208018-GUIAS INTEGRADA MICROONDAS 2014.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRCTICO DEL CURSO: 208018 MICROONDAS

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

GUA COMPONENTE PRCTICO

208018 MICROONDAS

REMBERTO CARLOS MORENO HERAZO

(Director Nacional)

ELBER FERNANDO CAMELO QUINTERO Acreditador

COROZAL

JULIO 2014


2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

Autor Gua: ING. REMBERTO CARLOS MORENO HERAZO

Versiones: 2014-II

El presente Documento se rige por la normatividad que con base a derechos de autor de

publicaciones universitarias ha expedido la Direccin Nacional de Derechos de Autor, de

all que el presente documento se reglamente bajo la Circular No 16 del 15 de Abril de

2002 expedida por este organismo de control pblico a las Instituciones de educacin

superior, sobre "Los Derechos de Autor en el mbito Universitario". Al igual que los

reglamentos sobre derechos de Autor consagrados en la Ley No. 23 de 1982 sobre

Derechos de Autor del congreso de la repblica de Colombia y la Ley No. 44 de 1993 que

hace adiciones a la Ley 23 del 82.

Para tales efectos de establece que el presente Documento hace parte de los repositorios

documentales y digitales la Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD de

Colombia.

@CopyRight

Universidad Nacional Abierta y a Distancia

ISBN

2014

Centro Nacional de Medios para el Aprendizaje


3. INDICE DE CONTENIDO

Pg.

INTRODUCCIN

JUSTIFICACIN

INTENCIONALIDADES FORMATIVAS

DENOMINACIN DE PRACTICAS

DESCRIPCIN DE PRACTICAS

Prctica 1: Clculo De Perfiles De Elevacin.

Practica 2: Carta De Smith

Practica 3: Diseo Y Simulacin De Antenas

Fuentes documentales

5

5

5

8

9

9

18

25

34


4. LISTADO DE TABLAS

Tabla No 1. Cuadro comparativo Estaciones en clculo de perfiles.

Tabla No 2: Rubrica de Evaluacin Tabla No 1.



4.1 LISTADO DE GRFICOS Y FIGURAS

Figura No 1. Perfil con correccin del radio terrestre.

Figura No 2. Ventana principal de Smith Chart V2.0

Figura No 3. Ventana Principal 4NEC2 impedancia de entrada.

Figura No 4. Edicin Geomtrica Monopolo 900Mhz, 4NEC2

Figura No 5. Creacin de Fuente de Corriente, 4NEC2

Figura No 6. Barrido en frecuencia, 4NEC2

Figura No 7. Resultados Monopolo 900Mhz, 4NEC2


5. CARACTERSTICAS GENERALES

Introduccin Este documento (208018-Microondas) tiene

por finalidad orientar el desarrollo de las

prcticas del curso acadmico Microondas

que se ofrece en la UNAD para los

programas de Electrnica y

Telecomunicaciones.

Aqu se establecen, entre otros aspectos,

los objetivos, temticas, procedimientos y

productos que se esperan en dichas

actividades.

El curso est acompaado de prcticas e

investigaciones que propenden por una

formacin integral del estudiante de

Microondas, cada prctica propuesta tiene

un contexto de aplicacin real que permite

incrementar las competencias laborales de

los estudiantes.

Estrategia de aprendizaje: La estrategia de aprendizaje para el

desarrollo de las unidades y actividades del

curso es Aprendizaje Basado en

Proyectos donde se aplica, bajo una

mirada del aprendizaje autnomo,

significativo y colaborativo con el

desarrollo de competencias

comunicativas, habilidades de

argumentacin y debate, promueve el

pensamiento crtico a travs del uso de

situaciones resueltas a travs del desarrollo

de un proyecto.

Justificacin El curso Microondas es metodolgico, el

aprendizaje cabal de su contenido requiere

la ejecucin de actividades prcticas para

cuya ejecucin la Universidad invierte


importantes recursos.

Intencionalidades formativas Propsitos

Que el estudiante comprenda

cabalmente el funcionamiento de los

componentes de sistema de microondas

y radioenlaces.

Que el estudiante maneje

constructivamente las diferencias entre

lo terico y lo prctico, superando el

conflicto y la frustracin normal que se

genera al confrontar resultados de

laboratorio.

Proponer prcticas que permitan el

desarrollo integral del estudiante en las

microondas, mediante la aplicacin de

las mismas en situaciones hipotticas

muy similares a la realidad.

Objetivos

Dotar al Estudiante de los conocimientos

y destrezas bsicas necesarias que le

permitan analizar, evaluar, comparar,

mantener y operar Sistemas de

Microondas.

Adquirir elementos de anlisis que le

permitan realizar diagnsticos y

consideraciones en un proyecto de

implantacin de Microondas.

Metas

Presentar al anlisis de requerimientos

como punto de partida para la

planeacin de redes.

Retomar conceptos vistos en otras


asignaturas, desde un punto de vista

aplicativo.

Explicar los conceptos, terminologas y

tcnicas relacionadas con el radio

planning.

Realizar una introduccin a la

optimizacin y expansin de redes

inalmbricas.

Proporcionar los conocimientos bsicos

para el trabajo de diseo basado en

herramientas computacionales.

Identificar los factores claves que

intervienen en la planeacin y diseo de

redes inalmbricas

Aplicar los conocimientos en

radiopropagacin y en trfico, al diseo

de redes inalmbricas.

