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Comité Editorial

Juan Carlos García Ojeda Docente Investigador – UNAB. Daniel Arenas Seeley Docente Investigador – UNAB. Santiago Felici Castell Docente Investigador – Universidad de Valencia, España. Gareth Barrera Sanabria Docente Investigador – UNAB. Freddy Méndez Ortiz Docente Investigador – UNAB. Hugo Vecino Pico Docente Investigador – UNAB. Carlos Gilberto Delgado Beltrán Docente UNAB. Wilson Briceño Pineda Docente Investigador – UNAB. Roberto Carvajal Salamanca Docente Investigador – UNAB. Olga Lucía Monroy Vecino Docente Investigador – UNAB. Román Eduardo Sarmiento Porras Docente Investigador-UNAB.

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Directivos UNAB Gabriel Burgos Mantilla Rector. Eulalia García Beltrán Vicerrectora Académica. Jorge Humberto Galvis Cote Vicerrector Administrativo. María Victoria Puyana Silva Secretaria General. Germán Oliveros Villamizar Director Escuela de Ciencias Naturales e Ingeniería. Víctor Manuel Sarmiento Director de Investigaciones. Eduardo Carrillo Zambrano Director Laboratorio de Cómputo Especializado. Wilson Briceño Pineda Decano Facultad de Ingeniería de Sistemas.

Facultad de Ingeniería de Sistemas MISION Nuestra misión es propender por la educación de personas integrales y de excelencia en las áreas de los Sistemas, la Informática y las Ciencias Computacionales, con una sólida formación humanística y de gestión, que respondan a las necesidades de la sociedad, mediante la sinergia de un grupo de docentes y administrativos altamente calificados, infraestructura, recursos tecnológicos y un currículo soportado en principios educativos coherentes con el modelo pedagógico vigente en la Universidad, el cual propende por el desarrollo del pensamiento científico de los estudiantes. VISION Para el año 2006, nuestra facultad será reconocida a nivel nacional e internacional por su liderazgo en el área de la informática y los sistemas y por su aporte interdisciplinario a la solución de problemas relacionados con estas áreas. Será referenciada por su alta calidad docente, su interrelación con la comunidad y los entes externos que propicien la acción articulada y competente de sus funciones docentes, investigativas y de extensión en pro del desarrollo de su comunidad.

Universidad Autónoma de Bucaramanga

Semillero de Comunicación de Datos “Alexander Graham Bell” Facultad de Ingeniería de Sistemas

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Editorial Laboratorio modos de propagación, Longitud de onda y velocidad de fase en una guía de onda. Carlos Andrés Rocha Silva, Hugo Vecino Pico. Laboratorio Antena Helicoidal. Carlos Andrés Rocha Silva. Laboratorio Sobre Ruido en Sistema PCM (Pulse Code Modulation). Juan Manuel Ballesteros Navas. Laboratorio de Antena Espiral. Néstor Eduardo Mónoga Durán. Laboratorio Antena Yagi. Sergio Eduardo González D. Laboratorio, Antena Dipolo de Media Onda. Raúl Andrés Osorio Vargas. Laboratorio Antena Drooping. Jaime Alberto del Río Eslava. Laboratorio de Antena de Corneta. Álvaro Enrique Guerrero Pereira. Laboratorio de Amplitud, Modulación con y sin Supresión de la Portadora. Juan Manuel Ballesteros Navas. Simulación de la Transmisión Inalámbrica de Señales Mediante la Tecnología de Antena Dipolo Doblado Juan Pablo Peláez Sarmiento. Evaluación de técnicas de medición de ancho de banda disponible “abet’s”. Shirly M. Carrasquilla, Edinson Ulloque , César Guerrero

Contenido



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Editorial Tenemos el orgullo de presentar a la comunidad académica del país el tercer volumen de la revista comunicación de datos, creada en el marco semillero de investigación en comunicación de datos, “Alexander Graham. Bell”, que funciona ya desde hace cuatro años y fruto de la constancia es este nuevo volumen de la revista. Seguimos empeñados en alcanzar nuestra meta de crear un espacio de divulgación; para estudiantes y profesores de ingeniería que trabajan en el área de telecomunicaciones, con la intención de compartir experiencias y de esta manera generar discusión científica alrededor de las nuevas tecnologías y, así generar espacios para la reflexión y la crítica que redunden en beneficio de los consumidores de tecnologías informáticas, que en última instancia somos todos. En esta oportunidad los estudiantes de sexto y séptimo semestre de la facultad de ingeniería de sistemas, han desarrollado diferentes experimentos acerca de comunicaciones inalámbricas, usando los dispositivos que se encuentran en el laboratorio de telecomunicaciones de la UNAB; experimentos como, el laboratorio modos de propagación, longitud de onda y velocidad de fase en una guía de onda, también el laboratorio de Antena Helicoidal, es importante mencionar el laboratorio sobre Ruido en Sistema PCM (Pulse Code Modulation), y el laboratorio de Antena Espiral, entre otros trabajos, que son muy interesantes y de alta aplicabilidad para nuestra cotidianidad, tanto en el hogar como en la industria, ya que en este momento histórico las comunicaciones inalámbricas se muestran como la más alta alternativa de desarrollo empresarial. Y uno de los propósitos del semillero es entre otros, despertar en el estudiante inquietudes para resolver problemas de su contexto. Hago una mención especial a los estudiantes de IX semestre quienes quisieron compartir con nosotros su experiencia en su proyecto de grado titulado EVALUACIÓN DE TÉCNICAS DE MEDICIÓN DE ANCHO DE BANDA DISPONIBLE “ABET’s”, dirigidos por el profesor Cesar Guerrero. Finalmente quiero dar las gracias a todos los estudiantes que colaboraron con este número de la revista y a los profesores de la facultad de Ingeniería de Sistemas, y de manera muy especial a Roberto Carvajal, Juan Carlos García Ojeda y a Leonardo Valenzuela quienes prestaron un servicio importante para esta edición. Bucaramanga, Junio de 2006 Hugo Vecino Pico Editor y Director.



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Laboratorio Modos de Propagación, Longitud de Onda y Velocidad de Fase en una Guía de Onda

Carlos Andrés Rocha Silva, Hugo Vecino Pico,

e-mail : crocha, [email protected]

Resumen

En este artículo se muestra el modo de propagación de una microonda a través de una guía de onda y las características de la Relación de Onda Estacionaria (o SWR, por sus siglas en inglés Standing Wave Ratio). Se realiza el montaje del laboratorio en el cual se propagan las microondas a través de una guía de onda y de diversos moduladores, tales como el oscilador de Gunn, el Atenuador variable y el generador de onda cuadrada. Al final la señal es recibida por una plantilla reflectora que genera que la onda se refleje y se produzca un efecto de onda estacionaria. Luego se mostrará como resultado que el SWR está directamente relacionado con el voltaje que se le proporcione al circuito, por lo variará en mayor o menor medida de acuerdo a los cambios de estos parámetros. Para esto se usará el indicador de SWR que mostrará la variación de la onda estacionaria. Palabras clave: Relación de onda Estacionaria, Voltaje, Frecuencia, Guía de Onda, Microondas. .

1. Introducción [1]

Las Microondas son ondas electromagnéticas que son utilizadas en una inmensa medida para las comunicaciones inalámbricas gracias a su sus características de fácil y confiable propagación, pues no son afectadas fácilmente por los obstáculos físicos, aunque presentan ciertas desventajas debido a los cambios climáticos. Debido a esto, su uso a diario se incrementa para la transmisión de voz, televisión, en hornos de cocción con microondas, y en especial en la industria de los celulares. En este proyecto se analiza la efectividad que puede tener un circuito controlado de emisión de señales de microondas y como puede afectar esta efectividad el cambio en las

características fundamentales de la señal transmitida.

2. Conceptos fundamentales:

2.1. Microondas en la actualidad [1][2]: Las microondas pertenecen al rango entre los 300 MHz y los 40 GHz, lo que le permite manejar frecuencias lo suficientemente altas para lograr una excelente direccionalidad. Pero debido a esto su demanda ha aumentado mucho en el mundo de las comunicaciones, y su uso hoy en día esta estrictamente regulado, pues puede generarse un solapamiento de señales, por lo que su uso en distintas frecuencias esta muy bien estipulado. 2.2. Guías de onda (figura 1) [3] [4] [5]:


Semillero de comunicación Alexander Gramham Bell Facultad de Ingeniería de Sistemas

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Figura 1, guía de onda

La transmisión de ondas con una frecuencia mayor a los 20 GHz es muy difícil a través de los hilos conductores normales, pues la atenuación causada por el tipo de superficie y las perdidas por radiación generarían un envío de datos muy ineficiente. Debido a esto, surgen las guías de onda como alternativa para la transmisión de señales de microondas de alta y ultra alta frecuencia. Las guías de onda, en su forma básica, son tubos huecos con una sección transversal generalmente rectangular, aunque pueden ser rectangulares o elípticas. La guía de onda no conduce la corriente en si, es un medio por el que pueden transportarse fácilmente las ondas electromagnéticas gracias a que las paredes de esta son conductoras, permitiendo que la onda viaje describiendo un zigzag a través de toda la guía de onda. 2.2.1. Modos de propagación [6] [7]: Un modo de propagación es la configuración con la que una onda viaja a través de una guía de onda. Existen dos modos de propagación, aunque existe un tercero que debe tomarse en cuenta:

• TEM (modo transversal electromagnético): en este modo, tanto el campo eléctrico como el campo magnético de la onda son

transversales a la dirección de propagación, por lo que no hay componentes de la onda en la dirección del viaje de la señal, por lo que finalmente no hay transmisión de la señal.

• TE (modo transversal eléctrico):

en este modo no existe campo eléctrico en la dirección de propagación, más si campo magnético, por lo que todos los componentes del campo se derivan del campo magnético.

• TM (modo transversal magnético):

en este modo no existe campo magnético en la dirección de propagación, más si campo eléctrico, por lo que todos los componentes del campo se derivan del campo eléctrico.

El modo de propagación es importante en la medida en que permite determinar una medida en la que se pueda generar la onda estacionaria. Por ejemplo, el modo de propagación en TE que es de orden superior no son aptas para recibir la señal reflejada. 2.3. Relación de Onda Estacionaria (SWR) [8] [9]: En el momento en el que una onda viajera choca con una superficie, esta puede sufrir de una reflexión, lo cual indica que la onda no pudo atravesar dicha superficie o que solo pudo lograrlo en parte, por lo que se genera una onda viajera en sentido contrario a la onda original, pero generalmente con una menor amplitud. Si se siguen transmitiendo ondas por el mismo medio, estas ondas viajeras y



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reflejadas se superponen generando una nieva onda. El efecto que se produce en el momento en que una onda incidente y una onda reflejada se superponen se conoce como “Onda Estacionaria”, cuya longitud de onda es la mitad o un múltiplo de la mitad de la onda incidente. En el momento en el que las ondas se superponen, estas generan una serie de nodos y antinodos en el punto en que alguna de las ondas tiene el máximo de amplitud, repitiendo el ciclo, como se ve en las figura 2.

Figura 2, Onda en un nodo

Figura 3, Onda en un antitodo Ahora, la relación de onda estacionaria la definimos como la distancia entre el máximo y el mínimo voltaje que se generan cuando la onda se encuentra en un nodo, como se ve en la figura 4.

Figura 4, relación de onda estacionaria

3. Materiales necesarios [10]:

Los materiales que se usaron se tomaron del kit de entrenamiento para antenas de los Laborarios ED, entre los cuales se encuentran:

Figura 5, Fuente de poder

3.1. Fuente de poder (figura 5)

Es el dispositivo que suministra la energía necesaria para que se pueda transmitir la señal.



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3.2. Oscilador Gunn (figura 6):

Figura 6, Oscilador Gunn.

Genera frecuencias de microondas, esto lo hace conectando un diodo Gunn a una fuente de poder de 8 a 10 V de corriente directa. El poder de salida del oscilador de Gunn varía de 5 a 20 miliwatts dependiendo del voltaje suministrado. 3.3. Medidor de Frecuencia (figura 7):

Figura 7, Medidor de frecuencia El principio básico del medidor de frecuencia viene de las características de la cavidad resonante que esta adherida a la guía de onda. La señal de microondas esta acoplada a la cavidad resonante a través de una pequeña abertura entre la cavidad y la guía de onda. El tamaño de la cavidad (y por ende, la frecuencia de resonancia de la cavidad) puede variar al girar la perilla ajustable. Cuando la frecuencia de resonancia de la cavidad es igual a la frecuencia de la guía de

onda, hay una máximo de energía transferida por la guía de onda de la cavidad. La frecuencia real se obtiene leyendo el marcador calibrado.

3.4. Modulador PIN-Diodo(figura 8):

Figura 8, Modulador PIN-Diodo

Para este dispositivo se usa la propiedad del diodo de PIN que está ubicado en la guía de onda para controlar el flujo de energía. Cuando su polaridad es revertida, la inserción de perdida del diodo es tan pequeña que no afecta el flujo de energía. Pero cuando se elimina esta limitación, el diodo puede controlar el flujo, creando un efecto de modulación de amplitud o pulso. 3.5. Generador de Onda Cuadrada (figura 9):

Figura 9, Generador de Onda Cuadrada

Al aplicarle 1kHz de voltaje al modulador de PIN-Diodo, este oscilador hace posible la



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alteración de la onda sinusoidal a la microonda. Estas alteraciones son útiles para observar los cambios que sufre la onda al cambiar varios parámetros, tales como la frecuencia, la atenuación y el suministro de corriente directa. 3.6. Atenuador Variable (figura 10):

Figura 10, Atenuador Variable.

Provee una atenuación variando el grado de inserción de una línea de resistencia emparejada a una guía de onda. Se usa para controlar el nivel de poder, o para aislar una fuente de un receptor. 3.7. Línea ranurada (figura 11):

Figura 11, Línea ranurada Se usa para probar las características de las ondas estacionarias en guías de onda, midiendo la amplitud y la fase del patrón de la onda. A través de esto podemos afectar la longitud de onda, la relación de onda

estacionaria, y la impedancia de la línea de transmisión. Un arreglo formado por un detector de cristal y un probador que esta diseñado para deslizarse a través de la línea ranurada mientras el probador comprueba los campos en la guía de onda y el detector de cristal provee una señal rectificada. La fuerza de la señal detectada depende de la profundidad del probador, y debe buscarse la profundidad adecuada, pues muy poca podría causar que la señal detectada sea muy débil; y mucha profundidad podría reducir substancialmente la señal de poder principal en la guía de onda pudiendo incluso causar distorsión del campo. 3.7. Indicador SWR (figura 12):

Figura 12, Indicador SWR

Permite medir la relación de onda estacionaria que se genera en un circuito controlado de manera que se pueda medir la calidad de envío y de recepción en una señal transmitida, al medir la onda transmitida y la onda reflejada en forma de voltaje. Las agujas variaran de acuerdo a esta diferencia de voltaje y se determinara la relación del circuito actual.



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3.7. Guía de onda recta (figura 13):

Figura 13, Guía de onda recta

Una guía de onda recta usada para transmitir la señal electromagnética.

3.7. Plantilla Reflectora (figura 14):

Figura 14, Plantilla Reflectora

Es un medio para reflejar las ondas electromagnéticas que choquen con esta para generar una onda reflejada.

4. Elaboración paso a paso del laboratorio

El laboratorio consistió en la transmisión y medición de una señal de microondas a través montaje especialmente diseñado generar un efecto de onda estacionaria y medir la relación de esta mediante el indicador SWR. Se tomaron los implementos necesarios del kit de entrenamiento de microondas de los

laboratorios ED y se armaron de la siguiente forma: Se debe unir la fuente de poder al Oscilador de Gunn, de manera que se supla de energía a todo el circuito y se pueda generar la señal. Ahora debe unirse el oscilador de Gunn al modualdor Pin-Diodo, el cual debe estar sostenido por un soporte y permitirá el paso de mayor o menor energía. El Pin-diodo debe ahora conectarse con el generador de onda cuadrada el cual suministrara los cambios a la señal que sean necesarios. El siguiente paso es conectar el atenuador variable, de manera que la señal se pueda modificar al aumentar o disminuir la resistencia. Ahora debe conectarse el medidor de frecuencia, que permitirá modificar la frecuencia suministrada hasta este punto. Ahora la línea ranurada (que deberá posteriormente conectarse al indicador SWR), y por último la guía de onda recta, que será la que finalmente envíe la señal desde el oscilador de Gunn hasta el medio. Es en este punto donde se coloca la plantilla reflectora de manera que pueda generarse la onda reflejada de vuelta por el circuito, pero para poder medir esto debe asegurarse la unión entre el indicador SWR a la línea ranurada. El montaje final debe verse como se evidencia en la figura 15.



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Figura 15, Montaje Completo

Descripción del montaje completo: 1. Fuente de poder. 2. Generador de frecuencia. 3. Indicador SWR. 4. Oscilador de Gunn. 5. Modulador Pin-Diodo. 6. Atenuador Variable. 7. Medidor de Frecuencia. 8. Línea ranurada 9. Guía de onda recta. 10. Plantilla Reflectora. Ahora, para el desarrollo del laboratorio debe suministrársele un voltaje al oscilador de Gunn encendiendo la fuente de poder. También debe 1 KHz de voltaje pico a pico al modulador Pin-Diodo desde el generador de onda cuadrada. El atenuador variable debe ajustarse de manera que genera una resistencia no mayor a 10 db, y se debe encender el indicador SWR de manera que empiece a registrar los cambios en estos parámetros. A continuación deben hacerse las pruebas pertinentes a los cambios que podría sufrir el SWR del circuito, pues la señal ya ha sido

generada y esta siendo reflejada por la plantilla reflectora. De esta forma se da por concluido el desarrollo del laboratorio.

5. Resultados: Posteriormente a la montaje y la experimentación de los cambios que sufre la relación de la onda estacionaria evidenciados a través del indicador SWR, se observa que la modificación de los distintos parámetros que pueden modificarse (atenuación, frecuencia de la onda cuadrada, aumento de la corriente directa) tienen un efecto ínfimo sobre la onda estacionaria, con la excepción de dos parámetros que tienen una gran influencia. El voltaje y la frecuencia transmitida, cuya magnitud puede alterarse en la fuente de poder y en el oscilador de Gun (respectivamente), afectan de una forma significativa la relación de onda estacionaria. También se evidencian cambios al colocar una segunda plantilla en el extremo abierto de la guía de onda recta, generando un mayor SWR, pues hay un mayor índice de reflexión de las microondas.

