ANTENA PARABOLICA PORTATILEXPOSICIÓN II BIMESTRE

SISTEMAS DE COMUNICACIÓN RADIANTES

ING. MARIO CEVALLOS

INTEGRANTES:

Santiago Celín

Valeria Murillo

Andrés Ruiz

Diego Zurita

Sofía Ñaupa

Yanara Simbaña

OBJETIVOS:  Proponer un método para determinar el grado de

acoplamiento de una antena parabólica móvil a una cierta frecuencia (8-10 GHz), para medir S o P.

Definir los parámetros de acoplamiento de impedancia a una frecuencia elegida para determinar la máxima transferencia de energía en una antena parabólica, y a su vez medirlos con los aparatos de instrumentación disponibles en el laboratorio para el diseño e implementación de la misma.

Determinar la ganancia de una antena parabólica tomando en cuenta ciertos parámetros como: el diámetro de la parábola y la longitud de onda a utilizar.

SUSTENTO TEORICO:  Las antenas parabólicas son en esencia una superficie metálica

que sirve de reflector y un elemento radiante situado en su foco. El reflector puede estar construido de diferentes materiales:

- Una superficie metálica, generalmente aluminio para reducir peso.

- Fibra con un baño de una sustancia metálica por su cara cóncava. Se suele utilizar en parábolas de gran tamaño para reducir peso.

- Malla metálica que puede ser galvanizada o acerada.

La orientación y el montaje de una antena parabólica, depende del tipo concreto de antena, aunque el cálculo de los parámetros para su orientación es muy similar, los conceptos son iguales en todos los tipos.

MEDIDA DE IMPEDANCIAS Las impedancias se van a medir con ayuda de la

línea de medida y por medio de la carta de Smith. Para ello se medirá la relación de onda estacionaria donde se obtendrá directamente datos como es el coeficiente de reflexión de la línea de medida. En este apartado (medidor de factor de calidad) se indicarán diversos aspectos prácticos referentes a la determinación de la ROE y de la posición del mínimo.

Encontramos el valor de λo con los datos de frecuencia que trabajamos en el circuito y en función de este se encuentra λg (longitud dentro de la guía de onda) para el modo que se tenga (en nuestro caso TE10) para una guía de onda ejemplo WR-90.(a=2.286 cm; b=1.016 cm).

Con los valores de voltaje mínimo se encuentra la distancia, la misma que será expresada en λ para poder utilizarlo en la carta de Smith. A esta distancia se encuentra ubicado la impedancia o valor de carga desde el mínimo con cortocircuito en el plano terminal; este valor de impedancia se ubica en el círculo de radio igual a ROE.

La línea siempre se ha supuesto libre de pérdidas (esta aproximación puede comprobarse que es válida). Si no fuera así el coeficiente de reflexión no variaría a lo largo de un círculo sino a través de una espiral.

ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIA: Procedemos a colocar un tornillo deslizante, el

mismo que en forma circuital es un stub en paralelo a una distancia tal que la carga se encuentra acoplada. Para saber que el tornillo acoplo a la carga con la guía de onda se puede hacer por dos métodos.

El primero es conectando un sistema acoplador direccional de 4 puertos donde un puerto estaba cortocircuitado de tal manera que la onda reflejada se observe en un osciloscopio. Con las variaciones de posición y penetración del tornillo deslizante se va obtenido una gráfica en el osciloscopio donde la onda reflejada tienda a cero. (Cuando una línea esta acoplada no existe onda reflejada; coeficiente de reflexión igual a cero)

La segunda que es una manera de comprobación obteniendo una relación de onda estacionaria ROE aproximadamente igual a 1 ya que ROE está en función del coeficiente de reflexión que tiende a cero de esta manera la relación de onda estacionaria tendería a 1, lo que nos indica que la carga ya se encuentra acoplada.

Los diagramas para medir el valor de la carga conectada a la guía de onda y el montaje para realizar el acoplamiento se presenta a continuación:

MEDICION DE ROE

Los Acopladores direccionales tienen la ventaja que permiten medir potencia en un amplio rango de potencias y frecuencias.

El acoplador direccional es un dispositivo que sirve para tomar independientemente, muestras de la onda incidente y de la reflejada en una línea de transmisión. En una línea de transmisión, la onda incidente es la señal de RF generada por el transmisor que se propaga desde él hacia la carga o antena. La onda reflejada es la onda devuelta por la carga hacia el transmisor como consecuencia de una desadaptación de impedancia, al tener la carga distinta impedancia a la impedancia característica de la línea de transmisión.

Estas dos ondas viajando por la línea de transmisión dan origen a una onda estacionaria de corriente y tensión a lo largo de la línea.

