informe de laboratorio 1

INFORME DE LABORATORIO 1

RONALD A. MEDINA20111273017

OSCAR MARIO MURCIA R 20111273019

DocenteING. EDGAR J. MANTILLA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDASFACULTAD TECNOLOGICA

INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONESANTENAS Y PROPAGACION.

2011-2

OBJETIVOS

Realizar experimentalmente una comunicación con los equipos del laboratorio de la universidad como son el radio YAESU FT101 y el amplificador HEATHKIT utilizando la antena dipolo para bandas de 40m, 20m y 10m y analizar los comportamientos que presenta.

Analizar las diferentes variables (SWR, Coeficiente de reflexión, Resistencia de radiación, Potencia incidente y potencia reflejada)

Comparar las variables de potencia utilizando el VNA (Analizador de Redes de Vectores) y Vatímetro para encontrar la razón de onda estacionaria y analizar asi la diferente potencia en cada frecuencia

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 qué 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 fue aumentando el alcance de sus transmisiones, hasta que en 1896 solicitó y obtuvo 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 más seguridad a los viajes en el mar, cuando la tripulación del barco "R. F. Mathew" pudo salvarse después 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 número 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.

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.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ondas_electromagn%C3%A9ticas

http://es.wikipedia.org/wiki/Ondas_electromagn%C3%A9ticas

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.

MEDICIONES.

Para la antena de 20m

frecuenciapotencia reflejada

Potencia incidente coeficiente swr

14000 5 30 0,40824829 2,379795914010 6 36 0,40824829 2,379795914020 7 45 0,39440532 2,3025389114030 8 51 0,39605902 2,3115818514040 9 60 0,38729833 2,2642313814050 10 71 0,37529331 2,2015024714060 11 79 0,37314944 2,1905531214070 12 80 0,38729833 2,2642313814080 12 80 0,38729833 2,2642313814090 13 80 0,40311289 2,3507173414100 12 80 0,38729833 2,2642313814110 10 70 0,37796447 2,2152504414120 9 65 0,3721042 2,185241914130 8 60 0,36514837 2,150342414140 7 50 0,37416574 2,1957342814150 7 43 0,40347329 2,3527417514160 6 35 0,41403934 2,413198414170 5 30 0,40824829 2,379795914180 4 25 0,4 2,3333333314190 3 20 0,38729833 2,2642313814200 2,5 19 0,36273813 2,138427214210 2,5 15 0,40824829 2,379795914220 2,5 13 0,43852901 2,5620718314230 2,4 10 0,48989795 2,9207840814240 2,4 9 0,51639778 3,1356303114250 2,3 8 0,53619026 3,3121130214260 2,4 8 0,54772256 3,4220644514270 2,2 8 0,52440442 3,20525358

14280 2,3 8 0,53619026 3,3121130214290 2,2 6 0,60553007 4,0700949614300 2,2 6 0,60553007 4,07009496

1400014020

1404014060

1408014100

1412014140

1416014180

1420014220

1424014260

1428014300

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

SWR

Las mediciones que se obtienen de este laboratorio es el siguiente

Para antena de 40m

frecuencia

potencia

reflejada

potencia incident

e coeficiente swr

6908 6 160,6123724

44,1595917

9

6910 6 180,5773502

73,7320508

1

6920 6 220,5222329

73,1861406

6

6930 6 30 0,44721362,6180339

9

6940 6 430,3735436

82,1925609

9

6950 6 560,3273268

41,9732121

1

6960 7 700,3162277

71,9249505

9

6970 7 950,2714483

61,7451725

96980 6 100 0,2449489 1,6488276

76990 4 100 0,2 1,5

7000 2,5 1000,1581138

81,3756182

2

7010 2 980,1428571

41,3333333

3

7020 1,8 950,1376494

41,3192424

2

7030 1,5 950,1256561

71,2874296

6

7040 1 940,1031421

21,2300077

4

7050 0,8 920,0932504

81,2056807

9

7060 0,3 910,0574169

31,1218288

97070 0 91 0 1

7080 1 870,1072112

51,2401716

1

7090 1,5 750,1414213

61,3294313

4

7100 1,8 80 0,151,3529411

8

7110 2,1 800,1620185

21,3866875

8

7120 3 790,1948709

4 1,4840738

7130 4 750,2309401

11,6005776

9

7140 4 700,2390457

2 1,6282788

7150 5 690,2691909

51,7366929

9

7160 6 610,3136250

21,9138591

4

7170 6 600,3162277

71,9249505

9

7180 6 550,3302891

31,9863633

5

7190 7 540,3600411

52,1252009

4

7200 7 500,3741657

42,1957342

8

7210 7 480,3818813

12,2356245

3

7220 8 450,4216370

2 2,458036

7230 8 450,4216370

2 2,458036

7240 8 420,4364357

82,5488413

4

7250 8 40 0,44721362,6180339

9

7260 9 400,4743416

52,8047526

4

7270 9 390,4803844

6 2,8489996

7280 9 380,4866642

62,8960856

6

7290 10 360,5270462

83,2287435

4

7300 10 350,5345224

83,2966629

5

69086920

69406960

69807000

70207040

70607080

71007120

71407160

71807200

72207240

72607280

73000

0.51

1.52

2.53

3.54

4.5

SWR

La simulación que se realizo en Amanowagua.com nos muestra lo siguiente:

Antena 20 mtsFrecuencia 14000Г:0.4082

Frecuencia 14010Г:0.4082



Ahora se realizo lo mismo para la antena de 40 m

ANTENA 40 MTSFrecuencia:6908Г:0.621

Frecuencia:6910Г:0.577




Frecuencia:7070Г:0



La otra parte de este laboratorio fue la transmisión de la onda con utilizando la licencia del profesor que es HK3EMB, quien logro establecer una comunicación con TI3VWR. Las

posiciones de transmisión son desde Bogotá DC en Colombia hasta la ciudad de Atenas en Costa Rica. De lo cual se obtiene lo siguiente:

Para saber cuál es el cálculo de la distancia recorrida por la onda desde nuestro punto de transmisión hasta la ciudad de Atenas en Costa Rica, en donde se realizo la comunicación con TI3VWR, identificado como Ralph. Nos ayudamos con algún programa de cartografía que nos permite saber el valor de la distancia atreves de la superficie terrestre.

En el siguiente grafico se tienen los valores conocidos y además las incógnitas a encontrar

La distancia que separa los dos puntos, Bogotá Colombia con Atenas Costa Rica, atreves de la superficie de la tierra es de 2950.5Km

Se conoce que el radio de la Tierra es de 6380Km, y que la capa F de la Ionosfera, donde debió haberse reflejado la onda radiada, esta aproximadamente a 400Km de altura de la superficie de la tierra y a la mitad de la distancia entre las ciudades. Como se aprecia en la imagen.

Ahora vamos a calcular el perímetro de la tierra para así poder relacionarlo con la distancia recorrida y hallar el ángulo de abertura desde el centro de la tierra hacia los puntos

d 2950.5 Km Distancia entre las ciudades atreves de la superficie da la tierra

Distancia media entre las ciudadesa

d

21.475 10

3

h 400 Km Altura de la capa de la Ionosfera

r 6380 Km Radio de la tierra

p 2 r 4.009 104 Perímetro de la tierra

Como sabemos que en ángulos 2π equivale al perímetro, podemos realizar una regla de 3Con la mitad de la distancia recorrida, que es en el punto en el que habría sido reflejada la onda, con lo cual podemos construir dos triángulos rectángulos uno desde el centro de la tierra hasta un punto perpendicular a la recta que une las dos ciudades, que por lo que se aprecia en el grafico estaría en el subsuelo.

Y el otro triangulo rectángulo serio desde una de las ciudades hasta el punto antes calculado y de ese punto al punto sobre la ionosfera, donde debió haberse reflejado la onda

x2 a

p0.231

Radianes

360x2

13.249Grados

Ahora vamos a calcular el valor y, que se ve en la grafica

y r sin x( ) 1.462 103

n r k 169.803 Km

s y( )2

h n( )2 1.569 10

3 Km

t 2 s 3.138 103 Km

Es decir que la onda debió viajar 3138 Km para llegar hasta la ciudad de Atenas en Costa Rica.

Ya teniendo este valor debemos solucionar el otro triangulo rectángulo, lo primero a realizar es calcular la diferencia entre el punto en el subsuelo, perpendicular al sitio donde se reflejo la onda, con la superficie de la tierra para completar el lado vertical del triangulo superior

Para lo cual nos valemos del anterior triangulo

Distancia desde el centro de la tierra hasta el punto en que se unen por una recta las dos ciudadesk r cos x( ) 6.21 10

3

La diferencia entre el radio de la tierra y el valor calculado nos da la profundidad del punto en mención y este valor se debe sumar a los 400 Km de altura de la capa F, para completar el lado vertical del triangulo externo.

Profundidad a la que está el punto donde se unen por una recta las dos ciudades

Con la suma de este valor a la altura podemos resolver el triangulo rectángulo, ya que conocemos los dos lados del triangulo

La distancia que recorrió la onda seria dos veces el valor que hayamos, puesto que es en el punto medio entre las dos ciudades

Análisis de Resultados

Se observa como el SWR cambia según la frecuencia a la que se trabaje y que en la frecuencia de resonancia de la antena, se obtiene el valor mas bajo del mismo, debido a que es allí donde ocurrirá la máxima transferencia de potencia, además por lo peligroso para los equipos este valor no debe superar más de 3 en su medida.

La comunicación establecida con Atenas (Costa Rica) nos mostró como se realiza la misma con los equipos adecuados, y lo mas importantes se aprecio que la onda si se refleja en un punto de la ionosfera, para lograr mayor alcance. Además que la orientación con la que se encuentre la antena es fundamental para lograr cubrir un área geográfica especifica.

CONCLUSIONES

Podemos realizar una comunicación mediante la utilización de las características de la ondas como son la refracción y difracción, aprovechando estas características pudimos realizar una comunicación con Nicaragua.

La comunicación lograda también dependía del clima del momento de en qué se realizó dicha prueba, ya que las características de conductividad del medio fueron optimas

De acuerdo con la teoría podemos apreciar los patrones de radiación de cada una de las antenas, y al comparar esta distribución de potencia con la práctica nos damos cuenta de la semejanza existente.

BIBLIOGRAFIA

Antenas para Radioaficionados, Hotton Harry D, W6TYH, Editorial Arbo Buenos Aires Argentina, versión en PDF. http://es.wikipedia.org/wiki/Dipolo_%28antena%29http://www.dei.uc.edu.py/tai2002/CVS/tiposant.htm#casse

informe de laboratorio 1

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