6. Conclusiones:

Las microondas son capaces de atravesar distintas superficies, pero no sin el uso de un medio adecuado de transmisión. Las guías de onda representan un buen medio de propagación de para las microondas, de manera que pueden direccionarse fácilmente.

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Debido a que el voltaje representa la amplitud de la onda transmisora, y debido a esto tiene una inmensa influencia en la onda reflejada y por ende en la suma de las dos (mejor conocido como onda estacionaria), se puede ver claramente su conexión con la relación de onda estacionaria que se produce. 7. Bibliografía: [1] William Stallings; Comunicaciones y redes de computadores; 2004; 7 Edición; Prentice Hall; pag: 112-116. [2] Wayne Tomasi; Sistemas de comunicaciones electrónicas; Cuarta Edición; Pearson Education; 2003; pag: 400-406. [3] John D. Kraus, Ph.D.; Antennas; McGraw Hill Book Company; 1950; pag: 1-3. [4] Wayne Tomasi; Sistemas de comunicaciones electrónicas; Cuarta Edición; Pearson Education; 2003; pag: 409-416

[5] G.E. Hutter Rudolf; Beam and Wave Electronics in Microwave Tubes; segunda edicion; D. Van Nostrand Company; 1960; pag: 23-33. [6] ibid, pag: 43-48. [7] ED Laboratories; Microwave Trainer Manual for Experiments, ED 3000; pag: 39-46. [8] Wayne Tomasi; Sistemas de comunicaciones electrónicas; Cuarta Edición; Pearson Education; 2003; pag: 328-333. [9] Wikipedia, the free enciclopedia; Ultima revisión: 9 de Marzo de 2006; Visitado en: 15 Marzo de 2006; Disponible en: http://en.wikipedia.org/wiki/Standing_wave_ratio [10] ED Laboratories; Microwave Trainer Manual for Experiments, ED 3000; pag: 2-12.



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Laboratorio Antena Helicoidal

Carlos Andrés Rocha Silva [email protected]

Resumen

En este artículo se muestran los pasos para medir el patrón radial para el Plano E y el Plano H de una Antena Helicoidal usada en la frecuencia de 10 GHz y a su vez, estudiar las características de polarización de este tipo de Antena. La experiencia consiste en el envío de una señal a través de una antena de corneta a una antena receptora helicoidal y la toma de datos del proceso a través del Antenna Trainer, un software especializado para obtener este tipo de datos sobre las antenas. Fue posible la confirmación del comportamiento de la Antena Helicoidal funcionando en modo axial, de manera que se recibe la señal en forma de polarización circular. También se obtuvieron las características principales de la señal recibida en la antena helicoidal, tales como la atenuación, la ganancia y el ancho de banda. Palabras clave: Ancho de Banda, Atenuación, Antena de Corneta, Antena Helicoidal, Ganancia, Patrón Radial. 1. Introducción

Una antena es un sistema conductor metálico formado por una serie de conductores separados por cierta distancia que depende del tipo de antena, cuya función consiste en transmitir o recibir señales electromagnéticas desde o hacia un medio [1]. Esto se logra mediante la transformación de los componentes de tensión y corriente de una señal proveniente de un transmisor, en campos eléctricos y magnéticos de manera que combinados se propaguen en un medio, o realizar el proceso inverso y retransformar una señal del medio a una tensión y una corriente para su amplificación y demodulación [2]. Los datos y la experiencia se realizaron en el Laboratorio de Telecomunicaciones de la UNAB donde se utilizaron los materiales del kit de entrenamiento de antenas elaborado por los Laboratorios ED.

2. Conceptos básicos de las antenas:

Una antena siempre debe estar conectada a un transmisor, e idealmente deberá irradiar el máximo de potencia posible con un mínimo de pérdidas. Todas las antenas tienen algo llamado la “ganancia”, que es la potencia de amplificación de la señal, y representa la relación entre la intensidad de campo que puede generar una antena en un punto determinado y la intensidad de campo que produce una antena omnidireccional (isotrópica) en el mismo punto y en las mismas condiciones. La ganancia directiva máxima se conoce como directividad. Se mide en dB. [3]


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No toda la potencia suministrada a la antena se irradia. Parte de ella se convierte en calor y se disipa, o se refleja de nuevo al transmisor. La resistencia de radiación es un poco "irreal", en cuanto a que no puede ser medida directamente. La resistencia de radiación es una resistencia de la antena en corriente alterna y es igual a la relación de la potencia radiada por la antena y el cuadrado de la corriente en su punto de alimentación. La resistencia de radiación es la resistencia que, si reemplazara a la antena, disiparía exactamente la misma cantidad de potencia de la que irradia esta. [4] La frecuencia (relacionada al concepto de antenas) se define como el número de oscilaciones electromagnéticas por segundo, es decir, el número de ondas que se propagan en una la antena en un segundo. Este tiene una relación inversa con la Longitud de Onda. Por último, el ancho de banda, que es el rango de frecuencias sobre las que la antena tiene un comportamiento “satisfactorio”, es decir, que pueden recibir y enviar en ese rango del espectro electromagnético. [5] 2.1. Dipolo (antena de onda media) [6]: El dipolo es un tipo de antena, la cual está partida a la mitad con cada uno de los extremos conectados a un conductor de la línea de transmisión. Para el caso de estas antenas, la energía alterna que se suministra tendrá la tensión y la intensidad con un desfase de 90°, así la impedancia (relación entre la tensión y la intensidad en un punto cualquiera de la antena) en un extremo de la

antena será máximo (la tensión es máxima y la corriente es mínima), mientras que en el centro este valor será mínimo. Generalmente se trabaja con este tipo de antena, pero también existen antenas de ¼ de onda las cuales brindan la mitad del rendimiento que las antenas de media onda. 2.2. Polarización [7][8]: La onda electromagnética irradiada por una antena tiene una dirección predominante, pues generalmente conviene enviar ondas en una sola dirección, y eliminar o atenuar la onda en las demás direcciones. Como complemento de esto se puede empezar a hablar de la polarización de una onda, que esta definida como la trayectoria del campo eléctrico (o magnético) en el momento en que se observa en el sentido de propagación de la onda cuando esta se aleja del observador. En realidad, solo existe un tipo de trayectoria, la Elíptica, pero esta tiene dos casos especiales de polarización: Polarización Circular: en este caso el vector describe una trayectoria circular. Esto ocurre cuando la amplitud de ambos vectores (eléctrico y magnético) es igual y cuando la diferencia de fase entre ambos es de exactamente 90°. Polarización lineal: el vector del campo magnético está contenido en una única dirección. Para que se de este caso la amplitud de uno de los vectores debe ser 0. Para que la polarización circular tenga lugar se debe tener en cuenta que el campo debe



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rotar rápidamente de acuerdo a la dirección de la onda, y una forma de hacer esto es enviando una onda de electrones a través de una hélice, y puede ser a favor o en contra de las manecillas del reloj. En el caso de que sea a favor, la polarización circular es derecha, y en el caso contrario es polarización izquierda. Una antena polarizada a derechas no puede recibir señales de una polarizada a izquierdas y viceversa.

2.3. Antena Helicoidal [9][10][11]:

Figura 1: Antena Helicoidal Las antenas helicoidales son antenas que consisten en un cable conductor en forma de hélice. Estas funcionan en VHF y UHF, y son ideales para irradiar señales de forma circularmente polarizada. Las antenas helicoidales pueden trabajar principalmente en dos modos: Modo normal: en este modo, las dimensiones de la hélice son pequeñas comparadas con la longitud de onda. Estas antenas tienden a ser radiadores ineficientes y son usadas generalmente para comunicaciones móviles donde el espacio reducido es un factor crítico. Aquí la radiación electromagnética forma un ángulo recto con el eje de la hélice. Modo axial: la antena produce una polarización circular, y está mejor equipada

para la comunicación en el espacio, donde la orientación del emisor y la del receptor no pueden ser fácilmente controladas, o donde la polarización de la señal puede cambiar. Pueden estar polarizadas a derechas o a izquierdas, pero esto limita la posibilidad de recibir señales de antenas polarizadas inversamente, aunque de forma normal la antena helicoidal es muy útil para recibir cualquier tipo de polarización, a izquierdas o a derechas. Están hechas de un mismo elemento a través de la antena en forma de hélice, la dirección de las bobinas determina su polarización, y el espacio entre estas y su diámetro determinan su longitud de onda. En el modo axial, la impedancia está en un rango entre 120 y 140 Ω.

3. Descripción de dispositivos [12]:

Los materiales que se usaron se tomaron del kit de entrenamiento para antenas de los Laborarios ED, entre los cuales se encuentran:

Figura 2, Controlador Principal

3.1. Controlador Principal (figura 2)



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Es el encargado de enviar la señal a la antena transmisora y recibir lo que capta la Receptora. Consta de varias pantallas que permiten observar el avance y los cambios que pueden sufrir las señales de las antenas durante el laboratorio, además de permitir hacer modificaciones desde el mismo. Se pueden nombrar los siguientes componentes:

• Switch de poder (On/Off) • Display de la intensidad de la señal (-50dB - -10dB). • Display del ángulo en el que está

rotando. • Switch de modulación (On/Off). • Switch de ajuste de 500 MHz. • Switch de ajuste de 2GHz. • Salida de Oscilación de 10GHz. • Salida de Oscilación de 2GHz. • Salida de Oscilación de 500MHz. • Switch de movimiento (1°/5°/10°). • Switch de Origen. • Switch de rotación normal. • Switch de rotación contraria. • Entrada de señal de 1MHz.

3.2. Unidad Transmisora (figura 3):

Figura 3, Unidad Transmisora.

La Unidad transmisora permite el envío de una señal usando como medio de difusión cualquiera de las antenas disponibles en el kit. Debe conectarse a alguna de las salidas del controlador principal para poder transmitir. 3.3. Unidad Receptora (figura 4):

Figura 4, Unidad Receptora

Recibe la señal de la unidad transmisora a través de cualquiera de las antenas disponibles en el kit de entrenamiento,



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además permite la manipulación directa del movimiento de la antena receptora, de manera que se puede ver cualquier modificación que sufra la señal recibida fácilmente. Puede rotar hasta 360 grados. Debe estar conectada a la entrada de 1GHz del controlador principal.

3.4. Antena Helicoidal (figura 5):

Figura 5, Antena Helicoidal

En esta experiencia, la antena helicoidal funcionará como antena receptora en modo axial, donde la forma de recepción de la onda electromagnética se hace igualmente de forma axial. 3.5. Antena de Corneta (figura 6):

Figura 6, Antena de Corneta

3.6. Software:

Para poder medir todas las implicaciones que tiene el realizar una comunicación entre dos antenas se debe tener un software especializado para esta labor. En este caso se usa el software Antenna Trainer que tiene

la capacidad de medir la Ganancia, el Ancho de Banda, el tipo de polarización y visualizar el mismo en graficas bidimensionales (vease figura 7). Este software consta de dos utilidades, el Data Acquisition y el Antenna Trainer. La primera permite hacer la toma de datos y manipular la antena receptora. El Antenna Trainer se utiliza para hacer una interpretación de los datos obtenidos con el Data Acquisition, permitiendo visualizar las características de la señal recibida.

Figura 7, Ventana del Antenna Trainer.

4. Elaboración paso a paso del laboratorio: El laboratorio consiste en la transmisión de una señal a través de una antena de corneta que funcionará como antena transmisora, a una antena helicoidal que funcionará como antena receptora. Se deben tomar los implementos necesarios del kit de entrenamiento y armarse de la siguiente forma: La antena de corneta se monta en la unidad transmisora (como se puede ver en la figura



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8), la cual debe conectarse al controlador principal de donde recibirá la señal electromagnética, esta debe estar conectada a la salida de 500 MHz y debe provenir de dicha salida en el controlador.

Figura 8, Montaje de Antena Transmisora

Posteriormente se debe montar la antena helicoidal en la unidad receptora (figura 9) la cual a su vez debe conectarse al controlador principal, que funcionará como emisor y receptor de señal.

Figura 9, Montaje de la Antena Receptora

Los centros de las antenas deben ubicarse de manera que apunten hacia el centro del otro en una línea recta, y la distancia que los separa debe ser de exactamente 1 m. Luego de que se realiza el primer montaje y se hacen las conexiones pertinentes, debe encenderse el controlador principal siguiendo las siguientes especificaciones:

• Switch de poder: encendido. • Switch de oscilación de 500MHz:

encendido. • Switch de oscilación de 2GHz:

apagado. • Switch de oscilación de 10GHz:

apagado. • Switch de modulación: encendido.

De manera que las conexiones y los switches adecuados quedarán en estado encendido y listos para la adquisición de datos, tal y como se ve en la figura 10.



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Figura 10, Conexiones del controlador principal al receptor y al emisor

Ahora se debe inicializar el programa con la utilidad de Data Acquisition, donde se deberá ejecutar la aplicación para que se empiecen a adquirir los datos, esto se realiza de manera que la antena receptora gira en sentido de las manecillas del reloj recibiendo la señal que envía la antena de corneta, mientras el software analiza las señales que le están siendo enviadas desde el controlador principal y traza el patrón radial correspondiente a la primera experiencia. Luego se preparan de nuevo los implementos para realizar la segunda experiencia, la cual se diferencia en que la antena de corneta debe estar rotada a 90° de manera que la señal no apunte directamente a la antena helicoidal. De nuevo se toman los datos con el Data Acquisition y se dibuja el patrón en coordenadas polares. La gráfica del montaje se puede observar en la figura 11.

Figura 11, Montaje de las antenas.

1. Antena de Corneta. 2. Antena Helicoidal. 3. Controlador Principal. 4. Transmisor. 5. Receptor. 5. Resultados: Posterior al montaje y a la adquisición de datos a través del software Antenna Trainer, ha sido posible dibujar los patrones radiales que describe la señal mientras se recibe en la antena helicoidal. El resultado del patrón radial para el primer experimento (Figura 12) describe un patrón circular, lo que indica que la antena helicoidal sufre de una polarización circular.

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El mismo caso puede observarse en el segundo experimento (Figura 13) en el que el patrón también es circular.

Figura 12, Patrón Radial en el plano E.

Figura 13, Patrón radial para el Dummy

Plane. Finalmente, para obtener los resultados se utiliza la utilidad de Antenna Trainer de manera que los archivos que se almacenaron con el Data Acquisition puedan ser interpretados correctamente y los datos analizados. Figura 13

(a)

(b)

En las figuras 13(a) y 13(b) se observan los resultados, donde se evidencia que el ancho



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de banda, la polarización y la ganancia son las mismas en ambos experimentos, siendo estas:

• Ganancia: 8. • Tipo de polarización: Circular. • Ancho de Banda: en relación de 2:1.

De esta forma se da por concluido el desarrollo del laboratorio. Para ambos casos, tanto en el caso en el que la antena de corneta apuntaba directamente a la antena helicoidal, como en el caso en el que se encontraba girada a 90°, se encontraron características similares, pues la ganancia, el tipo de polarización y el ancho de banda permanecieron con las mismas magnitudes. Los patrones de radiación son similares entre si, e independientemente del plano en el que se encuentren describen un comportamiento idéntico.

6. Conclusiones:

La antena helicoidal es capaz de recibir señales desde cualquier punto sin necesidad de que el transmisor apunte directamente a la misma, sin tener mayores implicaciones en el comportamiento de la señal. Los patrones radiales que se describen en una antena helicoidal en modo axial describen una recepción de la radiación de la señal electromagnética en forma circular, de manera que la antena helicoidal es capaz de recibir señales ya sean horizontales o verticales sin que estas sufran de pérdidas, pues la polarización circular permite la recepción de la señal indistintamente del tipo de polarización de la misma.

El uso de una antena helicoidal brinda seguridad de que la señal que se reciba lo hará de forma constante.

7. Bibliografía: [1] Wayne Tomasi; Sistemas de comunicaciones electrónicas; Cuarta Edición; Pearson Education; 2003; pag: 371-375. [2] Celeste Berdiñas, Roberto Testoni; Universidad Tecnológica Nacional, Facultad regional Mendoza; Antenas; Visitado en: 1 Marzo de 2006. Disponible en: http://web.frm.utn.edu.ar/comunicaciones/antenas.html#1 [3] William Stallings; Comunicaciones y redes de computadores; 2004; 7 Edición; Prentice Hall; pag: 110. [4] Wayne Tomasi; Sistemas de comunicaciones electrónicas; Cuarta Edición; Pearson Education; 2003; pag: 376. [5] Universidad Plotécnica de Valencia; Antenas, Teoría; Visitado el 1 de Marzo de 2006. Disponible en: http://www.upv.es/antenas/Principal/temario.html [6] Departamento de Electrónica I.E.S. Emérita Augusta; Antenas; Ultima revisión: 17 de Marzo de 2006; Visitado en: 8 Marzo de 2006; Disponible en: http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/ant.htm [7] Ruth García Bolós, Adrián José Torregrosa Fuentes, Andrés García Belda, Ángel Cifuentes Fernandez, Universidad



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Politécnica de Valencia; Antenas Satelitales, Polarización de una Antena; 2003; Visitado en: 8 de Marzo de 2006; Disponible en: http://www.upv.es/satelite/trabajos/Grupo9_99.00/polariza.htm [8] John D. Kraus, Ph.D.; Antennas; McGraw Hill Book Company; 1950; pag: 175-194. [9] Wayne Tomasi; Sistemas de comunicaciones electrónicas; Cuarta Edición; Pearson Education; 2003; pag: 398-400.

[10] Camyna, Camaras y Navegación; Teoría de Antenas; Visitado en: 1 de Marzo de 2006. Disponible en: http://www.camyna.com/documentacion.php [11] Belotserkovski; Fundamentos de Antenas; 1 Edición; Marcombo Boixareu Editores; 1983; pag: 215-219. [12] ED Laboratories; Antenna Trainer Operation Manual, ED 3200; pag: 131-141.