Analizar los requerimientos de

infrastructura cableada para soporte a la

red (core de red)

Describir metodolgica y

secuencialmente el proceso de

planeacin y diseo de redes

inalmbricas.

Comprender la relacin de los

parmetros de ancho de banda,

capacidad, y cobertura, con la calidad

del servicio y el costo de implementacin

de la red.

Competencias

Realizacin de un link budget y su

respectivo ajuste.

Destreza en la aplicacin de


metodologas de planeacin y diseo de

redes inalmbricas en diversos

ambientes.

Conocimiento y habilidad para el trabajo

con herramientas software existentes

que asisten los procesos de diseo.

Habilidad para optimizar recursos e

incrementar la eficiencia, calidad y

capacidad en redes ya desplegadas.

Denominacin de practicas Prctica 1: Clculo De Perfiles De

Elevacin.

Practica 2: Carta De Smith

Practica 3: Diseo Y Simulacin De

Antenas

Nmero de horas 12

Porcentaje 60%

Curso Evaluado por proyecto SI_X__ NO__

Seguridad industrial NO


6. DESCRIPCIN DE PRCTICAS

PRACTICA No. 1 CLCULO DE PERFILES DE ELEVACIN

Tipo de practica

Presencial Autodirigida X Remota

Porcentaje de evaluacin 10%

Horas de la practica 4

Temticas de la prctica Diseo y anlisis de radioenlaces

Intencionalidades formativas

Propsitos

Preparar al estudiante para el planteamiento de

soluciones inalmbricas a problemas de comunicaciones,

y al desarrollo de actividades de planeacin y diseo,

apoyndose en el conocimiento que ya se tiene de las

tecnologas, en las bases tericas adquiridas durante la

carrera, y en metodologas propias para el desarrollo de

estas actividades que incluyen la utilizacin de software

especializado. Todo lo anterior, para facilitar

posteriormente las fases de implementacin que le

seguirn al diseo en los proyectos de

telecomunicaciones.

Objetivos

Identificar y definir los principales parmetros, elementos y equipos que caracterizan y componen un radioenlace.

Manejar e interpretar las recomendaciones internacionales sobre diseo y anlisis de radioenlaces

Realizar clculos de balance de potencia y disponibilidad.

Metas

Presentar al anlisis de requerimientos como punto de partida para la planeacin de redes.

Retomar conceptos vistos en otras asignaturas,


desde un punto de vista aplicativo.

Explicar los conceptos, terminologas y tcnicas relacionadas con el radio planning.

Realizar una introduccin a la optimizacin y expansin de redes inalmbricas.

Proporcionar los conocimientos bsicos para el trabajo de diseo basado en herramientas computacionales.

Identificar los factores claves que intervienen en la planeacin y diseo de redes inalmbricas.

Aplicar los conocimientos en radiopropagacin y en trfico, al diseo de redes inalmbricas.

Analizar los requerimientos de infraestructura cableada para soporte a la red (core de red)

Describir metodolgica y secuencialmente el proceso de planeacin y diseo de redes inalmbricas.

Comprender la relacin de los parmetros de ancho de banda, capacidad, y cobertura, con la calidad del servicio y el costo de implementacin de la red.

Competencias

Capacidad para plantear soluciones inalmbricas ajustadas a los requerimientos.

Realizacin de un link budget y su respectivo ajuste.

Destreza en la aplicacin de metodologas de planeacin y diseo de redes inalmbricas en diversos ambientes.

Conocimiento y habilidad para el trabajo con herramientas software existentes que asisten los procesos de diseo.

Habilidad para optimizar recursos e incrementar la eficiencia, calidad y capacidad en redes ya desplegadas.

Fundamentacin Terica

Temticas de la Unidad 1. La base principal sobre la que se van a fundamentar todos los

clculos efectuados para evaluar las prdidas que afectan a un radioenlace, es el perfil

levantado entre los dos extremos del mismo, es decir, entre el transmisor y el receptor. En


esta prctica se pretende que el alumno aprenda a calcular un perfil entre dos puntos

cualquiera siendo conocida la posicin de stos en un sistema de coordenadas.

Descripcin de la practica

La base principal sobre la que se van a fundamentar todos los clculos efectuados para

evaluar las prdidas que afectan a un radioenlace, es el perfil levantado entre los dos

extremos del mismo, es decir, entre el transmisor y el receptor. En esta prctica se

pretende que el alumno aprenda a calcular un perfil entre dos puntos cualquiera siendo

conocida la posicin de stos en un sistema de coordenadas.

Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos)

Se requiere un computador de escritorio por estudiante y conexin a internet. Tambin se

puede realizar con un portatil desde la casa del estudiante.

Software a utilizar en la practica

Hertz Mapper de ATDI (versin Demo), Se requiere un sistema operativo con acceso a

Internet, no importa si es windows o Linux.

Metodologa

Conocimiento previo para el desarrollo de la prctica.

