD DE SINTONÍA

Obtenido la inductancia del cuadro es muy fácil calcularla capacidad mínima necesaria para la

frecuencia de operación más baja.

C = 1.000.000 / 4π2 f2L

C en pF, f en MHz, L en mH

Para el cuadro de 2 metros obtenemos

reemplazando:

C = 1.000.000 / 4*π2* 72*5.9 = 87,6 pF

Un capacitor de 100 pF más la capacidad distribuida,aseguran la sintonía del cuadro.

Q DEL CUADRO

El Q es necesario no solamente para conocer el ancho debanda de la antena, sino también otro valor fundamental: Latensión que deberá ser capaz de manejar el capacitor desintonía de acuerdo a la potencia aplicada. El Q surge de ladefinición tradicional:

Q = XL/R, siendo XL = 2 π f L

Q = 2 π f L / Rt, donde Rt es la resistencia total, es decir lade radiación más la de pérdidas.

Como ejemplo calculemos el Q del cuadro de

2 m en 40 m:

Q = (2 π f L) / Rt

(con f en MHz, L en mH y R en Ω)

Q = (2 x 3,14 x 7 x 8,381)

/(0,0910Ω+ 0,0692Ω)

Q = 2.300

El ancho de banda se calcula también del modotradicional. Recordando que:

Q = f/Df, entonces => Df = f/Q

Df = f/Q = 7 x 106 Hz / 2.300 = 3.043 Hz

Df = 3.043 Hz

SUS DESVENTAJAS

El principal inconveniente de la antena loop radicaen su reducidísimo ancha de banda operativo por loque requiere resintonía de su capacitor de ajustecuando se cambia la frecuencia y probablementeconvenga algún sistema motorizado para ese efecto sise monta alejada del trasmisor.

Es una antena poco dispuesta a aceptar potenciasimportantes pues su altísimo Q hace necesario que elcapacitor de sintonía sea de una aislaciónexcepcionalmente alta. Cien Watts ya representan unpequeño desafío.

No puede construirse descuidadamente. Esimportante que su construcción mecánica sea muyprolija desde el punto de vista eléctrico, de lo contrarioel rendimiento puede bajar a valores inaceptables.

Expresión de campo eléctrico

Estas antenas secaracterizan por una altaganancia relativa asociadaa su simplicidad, teniendocomo inconvenienteprincipal la aparición deimportantes lóbulossecundarios en eldiagrama de radiación.

ANTENA ROMBICA SIN CARGA

Se contempla una antena rómbica terminada en circuitoabierto, sin ningún tipo de carga, obteniendo comoresultado una antena bidireccional.

DISEÑO DE LA ANTENA

Están formadas por dos brazos dispuestos en forma de Vque terminan en circuito abierto. Cada brazo estáformado por dos tramos de longitud "L" y el conjuntoforma un rombo.

El valor de "L" es un múltiplo de la mitad del valor de lalongitud de onda de diseño. La antena se alimenta por elextremo opuesto al vértice que queda en circuito abierto.

MODELADO DE LA ANTENA CON 4NEC2

Para modelar la antena en4Nec2, se debe ubicar en eleje Y el extremo dealimentación de la antena y elcircuito abierto en el extremoopuesto, mientras que en eleje X se ubicarán los otros dosángulos de la antena.

Se considerarán las siguientes variables:

L = longitud de cada semibrazo de la antena (metros).

A = ángulo agudo formado por los dos brazos (grados).

H = altura de instalación de la antena (metros).

Tomando una frecuencia de diseño de 14 MHz (21,42 mde longitud de onda).

"L" ha de ser un múltiplo de la mitad del valor de lalongitud de onda de diseño.

Se selecciona L=21,42 m y A=62º. Con esos valores y en elespacio libre, la antena modelada en 4Nec2 será:

ROE

DIAGRAMA DE RADIACIÓN

ANTENA RÓMBICA TERMINADA EN CARGA RESISTIVA

Para conseguir que la antena rómbica sea directiva, sesustituye su terminación en circuito abierto por unacarga resistiva.

Diseño de la antenaEn la figura se muestra eldiseño clásico de una antenarómbica horizontal de treshilos terminada en una cargaresistiva, normalmente devalor comprendido entre 600 y800 ohmios.

ROE

DIAGRAMA DE RADIACIÓN

DIAGRAMAS DE RADIACIÓN A DIFERENTE FRECUENCIA

EFECTOS DE LA VARIACIÓN DE PARÁMETROS

Se analizara el efecto que puede tener la variación en losparámetros de diseño de la antena: resistencia de carga(R), longitud (L), ángulo entre brazos (A) y altura deinstalación (H).

RESISTENCIA DE LA CARGAQue pasa cuando se utilizan cargas resistivas de distintos valores:

F diseño = 14 MHz.

R: se analizan valores de 300, 600 y 900 ohmios.

L = 21.42 m.

A = 62º.

H no influye (espacio libre).

COMPARACIÓN DEL ROE

COMPARACIÓN DE GANANCIAS

COMPARACIÓN DE ROE A 300 OHMS Y DIFERENTE LARGO DE BRAZO

GANANCIA DE LA ANTENA

ALTURA DE INSTALACIÓN

Altura H

(m)

Lóbulo principal Lóbulos secundarios

Ganancia

(dBi)

Elevación

(º) Ganancia (dBi)

Elevación

(º)

2.5 3.83 50 N/A N/A

5.5 8.27 45 N/A N/A

8.6 8.98 40 N/A N/A

10.7 8.63 35 N/A N/A

11.2 8.48 35 N/A N/A

11.7 8.26 32 -19.00 75

14.2 7.57 25 -0.14 65

17.3 6.73 20 6.47 55

21.4 8.87 45 5.85 15

24.4 9.27 40 5.55 15

27.5 8.98 35 5.11 / 2.61 10 / 60

30.6 8.15 30 6.69 / 5.19 55 / 10

32.1 8.37 30 7.79 / 5.16 55 / 10

33.6 8.43 50 8.17 / 5.08 30 / 10

36.7 9.03 45 7.52 / 4.81 25 / 10

39.2 8.93 45 7.55 / 4.39 / 2.60 25 / 10 / 65

42.8 9.07 40 6.29 / 5.99 / 3.66 60 / 25 / 5

45.9 8.89 35 7.92 / 6.71 / 3.98 55 / 20 / 5

48.4 8.80 50 8.61 / 6.69 / 4.21 35 / 20 / 5

51.5 8.82 45 7.99 / 5.86 / 4.42 30 / 20 / 5

53.5 9.22 45 8.39 / 5.01 / 4.74 30 / 60 / 20

GRACIAS