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Demostrador de Sistemas de Antenas ASD512 Alfaro Aragon Cristian Jose (AA14005), Carranza Monroy Jose Miguel (CM140014), Membreño Vela Ernesto Jose (MV14001), Sorto Castillo Jairo Josue (SC14009). Universidad de El Salvador, Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Escuela de Ingeniería Eléctrica. Grupo de laboratorio 1, semana B. Instructores: Edgar Larin y Antonio Alvarado 

30 de agosto de 2016, Ciudad Universitaria.

Epítome — En el presente informe se intenta plasmar los conocimientos obtenidos en el primer laboratorio de Electromagnetismo III, se desarrollan 3 demostraciones las cuales son: 1) Circuito Extendido: donde se pretende demostrar que la radiacion toma lugar de un circuito electrico si y solo si, esta extendido en el espacio. 2) Corrientes Balanceadas en un Circuito Extendido: donde se pretendia demostrar que si corrientes iguales fluyen en direcciones opuestas la radiacion de los conductores se cancela mutuamente (por problemas con el equipo no se realizo) y 3) Alimentador Balanceado: donde se pretende demostrar que la potencia puede ser comunicada o absorbida por factores específicos de nuestro circuito. Términos importantes — Acoplamiento, campo eléctrico y magnético, corriente, potencia, radicación, diferencia de potencial, plano tierra.

I. INTRODUCCION: ste documento es una descripción de la primera práctica de laboratorio de Electromagnetismo III, en el cual se abarcan 3 demostraciones importantes las cuales son: 1. Circuito extendido: Se pretende demostrar que la radiación toma lugar de un circuito eléctrico si y solo si, está extendido en el espacio. 2. Corrientes Balanceadas en un Circuito Extendido: Se pretendía demostrar que, si corrientes iguales fluyen en direcciones opuestas en dos conductores vecinos, entonces la radiación de un conductor cancela la del otro. 3. Alimentador Balanceado: Se pretende demostrar que la potencia puede ser comunicada a lo largo de conductores extendidos sin radiación con tal que estos conductores puestos de manera adyacente lleven corrientes iguales y opuestas o absorbida en el extremo más alejado por una correcta impedancia, de otra manera es reflejada. Mutuamente. Esta es la primera intervención que como estudiantes de Ingeniería Eléctrica tenemos con antenas y es importante para nuestro correcto desarrollo profesional profundizar en el tema.

E

Llamamos campo electromagnético a la región del espacio por donde se propagan las ondas electromagnéticas, es decir, al conjunto de los campos eléctrico y electromagnético.

Como complemento a las demostraciones se tiene una asignación por cada una, un marco teórico, recomendaciones y conclusiones esto se desarrolló a plenitud a continuación: II. OBJETIVOS: 

Objetivo General: Estudiar de manera practica el comportamiento de antenas básicas y su radiación en los diferentes escenarios propuestos por la catedra mediante la guía de laboratorio.



Objetivos Específicos: o

Cumplir los propósitos plasmados en la guía de laboratorio para cada demostración.

o

Completar las asignaciones propuestas para lograr una mayor comprensión de los fenómenos estudiados. III. MARCO TEÓRICO

Una antena es un dispositivo (conductor metálico) diseñado con el objetivo de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma energía eléctrica en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa. Existe una gran diversidad de tipos de antenas. En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no deben ser directivas (ejemplo: una emisora de radio comercial o una estación base de teléfonos móviles), otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radioenlaces). Las características de las antenas es que dependen de la relación entre sus dimensiones y la longitud de onda de la Una antena es un conductor metálico capaz de emitir o captar ondas electromagnéticas.

señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda las antenas se denominan elementales, si tienen dimensiones del orden de media longitud de onda se llaman resonantes, y si su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda son directivas. Una telecomunicación es toda transmisión y recepción de señales de cualquier naturaleza, típicamente electromagnéticas, que contengan signos, sonidos, imágenes o, en definitiva, cualquier tipo de información que se desee comunicar a cierta distancia. Por metonimia, también se denomina telecomunicación (o telecomunicaciones, indistintamente) a la disciplina que estudia, diseña, desarrolla y explota aquellos sistemas que permiten dichas comunicaciones; de forma análoga, la ingeniería de telecomunicaciones resuelve los problemas técnicos asociados a esta disciplina. La telecomunicación incluye muchas tecnologías como la radio, televisión, teléfono y telefonía móvil, comunicaciones de datos, redes informáticas o Internet. Gran parte de estas tecnologías, que nacieron para satisfacer necesidades militares o científicas, ha convergido en otras enfocadas a un consumo no especializado llamadas tecnologías de la información y la comunicación, de gran importancia en la vida diaria de las personas, las empresas o las instituciones estatales y políticas. Equipo Demostrador ASD512 El sistema demostrador de antenas con plano tierra Feedback modelo ASD512 permite construir y analizar las antenas alámbricas más comunes como la antena vertical, la antena dipolo abierto y cerrado, antena Yagui y los arreglos, esto con los detectores de campo permiten analizar el funcionamiento y mostrar las características de radiación. El experimento estará completo ya que en este experimento se aplicarán bases del conocimiento previo adquirido durante las clases teóricas desarrolladas en la Universidad.

IV. DESARROLLO DE LA PRACTICA: Demostraciones: Demostración I Parte a: Circuito Lumped A continuación, se describirá la realización de la primera demostración. Equipo a utilizar para llevar a cabo la primera demostración:     

Generador RF. Alimentador. Elemento de alambre (23). Detector de radiación. Tubo fluorescente.

Procedimiento: 1) Conexión del equipo Se coloca los utensilios para el experimento como se indica en la ilustración siguiente:

Ilustración 1. Bobina con cinco vueltas

2) Ajustar el generador de RF Se coloca la potencia máxima determinada en el generador de RF. Se ajusta el acoplamiento de antena para obtener la potencia reflejada de menor magnitud posible. 3) Tubo fluorescente en cercanía de la bobina. Se acerca el tubo con cuidado a la bobina y observar el efecto causado en este.

Fig. Imagen real de Demostrador ASD512

Ilustración 2. Tubo fluorescente cerca del embobinado.

Ilustración 3. Tubo fluorescente dentro del embobinado de 5 vueltas.

Parte b: Circuito extendido. 1) Desconectar el terminal derecho de la bobina y extienda un alambre hasta que se sostenga en forma vertical en el terminal de la izquierda. 2) Se coloca la máxima potencia. Ajuste acoplamiento para obtener la potencia reflejada mínima.

Ilustración 5. Conexión para armar.

2) Se usó el detector de radiación para mostrar el campo Nulo entre las barras y que no existe radiación. (Como se muestra en la ilustración 7).

3) Finalmente, se explora con el detector de radiación a cierta distancia del alambre.

Ilustración 4. Detector de radiación.

Demostración II El propósito es demostrar que las radiaciones generadas por dos corrientes iguales que fluyen en direcciones opuestas y en dos conductores vecinos, se cancelan entre sí. Equipo Utilizado:        

Generador de RF. Alimentador. Plano de tierra. 2 varillas (2). 2 varillas (13). Detector de radiación. Detector de voltaje y corriente. Tubo Fluorescente.

Procedimiento: 1) Se armó la siguiente estructura y se energizó el sistema, ajustando el acoplamiento de la antena para brillo máximo.

Ilustración 6. El tubo fluorescente sin encender cerca de las barras.

potencia incidente se midió a 2W (ya que mucha potencia puede quemar la resistencia.

Ilustración 7.

3) Se reduzco potencia. Se utilizó el detector de voltaje y de Corriente para mostrar onda estacionaria (el alto voltaje en los terminales, corriente alta en el medio). 4) A continuación ajuste la estructura como la ilustración 6 indica. En este caso se podrá detectar una potencia de radiación bastante alta.

Ilustración 9. Uso de resistor.

3) Al hacer estos cambios se notará que la tensión y la corriente no varían y que la resistencia se calienta, es decir, disipa potencia. Se utilizó el detector de radiación para demostrar que esta no existía (radiación).

V. ASIGNACIONES: Demostración 1 1.

Ilustración 8.