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Laboratorio sobre ruido en sistema PCM (Pulse Code Modulation)

Juan Manuel Ballesteros Navas e-mail: [email protected]

Resumen

Este articulo, fue desarrollado pensando en conocer mas a profundidad el comportamiento de ciertos fenómenos y fue trabajado mediante una investigación previa de cada uno de ellos, paso a paso se vera reflejado en la lectura del articulo, como se desarrolla la amplitud y modulación con y sin supresión de ruido, básicamente lo que se busca en esta investigación es saber cual fue el problema que se presento en algún momento cuando se investigaban estos temas y cuales medidas se tomaron para solucionarlo, hay que tener en cuenta que para cada uno de estos laboratorios es importante documentarse sobre aquellos pre-requisitos, que ayudaran a darle mayor fluidez al desarrollo de este articulo, a continuación se muestra un orden de trabajo que permite estudiar de una manera ordenada y clara estos fenómenos, el articulo cuenta con una introducción, una descripción de materiales además del desarrollo del trabajo y finalizando una bibliografía que le da respaldo al articulo. Palabras Clave: AM, Amplitud, Cresta, Cosenoidal, Fase, Forma de onda, Frecuencia, Modulación, Onda, PCM, Pulso, Ruido, Senoidal. 1. Introducción El objetivo de este proyecto es fortalecer el conocimiento en las áreas de comunicación de datos y desarrollo de proyectos, además de realizar una documentación detallada de cómo se debe utilizar y con que objetivo los equipos disponibles, esto nos debe orientar a pensar que problema se presento y como se desarrollo la solución de dicho problema, el área de las telecomunicaciones es muy extensa y estos temas son solo una pequeña muestra de el uso de transmisión y recepción de ondas, al terminar el desarrollo de la investigación se debe tener una guía que

podrá ser utilizada por cualquier persona que desee trabajar en ello. El hecho de ser seres humanos nos hace desenvolvernos en varios ambientes lo cual nos obliga a comunicarnos. Por ese motivo la transmisión y recepción de información es sumamente importante. La introducción a este tema nos lo explica de una manera detallada [1] [7] [8] [10] [11] [12] [13] [14] [15] y nos dice que Aunque un sistema de transmisión digital puede en principio transmitir un tren de pulsos perfectamente, pero no puede hacer nada para mejorar cualquier ruido o distorsión que

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altera la señal antes de que tome la forma de pulsos. La última fase a que la corrupción puede ocurrir, está en el proceso de poner en código la señal analógica digitalmente. Cualquier código es usado, los dígitos no pueden especificar los cambios infinitesimales. Sólo un número finito de cantidades diferentes puede especificarse con un número particular de dígitos, y debe haber alguna diferencia finita entre cada cantidad y el próximo. Cuando la señal analógica cambia, estos valores (en una forma continua) la señal digital debe moverse por pasos, como es indicado en Fig. 1 (a) que muestra con un gráfico una señal analógica suave y representa gráficamente paso a paso los valores que se ponen en código digitalmente. La diferencia entre el análogo y una señal en código se muestra en Fig. 1 (b). Ésta es una forma de ruido, es un componente de la señal transmitida que no presenta la señal original. Porque se argumenta del hecho que la señal, puesto en código sólo puede cambiar por las cantidades fijas, o 'quántumes, y el ruido se llama 'ruido de quantisation.'

(a) Analogue signal & values of codec signal

(b)

(c) Fig. 1. Para poder empezar a desarrollar este laboratorio se deben tener los equipos requeridos para trabajar adecuadamente cada una de las practicas, el modulo que se requiere para este laboratorio es el 2960F (véase figura 2) el cual se encarga de modular una señal a unos rangos de frecuencias definidos y nos muestra como se ve una onda en presencia de ruido y sin el.

Fig. 2. Consola de poder + modulo 2960F. El modulo que se observa debe ser conectado como mas adelante se definirá en este articulo. 2. Dispositivos e Instrumentos



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Para la realización de este laboratorio se requirió lo siguiente:

1. un osciloscopio de doble canal. 2. modulo 2960F. 3. generador de frecuencia 4. altavoz 5. suministro de poder

2.1 Software (no se requirió software ) 2.2 Hardware(uso de los equipos) Para la ejecución del laboratorio se requiere en primer lugar el modulo 2960F (figura 2) Conectado a la consola de poder y posteriormente se debe encender.

2.3 Generador de baja frecuencia Este equipo se encarga de generar como su nombre lo dice, diferentes frecuencias requeridas, que posteriormente se podrán observar en el osciloscopio y modular para cada iteración (véase figura 3).

Fig. 3. Generador de baja frecuencia. 2.4 consola de poder La consola de poder se utiliza como fuente de poder para cada modulo del kit, y además en su configuración, se dan o manejan datos

de voltaje que cada modulo requiere para su correcto funcionamiento (véase figura 4).

Fig. 4. Consola + módulo 2960F 2.5 Osciloscopio Se debe conectar un osciloscopio a los canales del modulo para generar las frecuencias que se requieren, este aparato (véase figura 5), es fundamental para este desarrollo ya que en su displey observaremos los resultados obtenidos en cada iteración y hacemos las mediciones correspondientes a cada caso.

Fig. 5. Osciloscopio.



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2.6 Altavoz El altavoz se requiere para escuchar las señales que se producen en diferentes anchos de banda y además para percibir si las mismas son señales audibles o no, en este caso lo que se utilizo fueron unos audífonos que cumplieron con la misma función(vease fig(6))

Fig 6. Altavoz (audífonos en su lugar). 3. Desarrollo del Laboratorio Para que el laboratorio funcione correctamente debemos realizar una configuración de diferentes equipos y dispositivos para completar el montaje (Véase fig. 7).los módulos se encuentran en el kit de telecomunicaciones como se ve (véase fig.8 y 9).

Fig. 7. gráfico Ilustrativo del Montaje.

Fig.8. Maleta de telecomunicaciones ED-2960.

Fig. 9. Kit ED – 2960 con sus módulos. 3.1 Descripción del montaje Sobre la mesa de el laboratorio y cercano a los toma-corrientes, se conecta la consola de poder y seguidamente el modulo 2960F en el suministro de poder, entonces se enciende el suministro. Conecte el Módulo de PCM 2960F a uno de los enchufes de suministro de poder, y encienda el suministro. Conecte el generador señalado de baja frecuencia y Yl canal del osciloscopio a 'entrada analógica' del codificador. Conecte el codificador 'salida PCM' a 'PCM entrada' del decodificador. Conecte el Y2 canal del osciloscopio y la unidad del portavoz al 'salida analógica'. No se olvide de conexiones a tierra necesarias.



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Ponga el 3 bit / 4 bit' gire en el centro del módulo a ´4 bit', y cambie en el reloj del codificador a 'rápido.' 4. Toma de datos y resultados Cada variación de la frecuencia y la amplitud se realizan tanto en el modulo como en el generador de frecuencias y el oscilador, girando las perillas hasta llegar a los datos deseados, luego dependiendo de las preguntas de manual se hacen diferentes anotaciones del comportamiento de las ondas. Se comienza como ya se describió en el montaje y se continúa con Poner generador señalado para dar un salida seno-onda de 5V cresta-a-cresta hasta 15Hz. Ponga el tiempo-base del osciloscopio a 10ms/división y actívelo en el canal Yl. Usted debe obtener el par de forma de onda mostrado en Fig.1 (a), y debe oír un sonido en el portavoz. Luego lo que se oye debe comprobarse si se trata de una señal de 15 Hz, realizando las pruebas correspondientes de medición, los resultados obtenidos nos dicen que el sonido oído no es 15Hz. Una señal de 15Hz apenas sería audible, y lo poco que se oye no hace parte de la señal original, para comprobar datos, la salida del portavoz debe conectarse al osciloscopio para comprobar la frecuencia, ya comprobada se procede a cambiar la amplitud para ver si la frecuencia también cambia, y se puede ver que la frecuencia efectivamente se eleva cuando hay mayor amplitud, Suponiendo que de los dieciséis niveles diferentes de señal que pueden representarse por el codificador, sólo algunos niveles estaban disponibles, cual sería entonces la diferencia en la forma de onda de salida y el sonido que se oye?, pues con los medios niveles, la forma de onda

cambiaría dos veces en los pasos, y habría menos pasos y el sonido tomaría una nota más baja debido a los pocos pasos, elevando la frecuencia, a 150Hz, y aumentando la velocidad del tiempo-base , para dar 1ms/división. se encontró que la forma de onda en el osciloscopio está casi igual ,excepto el curso en la escala de tiempo, ahora se reduce la amplitud de la señal de la entrada muy despacio a 5V cresta-a-cresta hasta cero, mirando el osciloscopio para las mediciones, se observa que el carácter del ruido cambia cada cierto tiempo y la forma de onda aumenta o disminuye un paso también cada cierto tiempo, luego se revisa si el ruido de quantisation varia la señal en proporción o menos rápidamente y se encuentra que el ruido de Quantisation no es proporcional al señal: permanece justamente constante para cualquier nivel de la señal y el ruido desaparece. Se mira la figura 1 en (a) , (b) y se observa la diferencia entre la señal del quantised y la señal original de que fue derivada los picos que se ven muestran que el valor del cresta-a-cresta del ruido del quantisation es constante e iguala a la diferencia entre niveles sucesivos definidos por el código. Si dos bits extras fueran incluidos en el contador y el sistema, dividirían el ruido de quantisation de cresta-a-cresta por cuatro, cada momento permitiendo doblar el número de niveles. Si un filtro de bajo-paso entre el generador y la entrada analógica se instalara no tendría efecto, siempre y cuando ningún otro componente de frecuencia estuviera presente, si el filtro de bajo-paso estuviera entre la ' salida analógico' el enchufe, el portavoz y osciloscopio si tendría efecto porque cada paso en la forma de onda de



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salida de alta frecuencia, van a tender a ser quitados por el filtro. Efectos del filtro Sin perturbar el módulo 2960F se conecta en el suministro de muestra-y-sostenimiento módulo 2960E(véase fig.10.), Desconecte la 'entrada analógica' y ' salida analógico' en módulo 2960F, y re-haga el camino señalado en el módulo 2960E que usa dos filtros con

la entrada, y dos con la salida. Deje el 3 bit / 4 bit' en interruptor a 3 bit'. Si se usan dos suministros de poder independientes, puede ser necesario unir los terminales a tierra de los dos módulos. Una vez más con una señal de aproximadamente 5V cresta-a-cresta, se varía la frecuencia entre 0. 5kHz y 1kHz, primero con el osciloscopio y el portavoz conectado a la señal de salida filtrada, y entonces se dirige la ' salida analógica' al enchufe de ese filtro. Se debe notar que el filtro quita mucha de la calidad del tono que es debido a la pérdida de esos componentes de alta frecuencia que corresponden a los bordes afilados de los pasos: se puede ver el allanamiento de los bordes en el osciloscopio.

Fig. 10. Módulo 2960F se conecta en el suministro de muestra-y-sostenimiento módulo 2960E. Las señales del ruido pueden tomar muchas formas, pero para esta práctica se le proporciona un segundo generador de señal cuya salida se inyectará en el PCM para simular el ruido. Conecte el gatillo externo del osciloscopio a la señal del generador. Ponga el tiempo-base a 1ms/división. Ajuste la señal con el generador para dar una onda sinusoidal de aproximadamente 5V, a 2kHz, y ajusta el osciloscopio externamente activado para desplegar la salida filtrada firmemente. Conecte los otros Y canal del osciloscopio a la señal PCM entre el codificador y decodificador, y ponga la sensibilidad a 2V/división. Las forma de onda de PCM parecerán dos líneas horizontales más bien, uno sobre el otro, el superior es 1' s en la señal, y el más bajo es el 'O' s. Mida las amplitudes de cresta-a-cresta de ambas formas de onda desplegadas. Conecte `la entrada de ruido’, y el enchufe a tierra. Se notan algunas diferencias entre canales y se puede decir que la diferencia entre un canal PCM y un canal analógico consiste en que la salida analógica del cauce de PCM no se cambia cuando la amplitud de la señal de PCM está reducida por un factor de aproximadamente tres veces. Un cauce analógico, en el contraste, habría producido una correspondiente salida reducida. Ponga la frecuencia de generador de ruido a 1kHz, y levante la amplitud de su salida hasta las dos líneas de la forma de onda de PCM que se convierte en una onda seno, todavía con la separación suficiente entre



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ellas. Entonces ajuste la frecuencia cuidadosamente hasta que las ondas del seno simplemente son suavemente mudanza por la pantalla del osciloscopio. Aumente la amplitud del 'el ruido' despacio, hasta que usted vea alguna señal de la forma de onda de salida analógica que es afectada. Probablemente encontrará perturbación o seguirá positivo o la cresta negativa de la señal del ruido por la pantalla. Mida la amplitud de la cresta que parece causar la perturbación. Se eleva la amplitud de la señal del ruido más allá, y cambia su frecuencia. Se encontrará que, independiente de la frecuencia del ruido encima de una gama amplia real, la señal de salida se cambia justamente rápidamente completamente como los aumentos de amplitud de ruido. Se ha visto es que la señal de salida no se perturba por la atenuación de la señal de PCM, ni por la suma de ruido al señal de PCM, con tal de que allí sigua siendo bastante la señal de PCM y se pueda distinguir entre un 1' y un 0'. Sin embargo, una vez la señal se pone tan pequeño, o el ruido tan grande, que '1' s pueden confundirse con '0' s y / o viceversa, la perturbación resultante ala señal puede ser muy grande, mientras dependía sólo qué bit del código estaba corrompido.

5. Conclusiones Los sistemas de PCM, debido al quantising de la señal analógica, nos muestra que los filtros no lo eliminan por completo ,la cantidad de ruido del quantisation puede reducirse teniendo un gran número de bits en el código.

La señal, aunque ligeramente cambiada por este ruido, puede en principio protegerse perfectamente de la degradación extensa, con tal de que el nivel del ruido no exceda el un umbral que permite el quantised este nivela sus códigos equivalentes para ser confundidos. 6. Autor JUAN MANUEL BALLESTEROS NAVAS Estudiante VII Semestre Ingeniería de Sistemas. Universidad Autónoma de Bucaramanga. e-mail: [email protected] 7. Referencias [1] Tele-comunications Trainer, Operation Manual. Ed 2960. ED Co. [2] Samir S. Soliman. Mandyam D. srinath “SEÑALES Y SISTEMAS CONTINUOS Y DISCRETOS” segunda edicion, PRENTICE HALL IBERIA 1.999, paginas (195-211). [3] Oppenheim “SEÑALES Y SISTEMAS” Segunda edición, PRENTICE HALL HISPANOAMERICANA S.A. 1.997, Paginas (596-611). [4] Ashok Ambardar “PROCESAMIENTO DE SEÑALES ANALOGICAS Y DIGITALES” Segunda edición, Thomson learning. 2.002, Paginas (300-311). [5] Couch II, Leon W. “SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITALES Y ANALOGICOS” Quinta edición,



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PRENTICE HALL. 1.998, Paginas (136-149, 302-303). [6]Mischa Schwartz “Information Transmission, Modulation, and Noise” second edition, McGraw-Hill. 1.970, Paginas (203-210). [7] Raymond A. Serway- John W. Jewett “FISICA Para ciencias e ingenierías” Volumen II Thomson. Sexta Edicion. 2005. [8] William Stallings “Comunicaciones y Redes de Computadores”, P Hall, Séptima Edición. [9] F.G. Stremler “Introducción a los sistemas de comunicación”, Addison Wesley Iberoamericana, Tercera Edición, Capitulo II. [10] conceptos fundamentales y arquitecturas básicas “Redes de comunicación” McGraw-Hill, Paginas (14-19, 81-95). [11] Álvaro Torres Nieto “Telecomunicaciones y Telemática” segunda edición litoperla impresores, paginas (44-45, 80-87)

[12]Teoría de la comunicación, escuela universitaria de ingeniería técnica aeronáutica, 30 de noviembre de 2005, visitado en 2006-04-15, disponible en: http://www.euita.upm.es/guia/planes_estudio/teoria_comunicacion334.htm [13] Introduction to Digital Communication Lab 1: Pulse-Code Modulation (PCM) and Line Codes,university of California, santa Barbara, Spring 2006, visitado en 2006-04-15, disponible en: http://www.ece.ucsb.edu/courses/ECE146/146B_S06Madhow/lab1.pdf [14]Principios de modulación,Universidad de los andes venezuela, 11 de Mayo de 2006, visitado en 2006-04-15, disponible en: http://www.serbi.ula.ve/.../libros-electronicos/ Libros/principios/pdf/Portada,%20Indice%20y%20Prefacios.pdf [15] Tipos de transmisión de datos, Luis Ernesto, [email protected], 1997, visitado en 2006-04-15, disponible en: http://www.monografias.com/trabajos5/transdat/transdat.shtml



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Laboratorio de Antena Espiral

Néstor Eduardo Mónoga Durán e-mail: [email protected]

Resumen

El presente artículo describe la realización del laboratorio de Antena Espiral. En este se estudio y se experimento con el fenómeno de la recepción y el envío de señales entre dos antenas, se analizaron los diferentes fenómenos electromagnéticos que se ven envueltos en la experiencia. Se desarrollo para poner en práctica conceptos que hemos estudiado en las áreas de Comunicación de Datos, Electromagnetismo y Ondas y Partículas; el laboratorio es una herramienta que permite aprender y entender el funcionamiento de este tipo de antena en la comunicación de datos. Mediante la interacción de la antena Yagi y la Espiral una emitiendo una señal y la otra recepcionandola, se estudio lo sucedido en la practica y se hicieron observaciones acerca de la practica. Palabras Clave: Antena Espiral, Electromagnetismo, Laboratorio. 1. Introducción La base fundamental de este laboratorio es la Antena Espiral. Una antena se conoce comúnmente como un equipo utilizado en electrónica para propagar (enviar) o recibir ondas de radio u ondas electromagnéticas. La definición formal de una antena sin importar el tipo de antena de que se este hablando, dicta que es un dispositivo o instrumento que sirve para transmitir y recibir ondas de radio; este convierte la onda guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre. En realidad una antena puede describirse como un trozo de material conductor al cual se le aplica una señal y esta es radiada por el espacio libre, o el cual es capaz de recepcionar una señal que esta siendo radiada en el espacio libre. [6]

En la práctica de laboratorio de la Antena Espiral, se hace uso de otro tipo, conocido como Yagi. Aparte de las estas dos, se uso un computador al cual previamente se le instalo un software para analizar los datos y otros dispositivos dispuestos para que el montaje del laboratorio fuese exitoso. Cuando se utiliza una antena para transmitir, el equipo emisor hace oscilar la corriente eléctrica a lo largo de los cables o de las varillas. La energía de esta carga oscilante se emite al espacio en forma de ondas electromagnéticas (radio). En el caso de la recepción, estas ondas inducen una pequeña corriente eléctrica sobre la antena. Por lo general se puede utilizar una misma antena para recibir y transmitir en una misma longitud de onda, siempre que la potencia de emisión no sea demasiado grande.

mailto:[email protected]



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La antena emisora de la señal en esta practica es una antena Yagi (Véase fig. 1. [1]). Esta antena recibe el nombre de su inventor Hidetsugu Yagi quien la describió en 1.926. Es una antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada comúnmente en la recepción de señales televisivas. Las antenas de este tipo son las antenas direccionales más populares, se emplean en rangos de frecuencia que van desde los pocos MHz hasta pocos Giga Hertz. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan; esta antena puede montarse para que irradie ondas polarizadas vertical u horizontalmente, esto se logra mediante la colocación de sus elementos en forma vertical u horizontal. .