En general temas propuestos en los cursos de Microondas. Forma de trabajo:

El estudiante puede trabajar en la Universidad con la asistencia de un tutor o de forma virtual, siempre y cuando disponga de los medios necesarios para el desarrollo del trabajo. Los estudiantes de cada CEAD deben formar grupos con no ms de cinco estudiantes que estn matriculados en el curso Microondas. Oportunamente, cada CEAD har pblica la programacin (fechas, horarios y sitio de trabajo) de prcticas de los cursos metodolgicos. Los estudiantes deben presentarse a cumplir con las sesiones asignadas al curso para desarrollar esta actividad prctica. Es necesario que los estudiantes lleven los elementos necesarios y claros los conceptos y procedimiento que van a desarrollar. Si disponen del software, es aconsejable que lleven el montaje listo con el fin de ganar tiempo. Una vez el tutor encargado de la prctica les d las explicaciones bsicas y recomendaciones a que haya lugar, los estudiantes del grupo completarn el montaje de cada una de las configuraciones solicitadas y la sustentarn, debidamente alimentada y en perfecto funcionamiento, al tutor presente quin tomar nota de este proceso para asignar posteriormente la nota correspondiente. En el foro del trabajo colaborativo se publicar la programacin de las sesiones de prctica que suministre cada CEAD. El correo interno del aula es un medio eficiente para que los estudiantes realicen las consultas directamente al Director del curso.


Procedimiento:

La base principal sobre la que se van a fundamentar todos los clculos efectuados para

evaluar las prdidas que afectan a un radioenlace, es el perfil levantado entre los dos

extremos del mismo, es decir, entre el transmisor y el receptor. En esta prctica se

pretende que el alumno aprenda a calcular un perfil entre dos puntos cualquiera siendo

conocida la posicin de stos en un sistema de coordenadas.

La representacin de los perfiles del terreno se efecta llevando las cotas de los puntos

sobre una lnea de base o curva de altura cero parablica, que representa la curvatura

de la Tierra ficticia con radio KR0. La ordenada de esta curva, para la abscisa genrica x, se

denomina flecha y equivale a la protuberancia de la Tierra. Llamndola ahora f(x), se

tiene:

Donde f(x) est en m y d-x en Km. K es el factor de correccin del radio terrestre para

tener en cuenta el efecto de refraccin atmosfrica. En Espaa se suele tomar K=4/3.

En la figura 1 se ha representado un perfil atendiendo a estos parmetros.

Figura No 1. Perfil con correccin del radio terrestre.

La altura z(x), sobre la horizontal de un punto genrico del terreno P a una distancia x del

transmisor, es igual a su cota geogrfica c(x) ms la flecha f(x): z(x)=c(x)+f(x)

Tradicionalmente, los perfiles se representan a partir de datos obtenidos manualmente de

mapas topogrficos. Estos representan el terreno de una zona geogrfica a una escala

determinada, en forma de retcula tridimensional, con coordenadas UTM: X, Y y la cota Z.


Para levantar un perfil del terreno seguiremos los siguientes pasos:

Localizacin sobre el mapa de los puntos donde se encuentran las estaciones

transmisora y receptora a partir de sus coordenadas.

Unir ambos puntos con una recta sobre el mapa topogrfico.

Localizar los puntos de interseccin de la recta anterior con las curvas de nivel del

plano.

Determinar la distancia entre cada punto consecutivo. Esto se puede hacer con una

regla o escalmetro y teniendo en cuenta la escala del mapa.

Representar de modo ordenado cada punto de la recta anterior en un eje cartesiano:

en el eje de abscisas la distancia horizontal entre antena transmisora y cada punto de la

recta, y en ordenadas la cota de cada punto.

Aadir a las cotas del eje cartesiano la flecha f(x) para tener en cuenta la curvatura de

la tierra.

Unir los puntos del eje cartesiano.

En la prctica este proceso se suele implementar por medio de software diseado para la

planificacin de Radioenlaces. Estos programas suelen trabajar modelos digitales del

terreno (MDT), a partir de los cuales son capaces de generar y calcular las

representaciones y perfiles del terreno pertinentes, sin ms que definir las coordenadas

de las estaciones transmisoras y receptoras.

Para mostrar el uso de este tipo de software, se va a emplear el Hertz Mapper de ATDI

(versin Demo). Este software de fcil manejo, nos permite calcular el perfil de elevacin

del terreno entre dos puntos definidos por sus coordenadas geogrficas. Vamos a realizar

el clculo del perfil de elevacin, ayudndonos de este software. Para ello siga

ordenadamente, los pasos que se describen a continuacin:

Descargue el Hertz Mapper del sitio http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/ en este

pueden descargar tanto el software como la licencia de registro del software y un

tutorial en el manejo del software.

Luego de descargado, instale y ejecute el Hertz Mapper, pulse sobre la ventana de

presentacin del programa.

Vaya al men Files -> File Server. Elija el directorio donde guardar el fichero con los

clculos del radioenlace y a continuacin, escriba en la ventana emergente radioenlace


y pulse en el botn Guardar. De este modo acabamos de crear un fichero de

proyecto llamado radioenlace.svr

En ventana de pestaa workspace, pulsar con el ratn sobre Digital Terrain Model y

luego 2 veces sobre none.geo. En la ventana emergente introducir el siguiente

nombre de archivo http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/N42W008.geo y pulsar en el botn

OK. Realizar la misma operacin en Primary image e introducir:

http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/N42W008.img; por ltimo introducir

http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/N42W008.pal en la ventana emergente de ttulo Open

palette file Si no consigue abrir del modo descrito los ficheros con la topografa, abra

el internet Explorer y escriba en el campo de direccin:

http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/N42W008.zip, de esta forma se descargar los 3

ficheros con la topografa al disco duro de su PC.

Marcar la opcin Open coverage & profiles y pulsar el botn Ok.