5) Finalmente reduzca potencia y utilice el detector de tensión para obtener altos voltajes en los terminales y corrientes altas en el medio. Demostración 3 Se busca demostrar que la potencia puede ser comunicada sin radiación utilizando impedancia. Equipo Utilizado       

Generador de RFs Alimentador Plano de tierra 2 varillas (2) 2 varillas (13) 1 terminador de resistencia (24) 1 conector U (12)

Basados en la ilustración 4, se procederá: 1) Al colocar una resistencia, con un detector de voltaje se deben hacer evidentes ondas estacionarias, habiendo energizado las barras. 2) Se alimentó la resistencia y en una baja potencia se ajustó el acoplamiento para que la potencia reflejada sea mínima. La

Defina el término acoplamiento y explique por qué es necesario ajustar el acoplamiento en la antena. Para nuestro enfoque, acoplamiento consiste en la corrección de impedancia de entrada para hacerla coincidir con la impedancia de salida. Esto se puede lograr de muchas formas, entre las cuales tenemos transformadores de cuarto de onda y sintonizador de sección de línea única. La importancia del acoplamiento de la antena incide en que entre mejor acoplada se encuentre, menor será la potencia reflejada y por lo tanto se transferirá mayor potencia a la antena. 2. ¿Cuál es la razón que la lámpara encienda? El flujo de corriente sinusoidal en la bobina genera un campo electromagnético a su alrededor, éste a su vez, siguiendo la ley de Faraday induce un campo electromagnético dentro de la lámpara fluorescente, que al verse sus electrones excitados genera luz. 3.

Simular el circuito tanque de la mesa de trabajo en PSpice.

Se simuló el siguiente circuito: Se utilizó una inductancia de 1mH y una capacitancia de 10nF. Se colocó una resistencia en serie a la fuente para la caída de tensión en el cable que une vcc con tierra. La fuente se tomó de 1V.

IEEE recommended practice for radio frequency safety programs, 3 kHz to 300 GHz -Recomendación UIT K52 Orientación sobre el complimiento de los límites de exposición de las personas a los campos electromagnéticos. -Recomendación UIT K61 Directrices sobre la medición y la predicción numérica de los campos electromagnéticos para comprobar que las instalaciones de telecomunicaciones cumplen los límites de exposición de las personas. Ilustración 10. Circuito del tanque

El switch se abre al segundo 1, entonces se procedió a graficar la tensión obtenida en el punto donde está dibujado el voltímetro desde 1 segundo.

Demostración 2 1. ¿Cuál es la frecuencia del generador de RF? El modelo del generador de frecuencia es ASD512, éste trabaja a 167.2MHz ±50kHz según normativa del reino unido, sin embargo, para países fuera de este el generador puede tener un rango de ±10MHz para para poder ser ajustado a las reglas de transmisión de radio locales. 2. ¿Por qué no existe radiación en el primer caso? Por las varillas, que son paralelas en todo momento, pasa corriente a direcciones contrarias en la misma magnitud, por lo tanto, la radiación generada por una se cancela con la radiación generada por la otra. 3.

Ilustración 11. Voltaje de salida en circuito de tanque

4.

¿Por qué se da el fenómeno de la radiación?

La radiación ocurre porque el flujo de corriente variante en el tiempo dentro de la bobina genera un campo electromagnético, que se propaga por medio del aire y llega al foco, a la vez induciendo dentro del foco un nuevo campo electromagnético. El aire está sirviendo como medio material para que la onda se propague. Para este tipo de excitación entre mayor sea la conductividad del medio se pueden generar más pérdidas y por lo tanto la onda electromagnética se propagaría a menor distancia. 5.

Listar normas de seguridad para realizar las prácticas con el equipo ASD12.

-IEEE Std C95.1 IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300 GHz. -IEEE Std C95.3 IEEE Recommended Practice for Measurements and Computations of Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields with Respect to Human Exposure to Such Fields, 0 Hz to 100 kHz. - IEEE Std C95.7

¿Cuáles son los efectos de estar expuesto a niveles de alta potencia?

