Simulacion y medicion de un dipolo.

Laboratorio 1

Simulación y Medición de Tensión de Corriente en un Dipolo

Brayean Stiveen Aristizabal Laguna, Cód.: 1094923154, Diego Fernando Guerrero Vallejo, Cód.: 1094935221, Juan Felipe Forero Rodríguez, Cód.:1094949593

Programa de Ingeniería Electrónica, Facultad de Ingeniería, Universidad del Quindío - Colombia.

Resumen— En este trabajo se simuló la distribución de corriente de una antena tipo dipolo, partiendo de diferentes λ (longitudes de onda) para observar su comportamiento y definir su mejor configuración por medio de simulación, a su vez, se realizó una parte práctica que consistió en conectar a un generador de RF tres antenas tipo dipolo donde operan en tres diferentes frecuencias, con el fin de observar con un medidor VI su voltaje y corriente en diversas zonas de la antena, también, se hizo la medición de la irradiación de la apertura de línea (se empezó a 0° hasta llegar a 180°) con un medidor de campo y se caracterizaron las medidas. Toda la práctica tiene como fin afianzar el conocimiento acerca de las antenas de una forma clara mediante la observación presencial de los fenómenos estudiados.

Índice de Términos— antena, campo, corriente, dipolo, frecuencia, irradiación, línea, longitud, onda.

INTRODUCCIÓN

El propósito fundamental de esta práctica ha sido la consolidación de los conocimientos adquiridos sobre las antenas tipo dipolo, partiendo del comportamiento a diversas frecuencias y longitudes de onda (𝜆) con el fin de determinar sus características y rendimiento al momento de modificar los parámetros anteriormente mencionados.

El software de simulación MATLAB permite realizar las gráficas de la distribución de corriente, cuyo objetivo principal de esta práctica es comparar el comportamiento de la distribución de corriente, la diferencia y rendimiento al cambiar parámetros como la longitud de onda.

Los resultados prácticos se obtuvieron con base a la experimentación con los equipos de laboratorio como el medidor VI y el medidor de campo, que capturaron datos al ser usados en diferentes zonas de la antena tipo dipolo como el centro y extremos (con el medidor VI) y diversas frecuencias, como también a una distancia fija pero cambiando el ángulo de abertura entre los brazos del dipolo (con el medidor de campo) con una frecuencia fija, los resultados finales de estas muestras se contrastaran con los teóricos y se sacaran sus conclusiones.

Finalmente se espera con este ejercicio, una mejor comprensión del desempeño de este tipo de dispositivos, ya que al tener la oportunidad de observarlos presencialmente facilita el entendimiento de los fenómenos.

objetivos

Analizar y comprender el importante papel de la longitud de onda en las antenas tipo dipolo.

Observar el comportamiento de las antenas tipo dipolo en un ámbito práctico, ver su respuesta ante cambios en sus parámetros principales como la longitud de onda y frecuencia.

Ver cómo actúa el campo de la antena ante la variación del ángulo de los brazos del dipolo.

MARCO TEÓRICO

Para tener una mayor comprensión al momento de leer este documento, es necesario tener claro los siguientes conceptos:

Dipolo

El dipolo puede considerarse como una estructura semejante a una línea de transmisión de dos alambres, como se observa en la figura 1. [1]

Figura 1. Líneas de transmisión de dos alambres. [1]

Pero es una antena con alimentación central empleada para transmitir y recibir ondas de radiofrecuencia, el dipolo en su versión más sencilla, consiste en dos elementos conductores rectilíneos de igual longitud, alimentados en el centro y de radio mucho menor que el largo. [2]

En la figura 2, se puede observar una antena tipo dipolo, que, en este caso, fue la usada durante la práctica de laboratorio.

Figura 2. Antena tipo Dipolo

Distribución de corriente

La distribución de corriente de una antena es la función que define la forma que toma la corriente (amplitud y fase) sobre su estructura. Viene fijada por las condiciones de contorno anteriores y es, por lo tanto, una propiedad de la geometría de la estructura y del punto de excitación por la correspondiente línea de transmisión. Su obtención exacta es uno de los problemas electromagnéticos más complejos, si bien hoy en día se utilizan métodos numéricos que permiten obtener buenas aproximaciones de las mismas. [3]

En la figura 3, se puede ver un ejemplo de la distribución de corriente de una antena dipolo:

Figura 3. Ejemplo de Distribución de corriente de un Dipolo [4]

Longitud de Onda

Es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda. [5]

En la figura 4, se puede ilustrar mejor lo dicho anteriormente.

Figura 4. Ejemplo de Longitud de Onda. [6]

En las antenas, la longitud de onda determina la frecuencia, alcance y tamaño de la antena, lo cual es un parámetro muy relevante en las antenas.

Diagrama de radiación

Un diagrama de radiación es una representación gráfica de las propiedades de radiación de la antena, en función de las distintas direcciones del espacio, a una distancia fija. Normalmente se empleará un sistema de coordenadas esféricas. Con la antena situada en el origen y manteniendo constante la distancia se expresará el campo eléctrico en función de las variables angulares (θ, ϕ).

Como el campo magnético se deriva directamente del eléctrico, la representación podría realizarse a partir de cualquier de los dos, siendo norma habitual que los diagramas se refieran al campo eléctrico.[6]

Figura 5. Diagrama de radiación tridimensional

Directividad

La directividad D de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia dada, y la densidad de potencia que radiaría a esa misma distancia una antena isotrópica que radiase la misma potencia la antena. [6]

Figura 6. Directividad de una antena

ANÁLISIS Y PROCEDIMIENTO

La realización de esta práctica se dividió en dos secciones (simulación y práctica), primeramente, se elaboró la parte simulada, que se verá a continuación:

La primera sección consiste en graficar la distribución de corriente de una antena dipolo de longitud L orientada a lo largo del eje

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