Se abren simultneamente dos ventanas con la topografa digital de la provincia de

Pontevedra en Espaa. Con el men de View podemos aumentar o disminuir el

zoom. Si movemos el puntero del ratn sobre cualquiera de los 2 planos se puede leer

en la barra inferior de la pantalla las coordenadas en formato UTM, DMS y la altura

sobre el nivel del mar, de la posicin del plano sobre la que se encuentra el puntero del

ratn. Puede inspeccionar los distintos mens disponibles; la mayora de las opciones

no son accesibles ya que se trata de una versin Demo del software.

Pulse con el botn izquierdo del ratn sobre un punto cualquiera del plano y en el

men emergente seleccione la opcin Add site->Through co-ordinates. En la

ventana emergente introduzca las coordenadas en las que se encuentra la estacin A.

Antes de introducirlas seleccione en Grid in el formato de las coordenadas adecuado

segn los datos que se toman de las coordenadas anteriores.

Una vez introducidas las coordenadas de la estacin, el programa solicita que se

definan el resto de los parmetros relacionados con la estacin transmisora: diagramas

de radiacin de la antena, potencia de transmisin, altura de la antena, etc. Introduzca

la altura de la antena en la casilla Height y acepte el resto de parmetros por


defecto. Escriba A en la casilla name

Una vez definida sobre el plano la estacin A, realice la misma operacin del paso

anterior para definir la estacin B. Una vez definidas aparecer sobre el plano un

cuadrado rojo con el nombre de cada una. Se pueden seleccionar colocando el ratn

encima del icono (cambia entonces al color azul), y pulsando el botn izquierdo del

ratn. En la ventana emergente se selecciona el nombre de la estacin y aparecen

varias opciones: con Tx parameters se puede cambiar su posicin y parmetros que

la definen.

Seleccione una de las estaciones y elija la opcin Profile. Lleve la lnea que aparece de

modo que una ambas estaciones. Entonces pulse con el ratn y aparecer el perfil de

elevacin entre ambas estaciones. En este perfil ya se tiene en cuenta un factor de

correccin K=4/3 como corresponde a Espaa.

Sobre el perfil de elevacin veremos adems los dos primeros elipsoides de Fresnel, la

orientacin ptima de la antena transmisora y la distancia del vano. Adems en la parte

inferior de la pantalla ver el despejamiento y el radio mximo del primer elipsoide de

Fresnel. Con los iconos podemos alterar dinmicamente varios de los parmetros sobre

el perfil para ver cmo cambia el radioenlace.

Inicialmente parta de la mnima longitud de mstil ht=hr=1m, y realice varios clculos

del radio de la primera zona de Fresnel y el despejamiento (vari la altura de las

antenas para obtener varias mediciones de la zona de Fresnel para el mismo enlace).

Compar el perfil de elevacin resultante del Hertz Mapper con el que haba obtenido

inicialmente y rellene la tabla con los resultados del Hertz Mapper y comprela con las

otras mediciones de los varias alturas de las antenas. En caso de que existan diferencias

intente encontrar una explicacin.

Tabla No 1. Cuadro Comparativo.


Sistema de Evaluacin

La prctica se calificar cuando el estudiante resuelva las preguntas planteadas en la

descripcin de la prctica y mediante la previa presentacin del informe de laboratorio en

una escala de 1 a 5. Luego las notas sern enviadas al director de curso para proceder a la

puntacin en el campus virtual.

Para la evaluacin se tendrn en cuenta los siguientes aspectos:

Participacin activa y presencial en el laboratorio.

Informe escrito y sustentacin de cada prctica.

Informe o productos a entregar

Se entregar un informe de laboratorio que contendr las preguntas formuladas en las

prcticas y el procedimiento seguido para obtener los datos. Deben entregarlo en formato

digital al tutor local y al tutor del curso.

Es necesario que mediante el simulador recomendado u otro similar se simulen todas las

configuraciones planteadas en las guas, o implementarlas si es posible en forma fsica. Las

imgenes del simulador o cualquier evidencia de desarrollo de la actividad se deben

incorporan tambin en el informe de prctica.

Retroalimentacin

En el campus virtual del curso, se crear un foro para retroalimentar la prctica y publicar

los resultados. Tambin se crear un tema para preguntas y respuestas. Debe tenerse en

cuenta que las fechas de ejecucin de las prcticas dependen de la programacin que

realiza cada CEAD, por lo tanto la fecha de publicacin de notas del componente prctico

depender tambin de dicha programacin.


PRACTICA No. 2 Carta de Smith

Tipo de practica




Temticas de la prctica Diseo y anlisis de impedancias en lneas de transmisin


Propsitos

Preparar al estudiante para que aprenda a obtener los

parmetros de las lneas empleando la Carta de Smith,

realizar adaptacin de impedancias mediante

cortocircuito variable y lneas con perdidas.

Conocer y entender la carta de Smith, as como sus

aplicaciones en el anlisis de lneas de transmisin.

Para esta prctica se utilizar el programa Smith Chart

V2.0 que permite analizar la adaptacin de impedancias

mediante la carta de Smith.

Objetivos

Al finalizar esta prctica el alumno ser capaz de:

Familiarizacin con el manejo de la Carta de Smith.

Conocer y entender la carta de Smith, as como sus aplicaciones en el anlisis de lneas de transmisin.