Exposiciones a campos que producen un valor de SAR superior a 4W/kg generan calentamiento en los tejidos, el aumento de temperatura en éstos se incrementa en cuanto más se sobrepasen los 4W/kg. La sensibilidad de los tejidos puede variar, pudiendo llegar a causar daños irreversibles en órganos como los ojos. La exposición a altos niveles de radiación de radiofrecuencia y microondas provoca irritación ocular general y cataratas. El efecto térmico es el efecto principal y más aceptado como una consecuencia de la alta exposición a campos electromagnéticos. Este efecto tiene mayor fuerza en animales como ratas, las cuáles han sido utilizadas para experimentos de este tipo, sin embargo, también puede producir efectos en el ser humano sólo que en menor magnitud. También se han realizado numerosas investigaciones que relacionan una mayor probabilidad de distintos tipos de cáncer en personas que han sido expuestas a altos niveles de radiación. Sin embargo, las investigaciones respecto a estas no son aceptadas por toda la comunidad científica, y más bien se consideran no lo suficientemente conclusivas como para poder aludir que las ondas electromagnéticas pueden producir cáncer, o que al menos en los niveles máximos reglamentados por distintos órganos legales internacionales y nacionales los efectos son mínimos o insignificantes.

Los efectos de exposición a radiación están mayormente relacionados a los niveles de frecuencia a los que se propaga y no a los niveles de potencia transmitida.

base teórica y práctica sobre el amplio estudio de la radiación y sus efectos en antenas. VIII. BIBLIOGRAFÍA:

1.

Listar 5 aplicaciones comunes para la antena dipolo de λ/2 -Transmisión de señales de televisión -Transmisión de señales FM -Comunicaciones militares -Antena de auto -Antena de Reuter -Wakie-takies

VI. OBSERVACIONES / RECOMENDACIONES: Durante la realización de la práctica se recomienda No energizar el equipo, mientras no estén hechas las conexiones correspondientes y la antena colocada en su sitio, así mismo se debe evitar manipular las antenas mientras el equipo este energizado. Para obtener los resultados deseados y evitar errores se aconseja verificar todas las conexiones antes de probar una antena. Antes de realizar una práctica de laboratorio es muy importante informarse y conocer todos los materiales y equipo que se han utilizar con el fin de agilizar procedimientos y evitar la mayoría de errores que se suelen cometer, además se debe tener en cuenta que los instructores funcionan como entes facilitadores y de surgir cualquier duda se debe recurrir a consultar inmediatamente.

VII. CONCLUSIONES En el diseño de antenas es muy importante tener en cuenta la orientación de los campos magnético y eléctrico ya que determinan la cantidad de radiación máxima o mínima, dependiendo de las componentes que se suman o se anulan entre sí. A si como se observó durante Las características físicas de las antenas, así como la forma de campo, también determinan la eficiencia de radiación de antenas. En la práctica de laboratorio se estudió el tipo más simple de antena llamado dipolo de media onda, el cual es ampliamente utilizado individualmente o con otros elementos, además de ello también sirve como referencia estándar para comparar el funcionamiento estándar de otro tipo de antenas. Es posible transmitir potencia a lo largo de una línea de transmisión extendidas de tal manera que no exista radiación, esto se logra acoplando el sistema y diseñando conductores adyacentes que lleven corrientes iguales y opuestas, Al estar poseer un sistema acoplado la potencia es absorbida por una correcta impedancia de terminación. El conocimiento adquirido mediante la presente práctica de laboratorio nos capacita para futuros proyectos y laboratorios a desarrollar en la materia, así como también se construye una

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P.E.Gil-Loyzaga & A.U.Maeso (2001 ). ONDAS E L E C T R O M A G N E T I C A S Y S A L U D , [Online]. Available: http://www.etsist.upm.es/estaticos/catedracoitt/web_salud_medioamb/Informes/informes_PDF/camposelectroma gneticos/OndasEMySalud.pdf Christian Oberli ( 2 0 0 6 , d i c ) . O n d a s d e r a d i o , A n t e n a s y Salud: Nociones Fundamentales para el Legislador , Chile, Santiago [Online]. Available: http://www.subtel.gob.cl/images/stories/articles/subtel/asocfile/informe _final_303.pdf