Fig. 1. Antena Yagi – ED 3200 [1]

La antena receptora de la señal es una antena Espiral (Véase fig. 2. [1]). Durante el periodo conocido como la Guerra Fria, John D. Dyson fue quien construyó una antena espiral plana y posteriormente una cónica. La antena Espiral usada en este Laboratorio es del tipo equiangular que tiene una característica especial; la distancia de un punto de partida a un punto opcional crece de manera exponencial, funcionalmente para

el ángulo de la vuelta. La característica mas importante de esta antena es la capacidad de recepcionar ondas polarizadas vertical u horizontalmente según sea requerido.

Fig. 2. Antena Espiral – ED 3200 [1]

Las dos antenas mencionadas la Yagi y la Espiral forman en conjunto con otros dispositivos el montaje del laboratorio de la antena Espiral acerca del cual se refiere este artículo. 2. Dispositivos e Instrumentos Para la consolidación de la experiencia de laboratorio se hizo necesario utilizar diferentes instrumentos, distribuidos en 4 grupos, un computador, un control central, un emisor y un receptor. 2.1 Software (Manejo e instalación ) Para la realización de la practica es necesario tener un computador en el cual se debe realizar la instalación del software adjunto al kit de Antenas dispuesto para la practica. Este software proporciona dos utilidades para la realización de la experiencia; la primera utilidad es el “Data Acquisition”, en el cual aparece la trama de la señal que es recepcionada por la antena espiral (Véase fig. 3), que en este caso particular será una trama radial. Desde este software se controla



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el movimiento de la antena Espiral y se dirige el control central.

Fig. 3 Ventana Software Data

Acquisition.

La segunda aplicación que se debe instalar es el “Antenna Trainer” (Véase fig. 4), en el cual podemos hacer un análisis de los resultados configurados en la aplicación de la adquisición de datos que se menciono anteriormente.

Fig.4 Ventana Software Antenna

Trainer.

2.2 Main Controller (Control Central)

Este dispositivo es el que facilita la modulación de la señal que es transmitida; ya que entre las funciones de este instrumento esta la de hacer una modulación de una señal a 500 MHz, 2 GHz o 10 GHz. De este dispositivo depende la señal que emite el transmisor (Antena Yagi) hacia el receptor (Antena Espiral), y el receptor envía hacia el computador la trama que es mostrada en pantalla. La configuración que debe tener este para el caso particular del laboratorio que se trabajo es la siguiente:

• Interruptor de Poder: ON • Interruptor de Modulación: ON • Interruptor de 500 MHz: ON • Cable de la Terminal de salida de

500 MHz al transmisor.

Fig. 5 Control Central – ED 3200 [1]

2.3 Transmisor Es un conjunto de dispositivos, que ensamblados proporciona a la practica de laboratorio el sistema transmisor para la realización de la experiencia; esta compuesto por una base que contiene un plato que controla la posición, y una barra que a su vez esta compuesta por el control de polarizacion y la barra de control de altura.



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Este dispositivo es el que recibe del control central la señal de 500 MHz con la cual se trabaja el laboratorio. Su configuración para esta experiencia esta dada por una antena Yagi que en últimas es la que hace la emisión de la señal.

Fig. 6. Transmisor – ED 3200 [1]

2.4 Receptor Es un conjunto de dispositivos; al igual que el transmisor, al ser ensamblados proporcionan el sistema receptor para la realización del laboratorio; esta compuesto por una base que contiene un plug para conexión llamado RF IN, un plato que controla la posición, y una barra “Estacionaria” que contiene el control de polarizacion; una característica que diferencia a la base receptora de la trasmisora es que en esta se puede realizar un ajuste del montaje en dos direcciones

para poder configurar adecuadamente el sistema. Este montaje o conjunto de dispositivos recibe del trasmisor la señal emitida; su configuración tiene en el extremo una antena Espiral, la cual es la base de la experiencia desarrollada. Del receptor se envía hacia el Computador la información necesaria para que en la aplicación se dibuje la traza correspondiente a la señal recibida.

Fig. 7. Receptor – ED 3200 [1]

Estos dispositivos mencionados forman en conjunto el montaje total del experimento de la antena Espiral. La configuración y correcto uso de estos instrumentos son la base del éxito de la experiencia, ya que se toman los datos dependiendo de su configuración como conjunto e individualmente.



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3. Desarrollo del Laboratorio Para que el laboratorio funcione correctamente debemos realizar una configuración de diferentes instrumentos y dispositivos para completar el montaje exitoso (Véase fig. 8). En esta experiencia es necesario realizar dos configuraciones diferentes; para poder entender el fenómeno que se presenta cuando una antena Espiral recepciona una señal de una antena Yagi en la primera y en la segunda es el mismo montaje pero rotando la Yagi 90º, de tal manera que el sentido de las ondas electromagnéticas cambia o difiere en cada una de las configuraciones para la antena Yagi; en una de estas se polariza la señal verticalmente y en la otra horizontalmente. Se hace necesario realizar cada uno de estos pasos dos veces y al final

se pueden notar y analizar los resultados gracias al software. 3.1 Descripción del montaje Inicialmente se distribuye sobre una mesa los dispositivos de la siguiente manera; en el centro se ubica el control central (Ya que este soporta conexiones de los demás dispositivos y el PC), a su izquierda se ubica el Receptor y hacia la derecha del control central se ubica el Transmisor (Emisor) y el computador se debe situar de forma que quede un poco retirado de los demás elementos para evitar algún tipo de interferencia en la experiencia ya sea por ondas eléctricas u ondas magnéticas, cuando se manipule el software. Cabe recordar que para la realización de un laboratorio como este se debe tener la menor interferencia posible ya sea de equipos de radio o de teléfonos móviles.

Fig. 8 Gráfico Ilustrativo del Montaje.

______________________________________________________________________________ Universidad Autónoma de Bucaramanga

Semillero de Comunicación de datos Alexander Graham Bell Facultad de Ingeniería de Sistemas

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El sistema se configura de la manera que se muestra en la Figura 9. Primero conectamos el control central a una línea de Poder (Corriente), de la salida de de 500 MHz hacemos la conexión hacia la antena Yagi que se encuentra en la base de transmisión (línea azul de la derecha Fig. 9), de la antena Espiral enviamos una conexión a la base de recepción (línea azul de la izquierda), la cual transmite la señal recibida a la base que a su vez necesita ser conectada al computador para enviar los datos al software. Cuando se tienen todas las conexiones hechas se realiza la configuración de los instrumentos. Pero de donde vienen los dispositivos necesarios para realizar estas configuraciones; estos vienen en un estuche que los contiene.

Fig. 9 Kit ED – 3200

Además de las partes básicas que están ilustradas en la Figura 8, se tiene el “spiral ant. Holder” que nos facilita el montaje de la antena Espiral montada en la base de recepción y el “yagi ant. Holder” que cumple la misma función pero para la antena yagi en el transmisor.

El control central debe estar configurado asi:

• Interruptor de Poder: ON • Interruptor de Modulación: ON • Interruptor de 500 MHz: ON • Cable de la Terminal de salida de

500 MHz al transmisor. • Cable del receptor al Terminal de

entrada (Coaxial). • Cable de control de la Base de

Recepción. • Cable entre el control central y el

computador. (Envío de datos al software).

Hay que tener en cuenta que el control total de la experiencia esta dado por el software. Además de las consideraciones anteriores hay que tener en cuenta antes de empezar lo siguiente; el control central muestra el nivel de señal en decibeles, con los datos que este muestra, debemos configurar ahora el software de tal manera que compense este dato aportado por el control central, en el software de adquisición de datos existe un campo que se llama intensidad (Véase fig. 10) y es allí donde se debe introducir el valor que fue leído del “main controller”. El software de adquisición de datos tiene diferentes campos que deben ser configurados como el mencionado anteriormente. La configuración de estos campos depende de el laboratorio que se este desarrollando; se puede observar la configuración en la figura 10; en esta se muestra el tipo de antena (1), el plano en el que se desea realizar la grafica de la traza que es recepcionada de la antena Espiral (2).



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Fig. 10 Campos del Software

En el campo de tipo de antena se debe configurar una “Spiral (2 GHz)”, en el campo de selección del plano se debe configurar “E plane” para el montaje que se trabaja con la antena Yagi puesta de manera horizontal y “Dummy plane” para la antena Yagi puesta verticalmente, por ultimo en el orden que se esta siguiendo, se debe tener cuidado en que en el campo de posición aparezca 0 y no un valor diferente, esto no se puede hacer manualmente, ya que el software tiene en su menú una opción que dice “iniciación de antena” la cual nos ayuda a delimitar esta condición de inicio 0. 3.2 Toma de Datos Después de verificar las conexiones y la configuración de los equipos se puede dar paso a la toma de datos que se realiza de manera automática por el software. Para dar inicio a la secuencia de toma de datos,

simplemente hacemos clic sobre el botón “Auto” (Véase fig. 10). Lo que se obtiene son dos trazas radiales en cada una de las configuraciones.

Fig. 11 Traza para la primera

configuración.

Cuando se tiene la antena Yagi de manera horizontal se obtiene en el plano E una traza radial que describe la recepción de la señal por parte de la antena Espiral. (Véase fig. 11). De acuerdo a esto la entena Espiral arrojo el grafico correspondiente a la primera configuración en la cual la Yagi esta situada de manera horizontal. Para la segunda configuración, en la que se rota o se gira 90º la antena Yagi, es decir que esta quedaba de forma vertical se obtuvo en el “Plano Dummy” una traza radial que describe la recepción de la señal (Véase fig. 12). Para analizar estos datos en profundidad se puede hacer uso del software “Antenna Trainer” (Véase fig. 4), que permite superponer los diferentes planos además de rotar ángulos para ver que valores posee la señal en un punto determinado.



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Fig. 12 Traza para la segunda configuración.

4. Resultados observados en el software De acuerdo a los datos obtenidos, por el software las trazas resultantes de las dos experiencias diferentes son de igual comportamiento, es decir que en su base el comportamiento no se distingue el uno del otro, la traza es radial y cubre el mismo espacio. Hay que tener en cuenta que factores como el ruido y los campos magnéticos y eléctricos afectan la toma de datos que se realiza. Las trazas obtenidas son de comportamiento radial pero en su forma se pueden ver picos que salen de la traza, estos indican interferencias en la señal que es recibida por la antena Espiral. 5. Conclusiones La antena Espiral es importante para la recepción de señales y para la emisión de las mismas debido a su capacidad de recepcionar las señales sin importar el sentido que estas posean.

Con la realización del laboratorio se pudo comprender el fenómeno que abarca la utilización de antenas Espirales en la recepción de señales emitidas desde una antena Yagi. Para que una antena genere un campo electromagnético, se necesita que existan cargas eléctricas en movimiento. En el caso de la antena Yagi, estas cargas son electrones que se mueven gracias al impulso eléctrico del transmisor. Según las leyes de Maxwell toda carga eléctrica en movimiento acelerado, genera un campo eléctrico y otro magnético (campo electromagnético), que una vez creado se aleja indefinidamente del conductor. Este es el caso que se observo al transmitir la señal con una antena Yagi en dos posiciones; si la antena Espiral solo pudiese recepcionar en un sentido ocurriría una polarizacion de la señal en alguna de las dos configuraciones. Se define como polarización de una antena, la dirección que tiene el campo eléctrico de la onda electromagnética. Si el campo eléctrico es horizontal, la antena tiene polarización horizontal; si es vertical, tendrá polarización vertical. En general, la polarización coincide con la posición del hilo conductor de la antena. Si ésta tiene el conductor en posición horizontal, la antena tiene polarización horizontal; si está vertical, tendrá polarización vertical [6], esto es lo que sucede en cada una de las configuraciones que se le dio a la antena emisora de la señal; la polarizacion para este caso en particular no influye en la recepción de la señal ya que la antena Espiral es capaz de recepcionar en diferentes direcciones. Para que la realización de una práctica como esta sea exitosa se deben tener en cuenta diferentes factores que influyen, tanto en su



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configuración como en el funcionamiento. En esta experiencia fue necesario repetir en dos ocasiones el montaje y la toma de datos ya que las configuraciones tanto del software, el control central y los sistemas emisores y receptores involucran cada uno una configuración respectiva, que en conjunto forman una única experiencia; la primera repetición se hizo necesaria en la toma de datos, ya que ocurrió interferencia en la lectura que el software muestra, debido a que una persona interpuso su mano en el recorrido que la señal hace entre las dos antenas, causando con esto una variación (picos) en la traza que se debe estudiar para la comprensión del fenómeno. Durante la realización de la práctica, se hizo la observación de diferentes factores que influyen en la transmisión y recepción de señales por medio de las antenas. Entre estas tenemos: • Interferencia causada por la señal de un teléfono celular, el cual estaba recepcionando una llamada y se encontraba a no más de dos metros del sistema.

• Cuando una persona se acerca al sistema, esta influye en la señal que esta siendo estudiada en el experimento, causando que la traza que muestra el software sufra variaciones (picos) en su recorrido. • En el sitio en el que se realizó la práctica se encuentra situado un conjunto de Hubs, Routers y Switches, que sin lugar a duda influyen en la toma de datos del sistema en estudio. • La antena Espiral capta señales que son emitidas por diferentes equipos o instrumentos que se encuentran a su alrededor; las cuales influyen en la determinación de los resultados obtenidos en la practica. 6. Autor Néstor Eduardo Mónoga Durán Estudiante VI Semestre Ingeniería de Sistemas. Universidad Autónoma de Bucaramanga. e-mail: [email protected]

7. Referencias [1] ED Co., Ltd. Antenna Trainer Pagina Visitada el 18 de Marzo de 2006. Disponible en URL: http://www.ed.co.kr/eng/Product/product_view.asp?file=./educational/commutrain/ED-3200/ED-3200.html [2] Antenna Trainer, Operation Manual. Ed 3200. ED Co., Ltd. Pags. 120 – 129.

[3] Raymond A. Serway- John W. Jewett “FISICA Para ciencias e ingenierías” Volumen II Thomson. Sexta Edicion. 2005, Pags. 362 – 387. [4] William Stallings “Comunicaciones y Redes de Computadores”, P Hall, Séptima Edición, Capitulo I.. [5] F.G. Stremler “Introducción a los sistemas de comunicación”, Addison Wesley Iberoamericana, Tercera Edición, Capitulo II.



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[6] El radio aficionado online. Fecha 2002/08/01. Pagina visitada el 25 de marzo de 2006. Disponible en URL: http://espanol.geocities.com/elradioaficionado/antenas/antenas02.htm#antenas [7] Biblioteca de Consulta, Microsoft Encarta 2005. Antena. [8] Miguel R. Ghezzi. Antenas. Fecha 2005/09/14. Pagina visitada el 30 de Marzo de 2006. Disponible en URL: http://www.solred.com.ar/lu6etj/tecnicos/handbook/antenas/antenas.htm

[9] Alberto Rodríguez Santos. Epsilones. Fecha 2006/03/01. Pagina visitada el 30 de Marzo de 2006. Disponible en URL: http://www.epsilones.com/paginas/i-curvas.html#curvas-spiramirabilis [10] Celeste Berdiñas, Roberto Testoni. Antenas. Pagina Visitada el 30 de Marzo de 2006. Disponible en URL: http://web.frm.utn.edu.ar/comunicaciones/antenas.html [11] Antenas. Pagina Visitada el 30 de Marzo de 2006. Disponible en URL: http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/ant.htm



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LABORATORIO ANTENA YAGI

Sergio Eduardo González D. [email protected]

Resumen.

En este artículo se muestra el desarrollo del laboratorio de antenas donde se enfatizo en los conceptos básicos de la transmisión de señales. En este caso se emplearon dos antenas Yagi, una transmisora y una receptora. Luego de la realización del experimento se logro identificar el fenómeno que sucede cuando se envían señales de una yagi (emisora) a otra con las mismas características (receptora). Después de varias pruebas y con la implementación del software que trae el equipo, se identifico el patrón de radiación que indicó la fuerza de los campos electromagnéticos emitidos por la antena, la configuración de esta consiste en un dipolo que va provisto de un elemento reflector y un elemento director, formada así se llama entonces Yagi,. Palabras claves. Antena Yagi-Uda, Patrón de radiación 1. Introducción. “Una Antena es un elemento que convierte la energía eléctrica de alta frecuencia, entregada por el transmisor, en ondas electromagnéticas que pueden viajar por el espacio, llevando la información hacia uno o varios receptores.”[5] Las antenas se basan en el principio de la radiación producida al hacer circular una corriente eléctrica por un conductor. Esta corriente produce un campo magnético alrededor del conductor, el campo magnético tiene unas líneas de fuerza que están en ángulo recto con respecto al conductor y su dirección está determinada por la dirección de la corriente [2]. Las antenas Yagi-Uda están constituidas por varios elementos, directores, activos y reflectores, este tipo de antenas es

generalmente utilizado en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. La ganancia de la antena yagi esta dada por:

G = 10 Log n

En donde n es el numero de elementos que vamos a tener la antena (que vamos a considerar)[6]. El objetivo principal de este laboratorio es calcular el patrón de radiación que dejan dos antenas yagi, una emisora y una receptora en el envió de señales electromagnéticas, y ya teniendo este patrón realizar los estudios necesarios de los resultados con el fin de interpretar el fenómeno presentado en la practica.

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2. Materiales y métodos. Los materiales que se emplean para el desarrollo del laboratorio, se encuentran en el equipo de antenas que posee el laboratorio de telecomunicaciones. En donde se cuenta con las herramientas y aparatos necesarios para la realización de los diferentes montajes de las antenas. 2.1 El montaje necesario se realiza utilizando:

2.1.1 La antena Yagi-Uda (los nombres de sus creadores, japoneses), llamada«yagi» a secas, es muy popular a pesar de ser una antena «monocanal», ya que con ciertas variaciones se logra ensanchar el espectro de frecuencias para las que trabaja. La verán constantemente en techos de bancos, casas, etc., ya que es la antena más usada para todo tipo de enlaces fijos [4].