Identificar y definir los principales parmetros, elementos y equipos que caracterizan y componen una lnea de transmisin.

Obtener las prdidas por disipacin de calor en lneas de transmisin reales.

Caracterizar dichas prdidas hmicas mediante un parmetro denominado constante de propagacin.

Interpretar el comportamiento de las prdidas en funcin de la frecuencia y conductividad de los materiales.


Metas

Presentar al anlisis de requerimientos como punto de partida para la planeacin de lneas de transmisin.

Retomar conceptos vistos en otras asignaturas, desde un punto de vista aplicativo.

Explicar los conceptos, terminologas y tcnicas relacionadas con la adaptacin de impedancias.

Realizar una introduccin a la optimizacin y expansin de lneas de transmisin.



Competencias

Capacidad para Representacin de impedancias y admitancias.

Obtencin de parmetros de la lnea: coeficiente de reflexin, relacin de onda estacionaria, impedancia vista desde un punto.

Destreza en la aplicacin de metodologas de planeacin y diseo de Adaptacin de impedancias.




Temticas de la Unidad 2. La carta de Smith consiste en la representacin grfica, en el plano del coeficiente de reflexin, de la resistencia y la reactancia normalizadas. Esta herramienta grfica permite la obtencin de diversos parmetros de las lneas de transmisin y la resolucin de problemas de adaptacin de impedancias, evitando las


operaciones con nmeros complejos que suelen implicar estos clculos. En esta prctica se pretende que el alumno aprenda como obtener los parmetros de la lnea: coeficiente de reflexin, relacin de onda estacionaria, impedancia vista desde un punto. Descripcin de la practica

La carta de Smith es una herramienta grfica usada para relacionar un coeficiente de reflexin complejo con una impedancia compleja. La carta de Smith se puede utilizar para una variedad de propsitos incluyendo la determinacin de la impedancia, emparejar de la impedancia, optimizacin del ruido, la estabilidad etc. La carta de Smith es una ingeniosa tcnica grfica que virtualmente evita todas las tediosas operaciones con nmeros complejos. Por ejemplo, se puede determinar la impedancia de entrada a una lnea de transmisin dando su longitud elctrica y su impedancia de carga. En esta prctica se pretende que el alumno aprenda a obtener los parmetros de las lneas empleando la Carta de Smith, realizar adaptacin de impedancias mediante cortocircuito variable y lneas con perdidas. Para esta prctica se utilizar el programa Smith Chart V2.0 que permite analizar la adaptacin de impedancias mediante la carta de Smith. Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos)

Se requiere un computador de escritorio por estudiante y conexin a internet. Tambin

se puede realizar con un porttil desde la casa del estudiante.


Para esta prctica se utilizar el programa Smith Chart V2.0 que permite analizar la

adaptacin de impedancias mediante la carta de Smith. (versin Demo), Se requiere un

sistema operativo con acceso a Internet, no importa si es windows o Linux.

Metodologa


Estudio de los conceptos bsicos de la Carta de Smith: Construccin. Representacin de impedancias y admitancias. Obtencin de parmetros de la lnea: coeficiente de reflexin, relacin de onda estacionaria, impedancia vista desde un punto. Adaptacin de impedancias. Forma de trabajo:

El estudiante puede trabajar en la Universidad con la asistencia de un tutor o de forma virtual, siempre y cuando disponga de los medios necesarios para el desarrollo del trabajo. Los estudiantes de cada CEAD deben formar grupos con no ms de cinco


estudiantes que estn matriculados en el curso Microondas. Oportunamente, cada CEAD har pblica la programacin (fechas, horarios y sitio de trabajo) de prcticas de los cursos metodolgicos. Los estudiantes deben presentarse a cumplir con las sesiones asignadas al curso para desarrollar esta actividad prctica. Es necesario que los estudiantes lleven los elementos necesarios y claros los conceptos y procedimiento que van a desarrollar. Si disponen del software, es aconsejable que lleven el montaje listo con el fin de ganar tiempo. Una vez el tutor encargado de la prctica les d las explicaciones bsicas y recomendaciones a que haya lugar, los estudiantes del grupo completarn el montaje de cada una de las configuraciones solicitadas y la sustentarn, debidamente alimentada y en perfecto funcionamiento, al tutor presente quin tomar nota de este proceso para asignar posteriormente la nota correspondiente. En el foro del trabajo colaborativo se publicar la programacin de las sesiones de prctica que suministre cada CEAD. El correo interno del aula es un medio eficiente para que los estudiantes realicen las consultas directamente al Director del curso. Procedimiento:

La carta de Smith consiste en la representacin grfica, en el plano del coeficiente de reflexin, de la resistencia y la reactancia normalizadas. Esta herramienta grfica permite la obtencin de diversos parmetros de las lneas de transmisin y la resolucin de problemas de adaptacin de impedancias, evitando las operaciones con nmeros complejos que suelen implicar estos clculos. Para esta prctica se utilizar el programa Smith Chart V2.0 que permite analizar la adaptacin de impedancias mediante la carta de Smith y mediante las ecuaciones de las lneas de transmisin. Descargue el Smith Chart V2.0 del sitio http://www.grp.tsc.uvigo.es/rtvs/ en este pueden descargar tanto el software como la licencia de registro del software y un tutorial en el manejo del software. Luego de descargado, instale y ejecute el Smith Chart V2.0, pulse sobre la ventana de presentacin del programa y realice los siguientes representaciones.