  La relación entre la potencia incidente y reflejada captadas por el

acoplador direccional y la relación de onda estacionaria presente en la línea de transmisión están dadas por la ecuación:

El acoplador direccional, en conjunto con un medidor, permite medir las ondas viajando por la línea. Este acoplador es un dispositivo adaptado en impedancia a la línea a medir, y se conecta en serie entre la carga y el transmisor.

DIAGRAMA DE BLOQUES

ACOPLADOR DIRECCIONALDIVISORES DE POTENCIA Y ACOPLADORES DIRECCIONALES

Son dispositivos pasivos usados en el campo de la radio tecnología. Estos dispositivos acoplan parte de la potencia transmitida a través de una línea de transmisión hacia otro puerto, a menudo usando dos líneas de transmisión dispuestas lo suficientemente cerca para que la energía que circula por una de las líneas se acople a la otra.

ANALIZADOR DE ESPECTROS

Un analizador de espectro es un equipo de medición electrónica que permite visualizar en una pantalla las componentes espectrales en un espectro de frecuencias de las señales presentes en la entrada, pudiendo ser ésta cualquier tipo de ondas eléctricas, acústicas u ópticas.

En el eje de ordenadas suele presentarse en una escala logarítmica el nivel en dBm del contenido espectral de la señal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es función de la separación temporal y el número de muestras capturadas. Se denomina frecuencia central del analizador a la que corresponde con la frecuencia en el punto medio de la pantalla. A menudo se mide con ellos el espectro de la potencia eléctrica. En la actualidad está siendo reemplazado por el analizador vectorial de señales.

Señal obtenida por un

analizador de espectros en el laboratorio de comunicación

analógica

Analizador de espectros

COMO OBTENER LA GANANCIAUna vez que tengamos la antena diseñada, medimos el parámetro de la

misma:Para esto utilizamos los equipos disponibles del laboratorio: Modulados de fuente gunn Bocinas exponenciales Medidor de SWR Diodo Pin Diodo Gunn Oscilador Aislador Con la fuente moduladora, el oscilador, el diodo pin, el aislador y la bocina

formamos un generador de microondas.La fuente genera la señal modulante, mientras que el oscilador genera la

portadora. El diodo pin se encarga de mezclar las señales y el aislador impide el ingreso de señales captadas por la bocina a la fuente.

En el otro lado la antena de recepción en primer lugar está constituido por la bocina exponencial, luego se incorpora el reflector parabólico, el resto del equipo que se usa es el mismo en los dos casos un diodo detector que envía la señal al medidor de SWR.

Con estos equipos podemos medir la ganancia de la antena como se muestra el esquema.

Con estos equipos podemos medir la ganancia de la antena. 1.- determinamos la cantidad de energía emitida por el

generador de microondas la cual es recibida por la bocina exponencial, (ubicamos las aperturas de las bocinas frente a frente).

 2.- determinar la cantidad de energía q se aumenta cuando

colocamos la bocina en el foco de la antena frente al reflector.

Consideramos como ejemplo la obtención de ganancia de la tesis de Diseño y construcción de una antena parabólica prime focus, para recepción de TV satelital y considerando los parámetros anteriores obtuvieron lo siguiente:

 Trabajando con una frecuencia de 10.25 GHz, además que los

equipos se ubicaron a una distancia de 8 (m) y utilizando una bocina Narda modelo 640 de 8.20 – 124 GHz cuya ganancia es de 16.5 dB.

Cuando la superficie reflectora es de malla se obtiene:

51.6 dB con las bocinas frente a frente42 dB con la bocina como alimentador de la

parábola.Restando los valores anteriores se tiene una

ganancia = 14.1 dB a este debemos agregarle la ganancia de la bocina dándonos como resultado 30.6 dB.

Utilizando el soporte ubicando la bocina exponencial en el foco de la parábola se tiene una ganancia de 51.6 dB con las bocinas frente a frente y 36dB con la bocina como alimentador de la parábola. Con esto se obtiene una ganancia de 32.1 dB.

Calculando la eficiencia de la antena

REEMPLAZANDO:

  

Se observa que la eficiencia es baja por lo tanto se cambia la superficie reflectora y se obtiene:

 Con una superficie reflectora de prueba:51, 6 dB con las bocinas frente a frente31 dB con la bocina como alimentador de la

parábola por lo tanto su ganancia es 38.1 dB y aplicando lo antes mencionado tenemos:

eficiencia=42.2%

Observamos que la ganacia depende del material de la superficie reflectora puesto que utilizamos una nueva superficie reflectora que nos permita aumentar la eficiencia y sea resistente a la interperie.

 Como material camiado utilizan aluminio de

0.4mm de espesor y se obtiene:51.6 db con las bocinas frente a frente.29.1 db con la bocina como alimentador de la

parábola. Asi la ganancia como lo expuesto anteriormente

es: G= 39 db

ANEXO 01