Presentamos aquí el diseño de una antena YAGI-UDA para FM.

Figura 1 Diseño de la Antena Yagi.

La fórmula para calcular una yagi para cualquier frecuencia es simple:

Calculamos la banda para la que la queremos (imaginemos Canal 2 de TV, unos 55 a 6OMhz, banda de 5m) tenemos: un dipolo doblado de media onda, un reflector un 5% más largo que el dipolo, separado de éste a una distancia de 0,2 (canal 2 sería, banda 5m x 0,2 = 1 m. entre dipolo y reflector), luego del otro lado del dipolo (a su frente) el primer director (y los que sigan) un 5% más cortos y a 0,1 de separación (para banda de 5m. serían 0,5m. entre dipolo y director, y entre éstos).

Sí espaciamos los directores igual que el dipolo, a 0,2, la antena es más larga pero tiene más ganancias. Estas son las típicas yagis de radioaficionados (bandas de 10, 6 y 2 metros), que generalmente usan no un dipolo doblado sino un dipolo abierto o un adaptador Gamma.

Cuando queremos que una Yagi sea de banda más ancha (que capte algo más por arriba y por abajo de la frecuencia para la cual es el diplo), simplemente se alarga un poco el reflector y se acortan un poco los directores. Por contrapartida esto hace que para la frecuencia central que cortamos el dipolo, la antena sea un poco menos filosa en su direccionalidad.

El único aislador que usa la antena (que en todas las figuras se ve en negro) es el común de TV, que tiene unos 14 cm. de largo. Lo pueden hacer hasta de madera, pero en ese caso deben pintarlo muy bien para que con la lluvia no solo no se pudra, sino que no se convierta en conductor al mojarse.



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2.1.2 Osciloscopio

El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos. Por ejemplo en el caso de los televisores, las formas de las ondas encontradas de los distintos puntos de los circuitos están bien definidas, y mediante su análisis podemos diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento.

Figura 2 Osciloscopio ED Laboratory.

2.1.3 Base giratoria (receptor): La base giratoria con la que trabajamos consiste en un soporte en donde ubicamos la antena que queremos que gire al realizar el experimento. Esta base consta de dos conexiones que van al osciloscopio.

Figura 3 Base Giratoria ED Laboratory.

2.1.4 Cables:

Como lo muestran las fotografías tomadas al realizar el laboratorio podemos observar que se utilizan dos clases de cables: cable en serie para realizar la conexión del osciloscopio al Computador que va a tener instalado el software de la antena. EL otro cable que se emplea es una fibra óptica que va a estar encargada de realizar la conexión entre las antenas y el osciloscopio.

Figura 4 Cable Fibra Óptica ED Laboratory.

2.1.5 Software. Para el desarrollo de este ejercicio se emplea un computador, el cual va a tener instalado el software de la antena en el que se va a realizar la toma de datos y el estudio de los resultados.

Figura 5 De software en implementado en el computador.



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2.2 Método de desarrollo: Para realizar el laboratorio lo primero que se hace es ubicar todos los instrumentos que necesarios para su desarrollo he identificarlos previamente. Luego se empieza acomodando las antenas en sus soportes para asegurarlas en las bases respectivas; una de las bases realiza una rotación de 360º sobre su eje, la cual va a hacer que la antena gire también sobre su eje. Las antenas deben quedar una justo en frente de la otra a la misma altura y a una distancia de 1.5 metros. Ubicando el osciloscopio en el medio de las dos antenas para facilitar las conexiones Figura 6.

Figura 6. Imagen de Ubicación y distancia de los aparatos empleados

Luego de tener las antenas ubicadas tal cual se especificó, se realiza la conexión de los cables; el cable de serie se conecta desde el osciloscopio al computador que tendrá instalado el software de antenas, las antenas van conectadas de la siguiente manera: la antena emisora de la señal esta conectada al osciloscopio. La antena receptora debe ir conectada a La base giratoria, Figura 7. .

Figura 7. Imagen de Conexión entre las antenas y el osciloscopio. Una vez se tiene todo conectado y se ejecuta el programa de la antena training en el computador y se enciende el osciloscopio. Lo primero que se debe hacer para empezar con la toma de datos, es ajustar el computador y el osciloscopio; para realizar este ajuste se cuadra en el osciloscopio los decibeles y en el computador también, de tal manera que no haya diferencia entre ellos para que se compensen. Luego de estar listos y de que las antenas se encuentran alineadas, se corre el programa desde el computador dándole clic en el botón de auto para empezar la toma de los datos, los cuales se observaran en un Diagrama de radiación, el cual mostrara una representación de las intensidades de campo o densidades de potencia en diversas posiciones angulares en relación con las antenas. Luego de haber realizado los ejercicios se realiza la misma toma de datos para los diferentes planos con los que cuenta el software (E - plane, H - plane, Dummy - plane) y se efectuarán los anteriores pasos con las antenas yagi pero de 2, 3 y 4 elementos. Por ultimo se ejecuta el estudio de los datos y observa el fenómeno ocurrido en la práctica cumplida, como la diferencia



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presentada entre las antenas yagi de n elementos. 3. Resultados. • Las antenas Yagi tienen más ganancia

por cada elemento adicional, lo cual hace ganar más en la captación de la señal.

• Los elementos directores colocados

delante de la antena, refuerzan la señal en dirección del emisor.

• Se puede ubicar un elemento reflector

detrás de la antena, el cual bloquea la captación de señales en la dirección opuesta al emisor.

4. Conclusiones.

• Las antenas han sido de gran utilidad en los últimos años debido a que han incrementado la capacidad de transmitir y recibir información a distancia con bastante precisión, Particularmente las antenas Yagi-Uda. • Las antenas yagi tenido un gran uso debido a sus características y la posibilidad de ser utilizadas para una gran variedad de aplicaciones como son la radio aficionada y la televisión.

• Determinar correctamente el ancho de banda de trabajo de una antena es muy necesario en el momento de utilizarla para cualquier tipo de aplicación, debido a que es necesario conocer las limitaciones del elemento usado.

• El cálculo y posteriormente la obtención del patrón de radiación de una antena es muy importante para poder realizar montajes o redes con la misma, ya que el patrón de radiación indica, la dirección o direcciones en las cuales, la antena debe ser orientada para poder obtener la máxima señal posible de ella. • Si se coloca un obstáculo, éste dificulta la propagación del rayo luminoso. Por eso, las antenas han de colocarse lo más altas posibles • El ángulo de radiación es el factor clave para determinar la distancia de comunicaciones efectivas más allá del horizonte. La altura de las antenas es la principal variable bajo control para una estación, puesto que la altura de la antena afecta directamente al ángulo de radiación.

5. Referencias.

[1] ANTENA DIRECCIONAL DE FM

«YAGI-UDA»ARIEL NETWORK, por Jorge L. Aloy. Conexión Nº132 (Septiembre-Octubre 2000), http://arieldx.tripod.com/estaciondx/proyectos/yagifm.htm

[2] Tipos básicos de antenas, descripción y

características, http://www.todoantenas.cl/tipos-de-antenas.html

[3] ED Co., Ltd. Antenna Trainer Pagina

Visitada el 18 de Marzo de 2006. Disponible en URL: http://www.ed.co.kr/eng/Product/product



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_view.asp?file=./educational/commutrain/ED-3200/ED-3200.html

[4] Camyna Tecnología wireless,

http://www.camyna.com/documentacion.php#tipo

[5] Centro Nacional de Información y

Comunicación Educativa. Información general : [email protected], http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/ant.htm

[6] UNION DE RADIOAFICIONADOS

ESPAÑOLES, Avenida de Monte Igueldo nº 102 – 28053 MADRID, Altura de las antenas y Efectividad en las Comunicaciones, http://www.ure.es/ureinforma/informe_tecnico_arrl_traducido.pdf

[7] Jean-Paul M. G. Linmartz's, Wireless

Communication, ISSN 1383 4231, Vol. 1 (1996), No.1 http://people.deas.harvard.edu/~jones/es151/prop_models/propagation.html

[8] Universidad Tecnologica Nacional Facultad

Regional Mendoza, Antenas, autores: Celeste Berdiñas, Roberto Testoni, Antenas, http://web.frm.utn.edu.ar/comunicaciones/antenas.html

Semillero de Investigación Alexander Graham Bell


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LABORATORIO, ANTENA DIPOLO DE MEDIA ONDA

Raúl Andrés Osorio Vargas e-mail: [email protected]

RESUMEN.

El propósito de este laboratorio es la comunicación entre una antena dipolo de media onda (o antena de Hertz) y una yagi. Con un osciloscopio y un computador se grafica el área de radiación del dipolo. En la primera actividad se ubica el dipolo de forma vertical (como antena receptora) y la yagi también verticalmente (como antena transmisora) y conectado este sistema a un computador se logra dibujar el patrón de radiación del dipolo de media onda. La segunda actividad indica realizar el montaje con las antenas 90º (horizontalmente), con este sistema listo y con la ayuda del computador se grafica nuevamente el patrón de radiación de la antena de Hertz. En un tercer montaje con la yagi verticalmente y el dipolo a 90º se grafica reiteradamente el patrón de radiación del dipolo. 1. INTRODUCCIÓN. El dipolo de media onda, es una de las clases de antenas mas usadas para frecuencias mayores a 2MHz. Una antena de Hertz es resonante. Es decir; tiene un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de largo y de circuito abierto en los extremos más lejanos. A lo largo de una esta existen ondas estacionarias de voltaje y de corriente.

Figura 1. Distribuciones idealizadas de corriente y voltaje a lo largo del dipolo.

Tomada de: [8] En esta figura podemos apreciar las distribuciones idealizadas de corriente y voltaje a lo largo del dipolo de media onda. En cada polo de antena se estima como si fuera una trayectoria de línea de transmisión de cuarto de onda. Por lo tanto en los extremos hay un máximo de voltaje y un mínimo de corriente, así como en el centro hay un mínimo de voltaje y un máximo de corriente. En consecuencia, suponiendo que el punto de alimentación esta en el centro de la antena, la impedancia de entrada es de Eminimo / Imaximo y un valor mínimo. Y por otro lado la impedancia en los extremos de la antena de Emaximo / Iminimo y un valor máximo.




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Figura 2. Curva de impedancia para un dipolo de media onda con alimentación central. Tomada de: [8] La impedancia varía de un valor máximo de aproximadamente 2500 W en los extremos, a un valor mínimo de aproximadamente 73 W (de los cuales entre 68 y 70 W es la resistencia de radiación), en el punto de alimentación. El patrón de radiación de espacio libre para un dipolo de media onda, depende de la localización horizontal o vertical de la antena con relación a la superficie de la tierra.

Figura 3. Patrón de radiación de un dipolo de media onda montado verticalmente. Tomada de: [6]

Obsérvese que los lóbulos son circulares, pero estos se obtienen solo en el caso ideal donde la corriente es constante a todo lo largo de la antena, siendo así inalcanzable en una antena real.

Figura 4. Patrón de radiación de un dipolo de media onda montado horizontalmente. Tomada de: [6] La forma es circular, porque la radiación es uniforme en todas las direcciones perpendiculares a la antena (Dipole axis). 2. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES. DIPOLO DE MEDIA ONDA:

Esta antena es la que ofrece los mejores resultados en una banda particular. Hay que

http://people.deas.harvard.edu/~jones/es151/prop_models/propagation.html



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comenzar por determinar la frecuencia media de la banda deseada y calcular su longitud de onda. La longitud total de la antena es la mitad de la longitud de onda de la frecuencia elegida. El dipolo de media onda esta dividido en dos por un aislador en el centro. Como resultado se obtienen dos secciones cada una de un cuarto de largo de la longitud de onda. Directividad: Ángulo recto hacia la señal. Impedancia: 75 ohms ANTENA YAGI.

Esta antena está constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores; y es utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores, como su nombre lo dice, son los encargados de dirigir el campo eléctrico; los activos radian el campo y los reflectores son los encargados de reflejarlo. OSCILOSCOPIO

Un osciloscopio es un instrumento de medida electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos, y el eje Y (vertical) representa tensiones; en nuestro caso la pantalla es el monitor del computador al cual esta conectado. CABLE FIBRA ÓPTICA

Figura tomada de: [9] Es un cable compuesto por un grupo de fibras ópticas, y por medio del cual se transmiten señales luminosas. Las fibras ópticas comparten su espacio con hiladuras

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al

http://es.wikipedia.org/wiki/Cable

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica



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de aramida (Kevlar) que confieren al cable la necesaria resistencia a la tracción. COMPUTADOR

Contiene un software que grafica el patrón de radiación de las diferentes antenas. BASE DE ANTENAS.

Estas bases son utilizadas para sostener las antenas. Una de ella tiene la capacidad de girar, esta base es conectada a la antena receptora y al osciloscopio, la otra es una base estática donde se ubica la antena transmisora 3. CONTENIDO De acuerdo con el manual de actividades del laboratorio de antena dipolo de media onda,

en el primer ejercicio se conecta la yagi al osciloscopio, se ubica de manera vertical en la base estática para ser utilizada como transmisora, se monta el dipolo de manera vertical a la base giratoria para ser utilizada como antena receptora y conectar esta base al osciloscopio.

Figura 5. Antena yagi en forma vertical

Figura 6. Dipolo en forma vertical Las antenas se ubican frente a frente con una distancia de 1.5 metros con el osciloscopio en medio de estas, con el botón de 500 MHZ encendido,el botón de modulación también



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encendido y conectado respectivamente al computador.

En el computador con el software previamente configurado se comienza el envió de señales entre las antenas, durante este proceso en el computador realiza una grafica del patrón de radiación del dipolo. La grafica obtenida fue la siguiente:

Figura 7. Patrón experimental de radiación vertical de un dipolo de media onda Como se puede apreciar la grafica describe dos lóbulos que unidos forman un especie de ocho, pero dado que la corriente no es constante a lo largo de la antena estos lóbulos no son círculos perfectos, y como ya

se menciono con anterioridad esto solo es posible en casos ideales. Obtenida esta gráfica se da paso a la siguiente práctica. En el segundo sistema planteado, las características generales del montaje de las antenas son casi las mismas que las propuestas en el primer ejercicio, solo que esta vez las antenas no se ubicarían verticalmente si no a 90º como se muestra en las siguientes figuras

Figura 8. Dipolo en forma Horizontal

Figura 9. Antena yagi En forma Horizontal



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Para realizar este nuevo sistema, se ubican las antenas a una distancia de 1.5 metros, las alineamos para que estuvieran frente a frente, con la misma altura; configurado el software del computador. para poder obtener el patrón de este nuevo sistema, se dibujó la siguiente gráfica.

Fig. 10. Patrón experimental de la pauta de radiación para un dipolo horizontal. Esta grafica describe una circunferencia ya que las radiaciones en todas las direcciones perpendiculares a la antena son uniformes. Pero esta circunferencia no es perfecta, pues al igual que en el caso anterior, la corriente no es constante a lo largo de la antena y esto solo es posible en casos ideales. Para finalizar el laboratorio, las bases del sistema no sufren cambios; sin embargo esta vez ubicamos la yagi a 90º y la antena de Hertz de forma vertical, se retoma la distancia de 1.5 metros entre las antenas. El software se configura para este nuevo procedimiento y al igual que las dos practicas anteriores se usá el computador para realizar una grafica del patrón del radiación del dipolo, puesto que en teoría no podía haber comunicación entre las antenas

por la polarización de señales, no se tenia conocimiento del tipo de resultado que la grafica pudiera emitir. Una vez obtenida la grafica se realiza una segunda prueba para comprobar si los resultados son iguales o diferentes.

Fig. 11. Patrón experimental de radiación para un dipolo con señales polarizadas. Como se puede observar en la grafica el patrón de radiación de las dos pruebas es semejante. 4. RESULTADOS

• Con el dipolo y la antena yagi en posición vertical, se obtuvo una gráfica la cual describe dos lóbulos que imitan círculos ubicados en direcciones opuestas y en donde en el centro de la grafica hay un mínimo de radiación y en sus extremos un máximo.



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• Estando el dipolo y la antena yagi en posición horizontal, se obtuvo una gráfica la cual imita una circunferencia en donde la radiación es casi constante a lo largo de ella.

• Contando con la antena yagi en posición horizontal y la antena de Hertz en posición vertical, no se obtuvo nada en concreto, debido a que las señales se polarizan por la posición de las antenas, pero aun así se describe un patrón de radiación el cual no sufrió ninguna variación con las repeticiones.

5. COCLUSIONES

• En un plano perpendicular a la dirección del dipolo, la radiación es exactamente igual en todas direcciones

• En el plano del dipolo la radiación

es máxima en la dirección perpendicular a la antena de Hertz y un mínimo en la dirección del dipolo.

• Debido a la constante interferencia a

la que estaban sometidas las antenas, no es factible que el computador dibuje un plano de radiación igual al que la teoría describe

• Cuando el campo eléctrico generado

por la antena (Dipolo) es vertical respecto al horizonte terrestre (de arriba a abajo), y el campo eléctrico generado por la antena (yagi) es paralelo al horizonte terrestre; hay una Polarización de señales ya que si el dipolo trabaja en polarización

lineal vertical sólo puede transmitir y recibir ondas verticalmente polarizadas.