Figura No 2. Ventana principal de Smith Chart V2.0 1. Una lnea de 50 est terminada por una resistencia de 30 en serie con una

reactancia capacitiva de 40. Hallar: a) L y ROE. b) la impedancia de entrada si la longitud de la lnea es L = 0.1 . c) los valores de longitud de lnea que llevan a una impedancia de entrada puramente

resistiva y los valores de estas impedancias. 2. Ubicar sobre la carta de Smith las siguientes admitancias: a) Una resistencia RA = 150. b) Una reactancia inductiva XB = i10. c) Una reactancia capacitiva XC = -i50. d) Una impedancia RL serie ZD = (15 + i10). e) Un circuito abierto ZE = . f) Un cortocircuito ZF = 0. Usar como impedancia de normalizacin el valor Z0 = 50.

3. Disear un circuito de adaptacin entre un generador de impedancia interna Zg = 50

y una impedancia de carga ZL = (25 - 13.2i) a la frecuencia de trabajo. Tener en cuenta que: No se pueden utilizar resistores para adaptar impedancias (slo capacitores e inductores). El adaptador de cuarto de onda debe intercalarse a una cierta distancia de la carga, para anular su parte imaginaria.


Para observar fcilmente el ancho de banda es til dibujar sobre la carta el crculo de ROE constante correspondiente a // = 0.2 En el caso de no lograr una adaptacin satisfactoria determine el mximo ancho de banda obtenible con todas las configuraciones probadas. Preguntas 4. En el adaptador de dos elementos, existe un nico par de elementos que adapta la

carga? 5. En los adaptadores de tres y cuatro elementos, cuntas posibilidades hay? Todas

tienen igual ancho de banda? 6. Es sensible el adaptador Stub al ancho de banda de las seales de inters?. Mencione

ventajas y desventajas con respecto al adaptador de cuarto de onda. 7. Analice la factibilidad tecnolgica de alguna de las adaptaciones conseguidas. Sistema de Evaluacin


descripcin de la prctica y mediante la previa presentacin del informe de laboratorio

en una escala de 1 a 5. Luego las notas sern enviadas al director de curso para proceder

a la puntacin en el campus virtual.






prcticas y el procedimiento seguido para obtener los datos. Deben entregarlo en

formato digital al tutor local y al tutor del curso.


configuraciones planteadas en las guas, o implementarlas si es posible en forma fsica.

Las imgenes del simulador o cualquier evidencia de desarrollo de la actividad se deben


Retroalimentacin







PRACTICA No. 3 DISEO Y SIMULACIN DE ANTENAS

Tipo de practica




Temticas de la prctica Diseo y anlisis de Antenas


Propsitos

Preparar al estudiante para la implementacin de una antena Yagi de 4 elementos que trabaje a la frecuencia de 1,2GHz caracterizada con sus parmetros bsicos, y la simulacin con el software 4NEC2X , que implemente el Mtodo de los Momentos y cuya funcin sea simular las caractersticas de radiacin y otros parmetros de antenas Yagi.

Con el programa de simulacin 4NEC2X se halla el patrn de radiacin y la impedancia de entrada de la antena. Con la antena Yagi implementada y con su puesta a punto de funcionamiento, se validan los resultados simulados.

Objetivos

Familiarizacin con el manejo del el software 4NEC2X.

Identificar y definir los principales parmetros, elementos y equipos que caracterizan y componen una antena.

Interpretar el comportamiento de las antenas en funcin de la frecuencia y conductividad de los materiales.

Metas

Presentar al anlisis de requerimientos como punto de partida para la planeacin del diseo de antenas.

Retomar conceptos vistos en otras asignaturas, desde un punto de vista aplicativo.

Explicar los conceptos, terminologas y tcnicas


relacionadas con la adaptacin de impedancias.



Competencias

El contenido de la prctica realizada se describe en los siguientes objetivos a cumplir:

Disear una antena monopolos operante a una frecuencia de 900MHz.

Fabricacin de dicha antena.

Observar y analizar los resultados que nos proporciona el analizador de redes del laboratorio.

Si es necesario, sintonizar la antena para lograr un desempeo ptimo (se dej el cable esmaltado ms largo con el fin de ir cortando hasta ajustar la antena para un desempeo ptimo).




Temticas de la Unidad 3. En el anlisis y diseo de antenas, sobresalen dos mtodos

numricos de electromagnetismo computacional (CEM): el mtodo de los momentos

(MoM) y el mtodo de las diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD). El uso del

primero ha sido bien establecido por varias dcadas, mientras que el potencial del

segundo en trabajo con antenas se ha comenzado a explotar recientemente.

En esta prctica se pretende que el alumno aprenda cmo obtener los parmetros de las antenas, el componente principal bajo el control del planificador de radio en trminos de diseo de enlace detallado es la ANTENA. Sus caractersticas generales incluyen ganancia, rechazo a la interferencia, altura sobre el nivel del suelo, carga en la torre, son todos factores crticos para obtener un diseo exitoso. Por esta razn se dedica un captulo


completo a la antena, su alimentador asociado y sistema auxiliar. Descripcin de la practica

El estudiante realizara la implementacin de una antena Yagi de 4 elementos que trabaje a la frecuencia de 1,2GHz caracterizada con sus parmetros bsicos, mediante la simulacin con el software 4NEC2X , que implemente el Mtodo de los Momentos y cuya funcin sea simular las caractersticas de radiacin y otros parmetros de antenas Yagi. En lo que sigue se dar una introduccin al conocimiento de las antenas. Se revisar el funcionamiento de las antenas desde el punto de vista de la teora electromagntica, para luego revisar algunos tipos de antenas y ver el estado del arte en esta rea. En cuanto al tratamiento de las materias, se vern en forma sintetizada los tpicos ms importantes, y se pretende que con la ayuda de las referencias el alumno pueda ir profundizando tanto en teora como en tratamiento matemtico las materias que ms le interesen. Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos)

Se requiere un computador de escritorio por estudiante y conexin a internet. Tambin

se puede realizar con un porttil desde la casa del estudiante.