6. REFERENCIAS [1]Tomasi Wayine, Sistema de comunicaciones electrónicas, Cuarta edición, paginas 385-390 [2] Camyna, Polarización, Visitada el 03-04-06, Disponible en URL: http://www.camyna.com/documentacion.php#tipo [3] Jorge L. Aloy, Antena Direccional de fm “yagi-uda”, Año: 2000, Visitada el 03-04-06, Disponible en URL: http://arieldx.tripod.com/estaciondx/proyectos/yagifm.htm [4] Celeste Berdiñas, Roberto Testoni, Dipolo de media onda, Visitado el 03-04-06, Disponible en URL: http://web.frm.utn.edu.ar/comunicaciones/antenas.html [5] Adrio Comications Ltd, The Dipole Antenna, Visitada el 03-04-06, Disponible en URL: http://www.radio-electronics.com/info/antennas/dipole/dipole.php [6] Baltzer Science Publishers, Appendix 1: Antenna Fundamentals, Año: 1996, Visitado el 03-04-06, Disponible en URL: http://people.deas.harvard.edu/~jones/es151/prop_models/propagation.html [7] Emmett & Rochelle Hohensee, Basic radiation patterns Visitado el 03-04-06 Disponible en URL:



http://arieldx.tripod.com/estaciondx/proyectos/yagifm.htm

http://arieldx.tripod.com/estaciondx/proyectos/yagifm.htm

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http://www.radio-electronics.com/info/antennas/dipole/dipole.php







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http://www.radiowavz.com/html/antennas_and_propagation.HTM [8] Todo Antenas,Visitado el 03-04-06 Disponible en URL: http://www.todoantenas.cl/tipos-de-antenas.html

[9]ElectroFotos de VazParWeb, conductores1 Visitado el 03-04-06 Disponible en URL: http://vazparfotos.tripod.com/fotos_tips/conductores1.HTM



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LABORATORIO ANTENA DROOPING Jaime Alberto Del Rio Eslava

[email protected]

Resumen Este articulo muestra el desarrollo del laboratorio de antena Drooping y el estudio básico de conceptos relacionados a la transmisión de datos inalámbrica por medio de las antenas. Para este laboratorio se utilizaron Drooping y Yagi, emisora y receptora respectivamente. Además de hablar de todos los componentes que hicieron posible el montaje de este laboratorio también se profundiza en conceptos básicos relacionados al tema tales como impedancia, patrón de radiación, polarización, etc. Palabras claves: Antena Drooping, Antena Yagi, Laboratorio. 1. Introducción Hoy en día las comunicaciones inalámbricas son un motivo grande para hacer un estudio exhaustivo ya que cada vez más se afianza en el mercado de las telecomunicaciones. Las antenas son un elemento muy importante cuando hablamos de telecomunicaciones pues nos permite transmitir datos en medios donde no se puede contar con el cableado. Es por eso que en este proyecto se realiza este articulo para dar a conocer la importancia de las antenas, ya que gracias al sistema de entrenamiento Ed-3200 nos permite montar laboratorios para conocer mas de cerca las características de estas y lo mas importante conocer los fenómenos que se puede presentar a la hora de transmitir datos. 2. Componentes del laboratorio Para entrar en materia con este tema tan interesante como lo son las antenas a continuación hablaremos de los componentes que se utilizaron en la realización de este laboratorio y

profundizaremos en definiciones y marco conceptual de cada uno de ellos. 2.1 Osciloscopio: El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo. [1]

Básicamente esto se puede hacer con un osciloscopio:

• Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.

• Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.

• Localizar averías en un circuito. • Medir la fase entre dos señales. • Determinar que parte de la señal es

ruido y como varia este en el tiempo.

Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, este elemento convierte una magnitud física en una señal


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eléctrica, es capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc. [2]

Figura 1

En la figura 1 podemos observar el osciloscopio que esta en el laboratorio de telecomunicaciones el cual fue utilizado en este proyecto.

2.1.1 Parámetros que influyen en la calidad de un osciloscopio:

2.1.1.1 Ancho de Banda

Especifica el rango de frecuencias en las que el osciloscopio puede medir con precisión. Por convenio el ancho de banda se calcula desde 0Hz (continua) hasta la frecuencia a la cual una señal de tipo senoidal se visualiza a un 70.7% del valor aplicado a la entrada (lo que corresponde a una atenuación de 3dB).

2.1.1.2 Velocidad Para osciloscopios analógicos esta especificación indica la velocidad máxima del barrido horizontal, lo que nos permitirá observar sucesos más rápidos. Suele ser del orden de nanosegundos por división horizontal.

2.1.1.3 Exactitud en la ganancia Indica la precisión con la cual el sistema vertical del osciloscopio amplifica ó atenúa

la señal. Se proporciona normalmente en porcentaje máximo de error.

2.1.1.4 Exactitud de la base de tiempos Indica la precisión en la base de tiempos del sistema horizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo. También se suele dar en porcentaje de error máximo.

2.1.1.5 Velocidad de muestreo

En los osciloscopios digitales indica cuantas muestras por segundo es capaz de tomar el sistema de adquisición de datos (específicamente el conversor A/D). En los osciloscopios de calidad se llega a velocidades de muestreo de Mega muestras/sg. Una velocidad de muestreo grande es importante para poder visualizar pequeños periodos de tiempo. En el otro extremo de la escala, también se necesita velocidades de muestreo bajas para poder observar señales de variación lenta. Generalmente la velocidad de muestreo cambia al actuar sobre el mando TIMEBASE para mantener constante el número de puntos que se almacenaran para representar la forma de onda.

2.2 Antenas

Una antena es un sistema conductor metálico capaz de radiar y recibir ondas electromagnéticas, y una guía de onda es un tuvo metálico conductor por medio del cual se propaga energía electromagnética de alta frecuencia, por lo general entre una antena y un transmisor, un receptor, o ambos. Una antena se utiliza como la interfase entre un transmisor y el espacio libre o el espacio libre y el receptor. Una guía de onda, así como una línea de transmisión, se utiliza solo para interconectar eficientemente una antena con el transceptor. Una antena acopla



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energía de la salida de un transmisor a la atmósfera de la tierra o de la atmósfera de la tierra a un receptor. Una antena es un dispositivo recíproco pasivo; en cuanto a que en realidad no puede amplificar una señal, por lo menos no en el sentido real de la palabra (sin embargo, una antena puede tener ganancia), y recíproco en cuanto a que las características de transmisión y recepción son idénticas, excepto donde las corrientes de alimentación al elemento de la antena se limitan a la modificación de patrón de transmisión. Una antena va a formar parte de un sistema, por lo que tenemos que definir parámetros que la describan y nos permita evaluar el efecto que va a producir sobre nuestro sistema. [3]

2.2.1 Polarización de la antena

La polarización de una antena se refiere sólo a la orientación del campo eléctrico radiado desde ésta. Una antena puede polarizarse en forma lineal (por lo regular, polarizada horizontalmente o verticalmente, suponiendo que los elementos de la antena se encuentran dentro de un plano horizontal o vertical), en forma elíptica, o circular. Si una antena irradia una onda polarizada verticalmente, la antena se define como polarizada verticalmente; si la antena irradia una onda electromagnética polarizada horizontalmente, se dice que la antena está polarizada horizontalmente; si el campo eléctrico gira en un patrón elíptico, está polarizada elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un patrón circular, está polarizada circularmente. [3]

2.2.2 Impedancia

Una antena se tendrá que conectar a un transmisor y deberá radiar el máximo de potencia posible con un mínimo de perdidas.

Se deberá adaptar la antena al transmisor para una máxima transferencia de potencia, que se suele hacer a través de una línea de transmisión. Esta línea también influirá en la adaptación, debiéndose considerar su impedancia característica, atenuación y longitud. [3]

Como el transmisor producirá corrientes y campos, a la entrada de la antena se puede definir la impedancia de entrada mediante la relación tensión-corriente en ese punto. Esta impedancia poseerá una parte real Re(w) y una parte imaginaria Ri(w), dependientes de la frecuencia.

2.2.3 Patrón de radiación

Es un diagrama polar que representa las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la intensidad del campo eléctrico (E) o de la densidad de potencia (P), se llama patrón de radiación absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la densidad de potencia en relación al valor en un punto de referencia, se llama patrón de radiación relativa. El patrón se traza sobre papel con coordenadas polares con la línea gruesa sólida representando los puntos de igual densidad de potencia (10 mW/m2). Los gradientes circulares indican la distancia en pasos de dos kilómetros. Puede verse que la radiación máxima está en una dirección de 90° de la referencia. La densidad de potencia a diez kilómetros de la antena en una dirección de 90° es 10 mW/m2. En una dirección de 45°, el punto de igual densidad de potencia es cinco kilómetros de la antena; a 180°, está solamente a cuatro kilómetros; y en una dirección de -90°, en esencia no hay radiación.



59

Como la antena yagi utiliza elementos alimentados y parásitos, es común aumentar el número de elementos alimentados a 2 o 3; estos dipolos se cortan a la frecuencia media del ancho de banda; generalmente para los canales bajos de televisión da muy buen resultado. [4]

2.2.4 Ancho de banda de la antena

El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la antena.

2.3 Antena Yagi

Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas.

Figura 2

Como se puede observar en la figura el diseño de la antena yagi es de ancho de banda angosto, ya que el elemento bipolar esta cortado a una sola frecuencia, esto se

convierte en una desventaja ya que si hablamos de cubrir canales de TV no cubriría algunos canales. [5] Los elementos no activados se denominan parásitos, la antena yagi puede tener varios elementos activos y varios parásitos. Para considerar una antena yagi de banda ancha es necesario, entonces, hacer ajustes en las distancia entre los elementos para obtener, junto con el ancho de banda deseado, la ganancia óptima. [6]

Figura 3

En la figura 3 podemos ver el montaje de la antena yagi que se realizo en el laboratorio de telecomunicaciones. 2.4 Antena Drooping

Esta antena tiene una similar característica a una antena dipolo de media onda, es una de las antenas más utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de 2 MHz, la longitud física de una antena de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda se le refiere por lo general como antena de Hertz. [7]



60

Figura 4

En esta figura se observa en montaje de la antena drooping realizado en el laboratorio de telecomunicaciones.

Figura 5

En la figura 5 se muestra el sistema, que consiste en una varilla vertical cuya longitud es aproximadamente un cuarto de la longitud de onda a que está sintonizada. Inmediatamente debajo se halla el aislador, un sistema de 4 radios, colocados en ángulo recto entre sí y horizontalmente. Esto forma un plano de tierra artificial. Los radios tienen las mismas dimensiones que el radiador vertical. Se conecta un cable coaxial al receptor entre el punto de alimentación del radiador y la intersección de los radios. [8]

2.5 Bases Antenas

Las bases que utilizamos para instalar las antenas son dos la receptora y transmisora, la base receptora es giratoria es donde la antena Drooping gira y hace el trazado de la señal que se representa en el software, la base transmisora es estática, esta base se coloca la antena Yagi.

Figura 6

En la figura 6 se observa la antena giratoria.

Figura 7

En la figura 7 se observa la base estática correspondiente a la antena transmisora.

2.6 Software El software que se utiliza para el montaje de antenas se llama Antenna Trainer, se debe instalar en un computador ya que este nos arroja los resultados, el computador desde cualquier puerto COM debe estar conectado al osciloscopio, la base de la antena receptora por medio de un cable serial



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también debe estar conectado al osciloscopio.

Figura 8

En la figura 8 observamos la interfaz del software que se utiliza en la realización de este laboratorio. 3. Resultados Por medio del sistema de entrenamiento de antenas Ed – 3200 se demostró la eficiencia de este, al simular el patrón de radiación y las características de las antenas utilizadas. El software Antenna Trainer demostró los diferentes trazados que hacia la antena Drooping cuando se le ajustaban las diferentes radio frecuencias que podian ser 500MHz, 2GHz, o 10GHz.

En la figura podemos ver el resultado del trazado cuando se ajusto el RF en 500 MHz. Este proyecto demostró que la alineación y la distancia que deben tener las dos antenas es muy importante para el estudio de este laboratorio que se monto. 4. Conclusiones En las telecomunicaciones las antenas son uno de los elementos más importantes, ya que sería imposible transmitir o recibir datos en ambientes donde no es posible instalar un cableado. Cuando se elabora este laboratorio el estudiante esta en la capacidad de describir el fenómeno que se presenta. Como conclusión se puede decir, que tanto para las antenas que se utilizaron en este laboratorio, como para las antenas que utilizan las organizaciones para transmitir datos, los factores como los obstáculos que se puedan presentar a la hora de trasmitir o la alineación de una antena hacia la otra se ven afectados de la misma forma. 5. Bibliografía. [1]http://www.hameg.es/osc/osc1.htm [2]http://usuarios.iponet.es/agusbo/osc/osc.htm [3] http://www.todoantenas.cl/ [4]http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/ant.htm [5]http://arieldx.tripod.com/estaciondx/antenas.htm



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[6] http://www.todoantenas.cl/tipos-de-antenas.html [7] http://www.qsl.net/ea4dut/index.htm [8]http://www.rctfrance.com/esp/antennes.htm [9]http://www.ed.co.kr/english/product_view.asp?file=./educational/commutrain/ED-3200/ED-3200.html

[10] Pattan, Bruno Robust modulation methods and smart antennas in wireless communications. [11]Stallings, William, Comunicación y Redes de Computadores [12]http://fis.unab.edu.co/docentes/jgarciao/Index.html [13]www.pauta.us.es/pautadatos/ publico/asignaturas/16856/8067/Antenas.pdf



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LABORATORIO DE ANTENA DE CORNETA

Alvaro Enrique Guerrero Pereira [email protected]

RESUMEN

Las antenas de corneta, se utilizan para la transmisión y la recepción de las señales de la microonda..La porción de la antena puede ser cuadrada, rectangular, o cónica. La radiación y la respuesta máximas corresponden con el eje de la corneta. Las especificaciones de funcionamiento principales para las antenas de corneta son gama y aumento de frecuencia. El laboratorio es una herramienta que permite aprender y entender el funcionamiento de este tipo de antena en la comunicación de datos. Se estudio lo sucedido en la práctica y se hicieron observaciones acerca de la práctica. Palabras claves: Antena de corneta, laboratorio, transmision, recepción, microonda, comunicación de datos. 1. INTRODUCCION

La definición formal de una antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir ondas de radio. Convierte la onda guiada por la línea de transmisión en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre. En realidad una antena es un trozo de material conductor al cual se le aplica una señal y esta es radiada por el espacio libre.

Las antenas deben de dotar a la onda radiada con un aspecto de dirección. Es decir, deben acentuar un solo aspecto de dirección y anular o mermar los demás. Esto es necesario ya que solo nos interesa radiar hacia una dirección determinada. Las antenas también deben dotar a la onda radiada de una polarización. La polarización de una onda es la figura geométrica descrita,

al transcurrir el tiempo, por el extremo del vector del campo eléctrico en un punto fijo en el espacio en el plano perpendicular en la dirección de la cual se propaga.

Para todas las ondas, esa figura es normalmente una elipse, pero hay dos casos particulares de interés y son cuando la figura trazada es un segmento, denominándose linealmente polarizada, y cuando la figura trazada es un círculo, denominándose circularmente polarizada.

Una onda está polarizada circularmente o elípticamente a derechas si un observador viese a esa onda alejarse, y además viese girar al campo en el sentido de las agujas de un reloj. Lógicamente, si lo viese girar en sentido contrario, sería una onda polarizada circularmente o elípticamente a izquierdas.


http://www.monografias.com/trabajos6/ante/ante.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/electmag/electmag.shtml#CAMPO

http://www.monografias.com/trabajos7/tain/tain.shtml

Universidad Autónoma de Bucaramanga Semillero De Comunicación Alexander Graham Bell

Facultad de Ingeniería de Sistemas

64Una antena va a formar parte de un sistema, por lo que tenemos que definir parámetros que la describan y nos permita evaluar el efecto que va a producir sobre nuestro sistema.

Impedancia

Una antena se tendrá que conectar a un transmisor y deberá radiar el máximo de potencia posible con un mínimo de perdidas. Se deberá adaptar la antena al transmisor para una máxima transferencia de potencia, que se suele hacer a través de una línea de transmisión. Esta línea también influirá en la adaptación, debiéndose considerar su impedancia característica, atenuación y longitud.

Como el transmisor producirá corrientes y campos, a la entrada de la antena se puede definir la impedancia de entrada mediante la relación tensión-corriente en ese punto. Esta impedancia poseerá una parte real Re(w) y una parte imaginaria Ri(w), dependientes de la frecuencia.

Si a una frecuencia una antena no presenta parte imaginaria en su impedancia Ri(w)=0, entonces diremos que esa antena está resonando a esa frecuencia.

Normalmente usaremos una antena a su frecuencia de resonancia, que es cuando mejor se comporta, luego a partir de ahora no hablaremos de la parte imaginaria de la impedancia de la antena, si no que hablaremos de la resistencia de entrada a la antena Re. Lógicamente esta resistencia también dependerá de la frecuencia.

Esta resistencia de entrada se puede descomponer en dos resistencias, la resistencia de radiación (Rr) y la resistencia de pérdidas (RL). Se define la resistencia de radiación como una resistencia que disiparía en forma de calor la misma potencia que radiaría la antena. La antena por estar compuesta por conductores tendrá unas pérdidas en ellos. Estar pérdidas son las que definen la resistencia de pérdidas en la antena.

Como nos interesa que una antena esté resonando para que la parte imaginaria de la antena sea cero. Esto es necesario para evitar tener que aplicar corrientes excesivas, que lo único que hacen es producir grandes pérdidas.

2. DESCRIPCION DE MATERIALES

Para la realización del laboratorio se hizo necesario utilizar diferentes instrumentos, que los vamos a mostrar a continuación. ANTENA DE CORNETA:

Las antenas de corneta, se utilizan para la transmisión y la recepción de las señales de la microonda. Este nombre se deriva de su aspecto señalado por medio de su apariencia.

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/carso/carso.shtml

http://www.monografias.com/trabajos16/componentes-electronicos/componentes-electronicos.shtml#RESIST

http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml



65La porción señalada por medio de luces puede ser cuadrado, rectangular, o cónico. La radiación y la respuesta máximas corresponden con el eje de la corneta. A este respecto, la antena se asemeja a una corneta acústica. Las antenas de corneta son alimentadas generalmente por las guías de onda de la microonda.

Las especificaciones de funcionamiento principales para las antenas de corneta son gama y aumento de frecuencia de funcionamiento. La frecuencia de funcionamiento es la gama de frecuencia a través de la cual la antena de corneta resolverá todas las especificaciones funcionales. El aumento es el cociente de la energía requerida en la entrada de una antena pérdida-libre de la referencia a la energía proveída a la entrada de la antena dada al producto, en una dirección dada, de la misma fuerza del campo en la misma distancia generalmente en la dirección de la radiación máxima. El aumento de la antena se expresa normalmente en decibelios o el DB. Las antenas de corneta son de uso general como el elemento activo en una antena de plato. La corneta se apunta en la dirección el centro del reflector del plato. El uso de una corneta, más bien que una antena del dipolo o cualquier otro tipo de antena, en el punto focal del plato reduce al mínimo la pérdida de energía (salida) alrededor de los bordes del reflector del plato. Él también reduce al mínimo la respuesta de la antena a las señales indeseadas no en la dirección favorecida del plato. Las antenas de corneta se pueden utilizar sin componentes

acompañantes en los sistemas shortrange del radar, particularmente ésos usados por el personal de la ley-aplicación para medir las velocidades de los vehículos el acercarse o el retirar.