Con el programa de simulacin 4NEC2X se halla el patrn de radiacin y la impedancia de entrada de la antena. Con la antena Yagi implementada y con su puesta a punto de funcionamiento, se validan los resultados simulados. Se requiere un sistema operativo con acceso a Internet, no importa si es windows o Linux. Metodologa


En lo que sigue se dar una introduccin al conocimiento de las antenas. Se revisar el funcionamiento de las antenas desde el punto de vista de la teora electromagntica, para luego revisar algunos tipos de antenas y ver el estado del arte en esta rea. En cuanto al tratamiento de las materias, se vern en forma sintetizada los tpicos ms importantes, y se pretende que con la ayuda de las referencias el alumno pueda ir profundizando tanto en teora como en tratamiento matemtico las materias que ms le interesen. Forma de trabajo:

El estudiante puede trabajar en la Universidad con la asistencia de un tutor o de forma virtual, siempre y cuando disponga de los medios necesarios para el desarrollo del trabajo. Los estudiantes de cada CEAD deben formar grupos con no ms de cinco


estudiantes que estn matriculados en el curso Microondas. Oportunamente, cada CEAD har pblica la programacin (fechas, horarios y sitio de trabajo) de prcticas de los cursos metodolgicos. Los estudiantes deben presentarse a cumplir con las sesiones asignadas al curso para desarrollar esta actividad prctica. Es necesario que los estudiantes lleven los elementos necesarios y claros los conceptos y procedimiento que van a desarrollar. Si disponen del software, es aconsejable que lleven el montaje listo con el fin de ganar tiempo. Una vez el tutor encargado de la prctica les d las explicaciones bsicas y recomendaciones a que haya lugar, los estudiantes del grupo completarn el montaje de cada una de las configuraciones solicitadas y la sustentarn, debidamente alimentada y en perfecto funcionamiento, al tutor presente quin tomar nota de este proceso para asignar posteriormente la nota correspondiente. En el foro del trabajo colaborativo se publicar la programacin de las sesiones de prctica que suministre cada CEAD. El correo interno del aula es un medio eficiente para que los estudiantes realicen las consultas directamente al Director del curso. Procedimiento: Para esta prctica se utilizar el programa 4NEC2X que permite simular la radiacin de antenas. Descargue el programa 4NEC2X del sitio http://home.ict.nl/~arivoors/ en este pueden descargar tanto el software como la licencia de registro del software y un tutorial en el manejo del software. Luego de descargado, instale y ejecute el 4NEC2X, pulse sobre la ventana de presentacin del programa y realice los siguientes representaciones. El software 4NEC2 cuenta con una interfaz grfica donde el usuario tiene la opcin de introducir los valores de las longitudes de los elementos y las distancias entre estos ya sea por medio de las coordenadas de los elementos, o directamente dibujando la antena completamente en la interfaz. El punto de resonancia de una antena es la frecuencia a la que la parte imaginaria de la impedancia se anula (se hace 0). Esto ocurre a la frecuencia a la que la antena tiene una longitud elctrica de /4. A partir de esto calculamos la longitud de la antena como:

La impedancia de un monopolo depende fundamentalmente de la longitud elctrica y del

dimetro del alambre utilizado. Las simulaciones de la antena con los parmetros obtenidos

con los clculos y con algunos ajustes pequeos se encuentran a continuacin:


Figura No 3. Ventana Principal 4NEC2 impedancia de entrada.

Se utilizo el simulador para radiacin de antenas 4NEC2, donde se iniciaba como muestra la

figura No 3; y a partir de la edicin en 3D se obtena una ventana detallada donde era

posible describir la forma del monopolo (Figura No 4).

Figura No 4, Edicin Geomtrica Monopolo 900Mhz, 4NEC2

Teniendo la estructura terminada, para unas medidas de plano de tierra de 40x40cm se

procede ahora a la definicin de fuentes para la realizacin de simulacin; para ello dentro

de la misma ventana de edicin en 3D, se anexan las fuentes pertinentes, como muestra la

figura No 5.


Figura No 5, Creacin de Fuente de Corriente, 4NEC2

Luego de la validacin del diseo y comprobando de no tener errores en la geometra que

no permitan la simulacin, se procede a la Simulacin del modelo.

Figura No 6, Barrido en frecuencia, 4NEC2

Para realizar un barrido en frecuencia se abre la ventana de dialogo que se muestra en la

figura No 6; a partir del cual se tienen los siguientes resultados:

Wavelength = 0.333m

Impedancia = 30.1 j22.8

SWR (50) = 2.14

Eficiencia = 100%

Radiad Eff. = 93.23%

Adems de otras caractersticas propias del diseo que se muestran en la figura No 7. Para


las especificaciones requeridas desde el principio, la antena diseada es apta.