OSCILOSCOPIO:

Un osciloscopio es un instrumento de medida electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos, y el eje Y (vertical) representa tensiones; en nuestro caso la pantalla es el monitor del computador al cual esta conectado. COMPUTADOR Y SOFTWARE

http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&u=http://rf-components.globalspec.com/Industrial-Directory/horn_antennas&prev=/search%3Fq%3Dwhat%2Bis%2Bpyramidal%2Bhorn%2Bantenna%26hl%3Des%26lr%3D

http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&u=http://rf-components.globalspec.com/Industrial-Directory/horn_antenna&prev=/search%3Fq%3Dwhat%2Bis%2Bpyramidal%2Bhorn%2Bantenna%26hl%3Des%26lr%3D





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Para la realización de la practica es necesario tener un computador en el cual se debe realizar la instalación del software adjunto al kit de Antenas dispuesto para la practica. BASE DE LA ANTENA: Contiene un plug para conexión llamado RF IN, un plato que controla la posición, y una barra “Estacionaria” que contiene el control de polarizacion; una característica que diferencia a la base receptora de la trasmisora es que en esta se puede realizar un ajuste del montaje en dos direcciones para poder configurar adecuadamente el sistema. Este montaje o conjunto de dispositivos recibe del trasmisor la señal emitida; su configuración tiene en el extremo una antena de corneta, la cual es la base de la experiencia desarrollada. Del receptor se envía hacia el Computador la información necesaria para que en la aplicación se dibuje la traza de cada señal recibida.

3. DESARROLLO DEL LABORATORIO. De acuerdo con el manual del laboratorio una antena va a la base giratoria para ser utilizada como antena receptora y conectar esta base al osciloscopio. Las antenas se ubican frente a frente con una distancia de 1.5 metros con el osciloscopio en medio de estas, con el botón de 500 MHZ encendido, el botón de modulación también encendido y conectado respectivamente al computador, donde se encuentra el software listo para ejecutarse.



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En el computador con el software previamente configurado se comienza el envió de señales entre las antenas, durante este proceso en el computador realiza una grafica del patrón de radiación, se obtiene la siguiente grafica:

Después de verificar las conexiones y la configuración de los equipos se puede dar paso a la toma de datos que se realiza de manera automática por el software. Para dar inicio a la secuencia de toma de datos. Se hace una segunda prueba se ubican las antenas a una distancia de 1.5 metros, las alineamos para que estuvieran frente a frente, con la misma altura; configurado el software del computador. Para poder obtener el patrón de este nuevo sistema, se dibujó la siguiente gráfica.



68 Esta grafica describe una circunferencia ya que las radiaciones en todas las direcciones perpendiculares a la antena son uniformes. Pero esta circunferencia no es perfecta, pues al igual que en el caso anterior, la corriente no es constante a lo largo de la antena y esto solo es posible en casos ideales. 4. RESULTADOS De acuerdo a los datos obtenidos, por el software las trazas resultantes de las dos experiencias diferentes son de igual comportamiento, es decir que en su base el comportamiento no se distingue el uno del otro, la traza es radial y cubre el mismo espacio. Hay que tener en cuenta que factores como el ruido y los campos magnéticos y eléctricos afectan la toma de datos que se realiza. Las trazas obtenidas son de comportamiento radial pero en su forma se pueden ver picos que salen de la traza, estos indican interferencias en la señal que es recibida por la antena. 5. COCLUSIONES A comparación de otras antenas la antena de corneta tiene una gran eficiencia para recibir ondas directamente coordinado con el emisor, es muy buena para la emisión pero su capacidad de recepcionar las señales en un sentido diferente a donde se miran no es muy buena.

Debido a la constante interferencia a la que estaban sometidas las antenas, no es factible que el computador dibuje un plano de radiación igual al que la teoría describe Para funcionar correctamente, las antenas de corneta deben ser de cierto tamaño mínimo concerniente a la longitud de onda del campo electromagnético entrante o saliente. Si la corneta es demasiado pequeña o la longitud de onda es demasiada grande (la frecuencia es demasiado baja), la antena no funcionará eficientemente. 6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] ED Co., Ltd. Antenna Trainer Pagina Visitada el 18 de Marzo de 2006. Disponible en URL: http://www.ed.co.kr/eng/Product/product_view.asp?file=./educational/commutrain/ED-3200/ED-3200.html [2] Antenna Trainer, Operation Manual. Ed 3200. ED Co., Ltd. Págs. 143 – 153. [3]http://rfcomponents.globalspec.com/LearnMore/Networking_Communication_Equipment/RF_Microwave_Wireless_Components/Horn_Antennas. [4] Celeste Berdiñas, Roberto Testoni, Dipolo de media onda, Visitado el 03-04-06, Disponible en URL: http://web.frm.utn.edu.ar/comunicaciones/antenas.html [5] Antenas. Pagina Visitada el 30 de Marzo de 2006. Disponible en URL:





69http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/ant.htm [6] Emmett & Rochelle Hohensee, Basic radiation patterns Visitado el 03-04-06 Disponible en URL: http://www.radiowavz.com/html/antennas_and_propagation.HTM [7] antenas. Pagina visitada el 4 de abril de 2006. disponible en pdf: http://www.herrera.unt.edu.ar/revistacet/avances/avance04.pdf

[8]horn antena. Pagina visitada el 4 de abril de 2006. disponible en pdf: www.qsl.net/n1bwt/chap2.pdf [9] Horn antena. Pagina visitada el 6 de abril de 2006. disponible en url: http://searchmobilecomputing.techtarget.com/sDefinition/0,,sid40_gci214327,00.html [10] piramidal horn antena. Pagina visitad el 6 de abril de 2006. disponible en url: http://rf-components.globalspec.com/Industrial-Directory/pyramidal_horn

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http://rf-components.globalspec.com/Industrial-Directory/pyramidal_horn





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Laboratorio de Amplitud, Modulación con y sin Supresión de la Portadora

Juan Manuel Ballesteros Navas

e-mail: [email protected]

Resumen

Este articulo, fue desarrollado pensando en conocer mas a profundidad el comportamiento de ciertos fenómenos y fue trabajado mediante una investigación previa de cada uno de ellos, paso a paso se vera reflejado en la lectura del articulo, como se desarrolla la amplitud y modulación con y sin supresión de ruido, básicamente lo que se busca en esta investigación es saber cual fue el problema que se presento en algún momento cuando se investigaban estos temas y cuales medidas se tomaron para solucionarlo, hay que tener en cuenta que para cada uno de estos laboratorios es importante documentarse sobre aquellos pre-requisitos, que ayudaran a darle mayor fluidez al desarrollo de este articulo, a continuación se muestra un orden de trabajo que permite estudiar de una manera ordenada y clara estos fenómenos, el articulo cuenta con una introducción, una descripción de materiales además del desarrollo del trabajo y finalizando una bibliografía que le da respaldo al articulo. Palabras Clave: AM, Amplitud, Cresta, Cosenoidal, Fase, Forma de onda, Frecuencia, Modulación, Onda, Pulso, Ruido, Senoidal, Supresión de portadora.

1. Introducción El objetivo de este proyecto es fortalecer el conocimiento en las áreas de comunicación de datos y desarrollo de proyectos, además de realizar una documentación detallada de cómo se debe utilizar y con que objetivo los equipos disponibles, esto nos debe orientar a pensar que problema se presento y como se desarrollo la solución de dicho problema, el área de las telecomunicaciones es muy extensa y estos temas son solo una pequeña muestra de el uso de transmisión y recepción de ondas, al terminar el desarrollo de la investigación se debe tener una guía que

podrá ser utilizada por cualquier persona que desee trabajar en ello. El hecho de ser seres humanos nos hace desenvolvernos en varios ambientes lo cual nos obliga a comunicarnos. Por ese motivo la transmisión y recepción de información es sumamente importante. La introducción a este tema nos lo explica de una manera detallada [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7], y nos dice que La modulación de amplitud convencional toma una señal, representando información que va a ser transmitida, en una señal de frecuencia portadora que simplemente es un medio para


Facultad de Ingenieria de Sistemas Universidad Autónoma de Bucaramanga

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facilitar la transmisión. el resultado es una señal compuesta, compuesto del portador, y el “sidebands” con frecuencia mas alta y mas baja que la portadora .Para la señal s = S sinwst, impreso en un portador c = Csinwct, el resultado compuesto es y = Csinwct + 1/2 SC [ cos (wc-ws)t - cos(wc+ws)t]. En la expresión del lado derecho, el primer término es simplemente el portador. Note que si S fuera el cero, para que no hubiera ninguna señal, ese término todavía estaría allí. Solo hace falta por decir si hay presente información o no: a pesar de su nombre no (por lo menos) lleva cualquier información. El segundo y tercer término dependen de S y del ws. Las dos características de nuestra señal simple. En el caso de una señal compleja, más “sidebands” estarían presentes, todas dependen de la naturaleza de la señal, y contribuyen por consiguiente a la información. En esta asignación se verá que es posible generar el “sidebands” en una transmisión sin tener que generar al portador (excepto como una señal auxiliar de bajo nivel a la entrada al modulador-demodulador). Usted también verá que hay un poder considerable que ahorra trabajando de esta forma. Para demostrar esto, un modulador es necesario para qué pueda realizar igualmente bien la modulación con o sin el portador. El módulo 2960C usa un modulador-demodulador del circuito integrado en un modo que causa el salida suficiente para simplemente generar el producto (resultado de multiplicarlas) de las señales ingresadas. Una señal entró siendo el portador c = C sinwct del C, y la otra señal s, de salida es sC sinwct.

Si la señal s = Ssinwst se aplica a este modulador-demodulador, la señal resultante es sc = SCsinwst sinwct = 1/2 SC [cos (wc - ws) - C0S (wc+ws) t]. Esto solo representa las dos “side-bands” de la señal compuesta modulada y con esto empezamos este articulo. Si nosotros queremos obtener la señal completa, entonces el término del portador Csinwct debe agregarse. Esto es muy fácil de hacer, para todos se necesita agregar 1 (un d.c constante) a la señal alimentando el modulador-demodulador. En el 2960C 'el portador fijo' el control ajusta el nivel de la salida del portador alimentando un d.c ajustable, señal en el modulador-demodulador, junto con la señal del generador señalado. El amplificador de poder puesto a punto que sigue el modulador-demodulador es en efecto un transmisor de radio pequeño. Podría conectarse a una antena para radiar una señal (aunque esto sería ilegal). Sin embargo para mostrarle el poder que genera, el transmisor se conecta en cambio a una lámpara pequeña que enciende con un brillo que depende del poder que lo alimenta. Esta lámpara es el “monitor de poder RF” en el módulo. (Véase fig.1).



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Fig. 1. Bombilla del monitor RF. Para poder empezar a desarrollar este laboratorio se deben tener los equipos requeridos para trabajar adecuadamente cada una de las practicas, el modulo que se requiere para este laboratorio es el 2960C (véase figura 2), el cual se encarga de modular una señal a unos rangos de frecuencias definidos y nos muestra como se ve una onda en presencia de la portadora y sin ella.

Fig. 2. Modulo 2960C

El modulo que se observa debe ser conectado como mas adelante se definirá en este articulo.

2. Dispositivos e Instrumentos Para la realización de este laboratorio se requirió lo siguiente:

6. un osciloscopio de doble canal. 7. modulo 2960C. 8. generador de frecuencia. 9. suministro de poder.

a. Software (no se requirió software ) b. Hardware(uso de los equipos) Para la ejecución del laboratorio se requiere en primer lugar el modulo 2960C (figura 2) conectado a la consola de poder y posteriormente se debe encender.

2.1 Generador de baja frecuencia Este equipo se encarga de generar como su nombre lo dice, diferentes frecuencias requeridas, que posteriormente se podrán observar en el osciloscopio y modular para cada iteración (véase figura 3).

Fig. 3. Generador de baja frecuencia.



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2.2 Consola de poder La consola de poder se utiliza como fuente de poder para cada modulo del kit, y además en su configuración, se dan o manejan datos de voltaje que cada modulo requiere para su correcto funcionamiento (véase figura 4).

Fig. 4. Consola + módulo 2960c 2.3 Osciloscopio Se debe conectar un osciloscopio a los canales del modulo para generar las frecuencias que se requieren, este aparato (véase figura 5), es fundamental para este desarrollo ya que en su displey observaremos los resultados obtenidos en cada iteración y hacemos las mediciones correspondientes a cada caso.

Fig. 5. Osciloscopio. 3. Desarrollo del Laboratorio Para que el laboratorio funcione correctamente debemos realizar una configuración de diferentes equipos y dispositivos para completar el montaje (Véase fig. 6).los módulos se encuentran en el kit de telecomunicaciones como se ve (véase fig.7 y 8).

Fig. 6. Gráfico Ilustrativo del Montaje.

Fig. 7. Maleta de telecomunicaciones ED-2960.



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Fig. 8. Kit ED – 2960 con sus módulos. 3.1 Descripción del montaje Sobre la mesa de el laboratorio y cercano a los toma-corrientes, se conecta la consola de poder y seguidamente el modulo 2060c, se conecta el Módulo 2960C en el suministro de poder, entonces se enciende el suministro Ajustando el 'el portador fijo' del control para disminuir la lámpara “monitor de poder RF”. Esto reduce la transmisión en la salida del portador a cero (nominalmente) (véase figura 9).

Fig. 9. Modulo 2960C y sus controles. Se conecta el canal Y1 del osciloscopio con salida de 1MHz oscilador en el módulo. Se Mueve la sensibilidad del canal a 1V por división. La base de tiempo debe ajustarla a 1 1ms por división, y conectarla este canal al 'RF monitor' el punto en el módulo. Despacio se gira el 'el portador fijo'(tenga en cuenta que el “portador fijo” y el “set carrier”, hacen referencia a lo mismo), control en sentido contrario a las agujas del reloj hasta una señal de 1MHz de aproximadamente 10V cresta-a-cresta, la amplitud debe estar presente en el punto “RF monitor” (canal Y2) (véase figura 10 y 1).

Fig. 10. Perilla del “set carrier”. 4. Toma de datos y resultados Cada variación de la frecuencia y la amplitud se realizan tanto en el modulo como en el generador de frecuencias y el oscilador, girando las perillas hasta llegar a los datos deseados, luego dependiendo de las preguntas de manual se hacen diferentes anotaciones del comportamiento de las ondas. Se comienza como ya se describió en el montaje, generando una señal de 1MHz de aproximadamente 10V cresta-a-cresta, cuando hacemos esto, podemos observar la relación que hay entre la fase de las dos formas de onda, luego, despacio se gira el 'portador fijo’, en el sentido de las agujas del reloj, para que la señal en el punto del monitor disminuya, se lleva a cero y entonces se aumenta una vez más. Se pone un voltaje a aproximadamente 10V cresta-a-cresta y podremos observar que la fase entre estas dos formas de onda en este nuevo estado cambia a medida que rotamos el “set carrier”, en el modulo (véase Fig. 11).



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Fig. 11. Diferencia de fase entre las ondas. Una observación que se hace cuando giramos el “set carrier” del oscilador de 1MHz (en Yl) como referencia, es que podemos ver que la fase de la señal de salida RF se cambia a 180° al realizar esta prueba, este cambio de fase como se observa en la fig. 11. se debe a que la señal de entrada fue alterada en el modulador cuando se giro el “set carrier”, y la señal de salida invirtió la polaridad expresado en un cambio de fase de 180°. Para continuar se reajusta el 'portador fijo' para una salida nula una vez más. Se usa el osciloscopio para descubrir el nulo precisamente. Se Conecta el generador de baja frecuencia al “modulation input” Terminal y se mueve el control para dar una salida de 5V cresta-a-cresta a 0.4Hz. Se gira el 'el portador fijo' en el sentido de las agujas del reloj hasta que la señal en el 'RF monitor' alcance el punto de máximo valor cresta-a-cresta de aproximadamente 15V. Se observa la fase de salida de RF que cambia regularmente en sincronización con la entrada moduladora del oscilador. El oscilador está llevando ahora el mismo efecto como nuestra acción en el 'el portador fijo', tenido anteriormente. Se Eleva la frecuencia del oscilador a 4Hz, y se vera el proceso acelerado.

Luego se tiene una 'doble-sideband con supresión-portador’, o una señal DSSC corta, las siglas en ingles (Doble-sideband suppressed-carrier) [4] [5] [6] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16]. Es el resultado de multiplicar simplemente la oscilación del portador y la señal modulada (véase fig. 12). El producto no contiene ningún componente de frecuencia de portador, si esta señal sin la portadora se aplicara aun detector de AM ordinario (véase fig. 13) la señal no seria recibida satisfactoriamente, porque, para ello se necesitaría un detector mas complejo debido a que que los modulador-demoduladores de AM normales limitan a cero la amplitud, y no permite revertir la fase.

Fig. 12. Modulando y DSSC señal modulada Fig. 13. Detector AM ordinario. Signal input output



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La salida, como muestra en Fig. 14. se torcería severamente, como si hubiera sido completamente rectificada la onda.

Señal detectada

Fig. 14. Señal detectada. Los siguientes ejercicios dan más claridad a las prácticas realizadas: Un transmisor lleva tráfico del teléfono, para que la señal pueda tomar la máxima amplitud permitida para un tercio del tiempo, y cero para el resto del tiempo. Operando con un transmisor de AM convencional es capaz de manejar la señal discutida? r/: El transmisor opera para un tercio del tiempo con 100% de modulación, con un poder 3/4 C2R, como se demuestra en el texto [1], para los dos-tercios restantes del tiempo radia sólo al portador, a un poder de 1/2 C2R. Calcule la salida de poder del transmisor. r/: El poder de salida es por consiguiente (1/3 * 3/4 + 1/3* 1/2) C2R = 0.583 C2R. También calcule la salida de poder de un transmisor de un supresor-portadora que tiene el mismo tráfico del teléfono, y que es capaz de manejar los mismos picos de salida. Compare el poder requerido y la información transmitida en los dos casos. r/: Un supresor-portador radiaría un poder de C2R correspondiente a un tercio del tiempo, y a cero dos-tercios del tiempo. El

medio poder seria por consiguiente 1/3 C2R, que es el 52% del poder para el transmisor de AM convencional a pesar de la amplitud señalada doblándose, y el poder señalado aumentó por un factor de cuatro.