Figura No 7, Resultados Monopolo 900Mhz, 4NEC2

Repita los procedimientos anteriores con la variacin de los parmetros (los valores de las

longitudes de los elementos y las distancias entre estos ya sea por medio de las

coordenadas de los elementos, o directamente dibujando la antena completamente en la

interfaz) de la antena monopolo para hallar por medio de simulacin el patrn de

radiacin plano E y la impedancia de entrada de la antenas.

Obtener para unos nuevos valores de alimentacin y frecuencia donde se muestre el valor

de la impedancia de entrada, el patrn de radiacin de plano vertical.

Los parmetros introducidos son:

Frecuencia de trabajo = 1200 MHz

Tensin de Alimentacin = 1 V.

Nmero de elementos = 4

Nmero del elemento Activo = 2

Radio de los elementos = 0.005 metros.

Junto con las respectivas longitudes de los elementos y las distancias entre stos:

Longitud elemento 1 = 0.114 metros





Distancia entre elemento 1 y 2 = 0.0415 metros



Sistema de Evaluacin


descripcin de la prctica y mediante la previa presentacin del informe de laboratorio

en una escala de 1 a 5. Luego las notas sern enviadas al director de curso para proceder

a la puntacin en el campus virtual.






prcticas y el procedimiento seguido para obtener los datos. Deben entregarlo en

formato digital al tutor local y al tutor del curso.


configuraciones planteadas en las guas, o implementarlas si es posible en forma fsica.

Las imgenes del simulador o cualquier evidencia de desarrollo de la actividad se deben


Retroalimentacin







7. FUENTES DOCUMENTALES

[1] Tutorial uso de 4NEC2 para la simulacin de antenas. Universidad de los Andes, Bogota Colombia, Julian A. Herrera.

[2] Laboratory session 2 - biref introduction to the laboratory equipment - preliminary version 2, Julian A. Herrera Nicolas Mora P; 23 Sep 2003.

[3] Reinoso, J.O., Clculo de campos elctricos por el mtodo de los elementos finitos, Tesis de Grado, UIS, 1983.

[4] Acevedo, A.M., Acosta, C.J., Simulacin de la interaccin dielctrico-microondas en una cavidad resonante, Tesis de Grado, UIS (2004).

[5] Roger F. Harrington, Field Computation by Moment Methods, The Macmillan Company New York, 1968.

[6] Warren L. Stutzman, Gary A. Thiele, Antenna Theory and Design, 2nd ed., Wiley and Sons, 1997.

[7] LabVolt, Fundamentos de las Antenas, Quebec, Canada.

[8] Thomas A. Milligan, Modern Antenna Design, ed., McGraw-Hill, 1985, pp. 332-345.

[9] Morris Tischler , Antenas and Transmisin Lines, Science Instrument Company, Baltimore, MD, U.S.A.

[10] E Hubregt J. Visser, Array andPhased ArrayAntenna Basics, John Wiley & Sons, 2005

[11] Robert J. Mailloux, Phased Array Antenna Handbook, ARTECH HOUSE, INC., 2005

[12] ROBERT H. KYLE, Mutual Coupling Between Log-Periodic Antennas, IEEE trans 1969

[13] Kai Chang: RF and Microwave Wireless Systems, Copyright # 2000 John Wiley & Sons, Inc., pp. 67-80

[14] Balanis, C.A., Antenna Theory: Analysis and Design, John Wiley & Sons, Inc, 1997.

Sitios WEB

www.atdi.com

http://translate.google.com/translate?hl=es&sl=en&u=http://www.angelfire.com/sc/felip

emeza/pub3.html& http://quantum.ucting.udg.mx/uctn/cursos/index.html

http://telecom.fib.unam.mx/download.htm

http://mailweb.pue.udlap.mx/~lgojeda/tutoriales/ie38001/page75.htm


http://216.239.35.120/translate_c?hl=es&u=http://www.ee.surrey.ac.uk/Personal/D.Jeffe

ries/smith.html&prev=/

http://216.239.35.120/translate_c?hl=es&u=http://www.ee.surrey.ac.uk/Personal/D.Jeffe

ries/stubmatch.html&prev=/

http://mailweb.udlap.mx/~lgojeda/apuntes/electro/capitulo7/chapter7.htm

http://www.swisswireless.org/wlan_calc_en.html: clculo de enlaces, Zona Fresnel,

radiacin por difraccin, etc. Simple pero claro.

http://www.zytrax.com/tech/wireless/calc.htm: varios calculadores, incluyendo Fresnel,

difraccin y Friis.

http://gbppr.dyndns.org:8080/fresnel.main.cgi: Fresnel

http://my.athenet.net/~multiplx/cgi-bin/knife.main.cgi: difraccin

www.ansoft.com : Empresa dedicada a programas de simulacin de campos, tambin

tiene productos de simulacin tipo Spice

www.sonnetusa.com : Otra empresa que se dedica a softwares de simulacin de campos

Public domain MININEC is available in the following programs (with Web URLs listed):

NEC4WIN (Windows) from Orion: http:// www.cam.org/~mboukri.

Date post:	09-Oct-2015
Category:	Documents
Upload:	blanca-goyeneche
View:	36 times
Download:	0 times

208018-GUIAS INTEGRADA MICROONDAS 2014.pdf

Documents