5. Conclusiones Radiar con portadora es más costoso y difícil hacerlo es un malgasto porque la información esta en la “sidebands”, pero esto también es complicado porque la detección es sumamente difícil. La detección también es un proceso de modulación: el detector de AM convencional en efecto usa el componente del portador de la señal recibida para modular el “sidebands” que viene con él. Otro aspecto importante de supresión del portador es que las bandas de ondas de radio son sumamente utilizadas estos días, para que sea inevitable que cualquier receptor reciba las transmisiones interfiriendo de vez en cuando seria complicado. La supresión del portador constituye una forma tolerable de interferencia que sólo está presente cuando la información está enviándose, y entonces la fuerza es reducida. 6. Autor JUAN MANUEL BALLESTEROS NAVAS Estudiante VII Semestre Ingeniería de Sistemas. Universidad Autónoma de Bucaramanga. e-mail: [email protected] 7. Referencias [1] Tele-comunications Trainer, Operation Manual.Ed 2960. ED Co. [2] Samir S. Soliman. Mandyam D. srinath “SEÑALES Y SISTEMAS CONTINUOS Y



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DISCRETOS” segunda edicion, PRENTICE HALL IBERIA 1.999, paginas (195-211). [3] Oppenheim “SEÑALES Y SISTEMAS” Segunda edición, PRENTICE HALL HISPANOAMERICANA S.A. 1.997, Paginas (596-611). [4] Ashok Ambardar “PROCESAMIENTO DE SEÑALES ANALOGICAS Y DIGITALES” Segunda edición, Thomson learning. 2.002, Paginas (300-311). [5] Couch II, Leon W. “SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITALES Y ANALOGICOS” Quinta edición, PRENTICE HALL. 1.998, Paginas (136-149, 302-303). [6]Mischa Schwartz “Information Transmission, Modulation, and Noise” second edition, McGraw-Hill. 1.970, Paginas (203-210). [7] Raymond A. Serway- John W. Jewett “FISICA Para ciencias e ingenierías” Volumen II Thomson. Sexta Edicion. 2005. [8] William Stallings “Comunicaciones y Redes de Computadores”, P Hall, Séptima Edición.

[9] F.G. Stremler “Introducción a los sistemas de comunicación”, Addison Wesley Iberoamericana, Tercera Edición, Capitulo II. [10] http://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/modulacion.htm [11] http://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/modulacion.htm [12] http://trajano.us.es/~isabel/publicaciones/DIGITALIZACION.PDF [13] http://es.wikipedia.org/wiki/Modulaci%C3%B3n_en_doble_banda_lateral [14] http://www.flashwebhost.com/circuit/dsb_transmitter_for_hams.php [15] http://www.ee.byu.edu/class/ee444/ComBook/ComBook/node22.html [16] http://www.monografias.com/trabajos2/modulamplitud/modulamplitud.shtml

http://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/modulacion.htm




http://trajano.us.es/~isabel/publicaciones/DIGITALIZACION.PDF

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http://www.monografias.com/trabajos2/modulamplitud/modulamplitud.shtml

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SIMULACIÓN DE LA TRANSMISION INALÁMBRICA DE SEÑALES MEDIANTE LA TECNOLOGÍA DE LA ANTENA

DIPOLO DOBLADO

Juan Pablo Peláez Sarmiento [email protected]

Resumen

En este artículo se muestra una investigación acerca de las tecnologías para la comunicación de datos inalámbrica mediante la implementación de dos laboratorios basados en las Antenas y las Telecomunicaciones. A su vez, el articulo esta enfocado a difundir una noción detallada y precisa del uso de las factores y parámetros que inciden sobre cada una de estas tecnologías y de igual manera, brindar una perspectiva global de sus aplicaciones en el entorno diario y en la expansión masiva de los sistemas de comunicación electrónicos. La presente investigación tiene entre sus objetivos, indagar acerca de las bases teóricas y practicas necesarias para conocer el funcionamiento, estructura y diseño de la tecnología de comunicaciones de datos tratadas en esta investigación como son la Antena Dipolo Doblado para las Antenas (Fólder-Dipole Antena). Palabras Claves: Antena Dipolo, Antena Yagi, Impedancia, Espectro Electromagnético, Ancho de Banda, Longitud de onda.

1. Introducción Una antena se puede definir como un conductor eléctrico (o conjunto de conductores) utilizado para radiar o captar energía electromagnética. Para transmitir la señal, la energía eléctrica proveniente del transmisor se convierte a energía electromagnética en la antena, radiándose al entorno cercano (la atmósfera, el espacio o el agua). Para recibir una señal, la energía electromagnética capturada por la antena se convierte a energía eléctrica y se pasa al receptor.[1] Existen también, dos tipos principales de antenas. Una de ellas, y en las cuales se enfoca se este articulo son las antenas

lineales. Estas son antenas cuyos elementos radiantes son lineales, es decir, los conductores que las forman tienen una sección de grosor despreciable respecto a la longitud de onda de trabajo y respecto a su longitud física total. Se utilizan extensamente en bajas frecuencias, se pueden utilizar en altas frecuencias y se pueden agrupar en arreglos que trabajan en bandas hasta la UHF (Ultra-High Frecuency).

CONTENIDO 2. Medios de Transmisión Inalámbrica




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Para establecer una comunicación entre dos sistemas (dispositivos) se hace necesario contar con un medio por medio del cual se transmitirá la información. En medios no guiados, tanto la transmisión como la recepción se lleva a cabo mediante antenas. En la transmisión, la antena radia energía electromagnética en el medio (normalmente el aire), y en la recepción la antena capta las ondas electromagnéticas del medio que las rodea. Básicamente hay dos tipos de configuraciones para las transmisiones inalámbricas: direccional y omnidireccional. En la primera la antena de transmisión emite la energía electromagnética concentrándola en un haz; por tanto en este caso las antenas de emisión y recepción deben estar perfectamente alineadas. En general, cuanto mayor es la frecuencia de la señal transmitida es más factible confinar la energía en un haz direccional. [10] 2.1. Microondas Las Microondas suelen utilizarse antenas parabólicas para la transmisión . En conexiones a larga distancia , se utilizan conexiones intermedias punto a punto entre antenas parabólicas. Los enlaces de microondas se utilizan mucho como enlaces allí donde los cables coaxiales o de fibra óptica no son prácticos. Las bandas de frecuencias más comunes para comunicaciones mediante microondas hasta 6 GHz. Además, con microondas se puede alcanzar un ancho de banda de hasta 15Mbps. Los enlaces de microondas presentan unas tasas de error en el rango de 1 en 105 a 1 en 1011 dependiendo de la relación señal / ruido en los receptores. La principal causa de pérdidas es la atenuación, debido a que las pérdidas aumentan con el cuadrado de la distancia (con cable coaxial y par trenzado son logarítmicas ).

Fig.1. Antenas de Microondas. [8]

2.2. Señales de Radio Existen dos técnicas de transmisión de radio, dependiendo del espectro utilizado: · Espectro sencillo de radio. Es similar a transmitir desde una emisora de radio. El usuario sintoniza el emisor y el transmisor a una cierta frecuencia. Esto no requiere una línea de visión porque el rango de difusión es 5000. Sin embargo, debido a que la señal es de alta frecuencia, no puede traspasar acero o paredes gruesas. Además es relativamente lento, en un rango de 4,8 Mbps.[5] · Radio de amplio espectro. La radio de amplio espectro emite señales en un rango de frecuencias. Esto ayuda a evitar los problemas de comunicación de espectro sencillo. Las frecuencias disponibles están divididas en canales. Los adaptadores de amplio espectro sintonizan en un canal especifico por una determinada longitud de tiempo y entonces cambian a un canal diferente. La típica velocidad de 250 Kbps hace este método mucho más lento que los otros. Sin embargo, algunas implementaciones pueden ofrecer velocidades de hasta 2 Mbps sobre distancias de 2 millas al exterior y 400 pies al interior.



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Fig.2. Transmisión de Señales de Radio y Televisión. [12]. 3. Folded-Dipole Antenna La Antena Dipolo Doblado (Folded Dipole Antenna) es esencialmente una sola antena hecha con dos elementos. Un elemento se alimenta directamente, mientras que el otro esta acoplado conductivamente en los extremos. Cada elemento es de media longitud de onda de largo. Sin embargo, debido a que la corriente puede fluir del otro lado de las orillas, hay una corriente de longitud de onda completa en la antena. Por tanto, para la misma potencia de entrada, la corriente de entrada será la mitad del dipolo básico de media onda (λ/2) y la impedancia de entrada es cuatro veces mas alta, por lo tanto, para el funcionamiento de la transmisión y recepción de las señales eléctricas se usa un balun con impedancia 4:1. Por ejemplo para una impedancia de 72 Ω, se tiene (4 x 72 = 288). La impedancia de entrada de un dipolo doblado es igual a la impedancia de media onda (72 Ω) multiplicado por el numero de cables doblados al cuadrado. Por ejemplo, si hay tres dipolos, la impedancia de entrada es 32 x 72 = 648 Ω. Otra ventaja de un dipolo doblado sobre un dipolo básico de media onda es un mayor ancho de banda. El ancho de banda puede

incrementarse aún más haciendo mas grandes en diámetro los elementos del dipolo (a esta antena se le denomina un dipolo grueso). Sin embargo, los dipolos gruesos tienen distribuciones de corriente e impedancia característica de entrada ligeramente distintas a los dipolos delgados.[2]. 3.1. Antenna Yagi Una antena utilizada ampliamente que por lo general, usa un dipolo doblado como elemento de excitación es la Antena Yagi-Uda, mas comúnmente conocida como Antena Yagi, que lleva el nombre de los dos científicos japoneses que la inventaron y describieron su operación. Una Antena Yagi es un arreglo lineal que consiste de un dipolo y dos o mas elementos parasíticos: un reflector y uno o mas directores. Para las antenas Yagi sencillas, el elemento de excitación es un dipolo doblado de media longitud de onda. A este elemento se le denomina como de excitación debido a que está conectado a la línea de transmisión. [3] La directividad típica para una Yagi es entre 7 y 9 dB. El ancho de banda de la Yagi se puede incrementar utilizando mas de un dipolo doblado, cada uno cortado a una longitud ligeramente distinta. Por tanto, la antena Yagi se utiliza por lo general para la recepción de televisión de VHF debido a su amplio ancho de banda. La banda de TV de VHF (Very-High Frecuency se extiende de 54 a 216 MHz.

Fig. 3. Antena Yagi [12]



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3.2. Parámetros Fundamentales de la Antena Dipolo Doblado

3.2.1. Densidad de Potencia Radiada La densidad de potencia radiada se define como la potencia por unidad de superficie en una determinada dirección. Las unidades son watios por metro cuadrado. Se puede calcular a partir de los valores eficaces de los campos como:

(1) La intensidad de radiación es la potencia radiada por unidad de ángulo sólido en una determinada dirección. Las unidades son watios por estereoradián. Dicho parámetro es independiente de la distancia a la que se encuentre la antena emisora. La relación entre la intensidad de radiación y la densidad de potencia radiada es

(2) 3.2.2. Impedancia La impedancia de una antena se define como la relación entre la tensión y la corriente en sus terminales de entrada. Dicha impedancia es en general compleja. La parte real se denomina resistencia1 de antena y la parte imaginaria, reactancia de antena.

(3) El punto de alimentación de la Antena Dipolo Doblado presenta una carga en ca a la línea de transmisión llamada impedancia de entrada de la antena. Si la impedancia de salida del transmisor y la impedancia de entrada de la antena son iguales a la

1 Se define la resistencia de radiación como la relación entre la potencia radiada y el valor de la corriente en los terminales de entrada de la antena dipolo doblado

impedancia de la línea de transmisión, no habrá ondas estacionarias en la línea, y se transfiera la potencia máxima a la antena y se irradia. 3.2.3. Modelo de Radiación Un patrón o modelo de radiación es un diagrama polar o grafica que representa las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la intensidad del campo eléctrico o de la densidad de potencia, se le llama patrón de radiación absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la densidad de potencia en relación al valor en un punto de referencia, se llama patrón de radiación relativo. [1]

Fig.4. Grafica del Modelo de Radiación para la Antena Dipolo Doblado [7]

Los gradientes circulares indican la distancia en pasos de dos kilómetros. La densidad de potencia a 10 kms de la antena en una dirección de 90º es 10uW/m2 . En una dirección de 45º, el punto de igual densidad de potencia es 5 kms de la antena; a 180º, está a solamente 4 kms; y en una dirección de –90º, en esencia no hay radiación.

3.4. Guías de Onda



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Las líneas de transmisión de hilos paralelos, incluyendo los cables coaxiales, no pueden propagar con eficiencia la energía electromagnética arriba de unos 20Ghz, por la atenuación causada por el efecto de superficie y las perdidas por radiación. Además, las líneas de transmisión de hilos paralelos no se pueden usar para propagar señales de alta potencia, por los altos voltajes asociados con ellas, que causarían la disrupción del dieléctrico que separa los dos conductores. En consecuencia, las líneas de transmisión de hilos paralelos son impracticas en muchas aplicaciones de UHF y microondas. [6] En su forma mas simple, una guía de ondas, o guíaondas, es un tubo conductor hueco, por lo general de corte transversal rectangular, pero a veces circular o elíptico. Las dimensiones de la sección transversal se establecen de tal manera que se puedan propagar las ondas electromagnéticas por el interior de la guía (de aquí el nombre de guía de ondas). [1] 3.4.1. Guía de Onda Rectangular Los guías de onda rectangular son lo que mas se usan. Su funcionamiento se basa en el principio del comportamiento básico de las ondas que se reflejan en una superficie conductora. La energía electromagnética se propaga por el espacio libre en forma de ondas electromagnéticas transversales (TEM), y su campo magnético, campo eléctrico y dirección de propagación son perpendiculares entre sí. Para propagar bien una TEM a través de una guia de ondas, la onda debe propagarse por ella en zigzag con el máximo del campo eléctrico en el centro de la guia y cero en la superficie de las paredes. [1] 3.4.2. Otros tipos de guías de ondas

• Guía de Onda Circular Las guías de onda rectangulares son, con mucho, las mas comunes; sin embargo, en radar y en aplicaciones de microondas se usan guías de onda circulares, cuando es necesario o hay ventajas al propagar ondas polarizadas vertical y horizontalmente por la misma guia. El comportamiento de las ondas electromagnéticas en las guías de onda circulares es igual que en las rectangulares. Sin embargo, debido a la distinta geometría, algunos de los cálculos se hacen de una forma un poco distinta. [8] • Guia de Onda Rígida Esta clase de guías es más costosa en su fabricación que las rectangulares normales; sin embargo, permite también el funcionamiento a menores frecuencias para determinado tamaño. En consecuencia, es posible tener menores dimensiones generales de guia de ondas cuando son con entrantes. Esta característica, combinada con su mayor costo, limita su utilidad a aplicaciones especializadas. • Guía de Onda Flexible Este tipo de guía de ondas consiste de bandas en espiral, de latón o de cobre. El exterior se cubre con un recubrimiento dieléctrico suave, con frecuencia de hule, para mantener hermética la guía de onda al aire y al agua. En los sistemas de microondas se usan tramos cortos de guía de onda flexible, cuando se interconectan varios transmisores y receptores con una unidad compleja de combinación o de separación. [11] 3.3. Aplicaciones de la Antena Dipolo Doblado La aplicación mas común y la mas sencilla de este tipo de dipolo son las antenas en forma de V que poseen la mayoría de los televisores



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en la parte superior. Mientras que teóricamente los elementos de la antena dipolo deberían estar a lo largo de una misma línea, esta antena en V son ajustables tanto en su longitud como en el ángulo. En ocasiones, las antenas dipolo mas grandes son “puestas” en la forma de V con el centro cerca del radio en tierra, o de otra forma, con el centro apoyado en tierra. Y a su vez, los dipolos mas cortos se pueden “colgar” verticalmente para asumir el comportamiento de las antenas en forma de V. Otra aplicación de este tipo de antenas se puede observar en las antenas para banda FM (Frecuencia Modulada). Para esta aplicación, las puntas de la antena dipolo se doblan hacia atrás, hasta que lleguen casi hasta el punto de alimentación., de tal manera que la antena adquiere una longitud de onda completa. Una ventaja fundamental de esta implementación, es una ganancia considerable de ancho de banda con respecto a la antena dipolo de media longitud de onda (λ/2). [3]

4. LABORATORIO DE ANTENAS FOLDED ANTENNA DIPOLE

4.1. Objetivos La realización de este laboratorio de Antenas tiene como objetivo recalcar la importancia de las antenas en el funcionamiento y desarrollo de las Comunicaciones Electrónicas, conociendo los parámetros y factores implicados en dicha transmisión. Por otra parte, se busca indagar las aplicaciones de las antenas desde el punto de vista de las Telecomunicaciones a nivel nacional e internacional y en los campos de la Industria, el Comercio y demás aplicaciones especializadas.

4.2. Descripción Teórica del Montaje Los siguientes son los elementos a tener en cuenta para la realización de este Laboratorio: • Antena Transmisora de Señal La antena transmisora es una antena Yagi conectada a un sistema digital de transmisión. Para este montaje se trabajara con una frecuencia de 500 Mhz

Fig. 6. Antena Transmisora [9] • Antena Receptora de Señal La antena receptora esta compuesta por una baluun de relación 4:1. Dicha antena recibe las ondas transmitidas por la antena transmisora, manejando ciertos parámetros de resistencia.



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Fig. 6. Antena Receptora [9] • Sistema Digital para Transmisión y

Recepción de Señales Este dispositivo electrónico cumple la función de generar y controlar las ondas de transmisión, estableciendo los parámetros de amplitud, frecuencia y ancho de banda de la señal. Fig. 7. Sistema Transmisión – Recepción [9]

8. Resultados Para iniciar la transmisión y recepción de señales, elegimos la opcion AUTO de la pantalla Data Acquisition (Ver Guía de

Laboratorio). Nos daremos cuenta que a medida que la señal es transmitida, ésta se representa en el modelo de radiación, y de igual forma, la antena dipolo doblado (recepción) irá girando gradualmente de 0° a 360°. Al finalizar el giro completo, el software muestra dos graficas en el modelo de radiación que corresponden a los planos E-Plane y H-Plane obtenidas en el Software ED-3200 Antenna Trainer. La siguiente grafica representa la señal transmitida por la Antena Yagi en dirección hacia la Antena Dipolo.

Fig 8. Señal transmitida en E-Plane y H-

Plane [9] 9. Conclusiones Cuando el espacio disponible no permite extender el dipolo horizontalmente en toda su longitud, se puede adoptar la configuración de las antenas dipolo en V invertida, que son una buena solución y que presenta incluso algunas ventajas frente al dipolo horizontal. La característica de radiación de una antena emisora debe ser igual a la característica de recepción de la antena receptora para que el proceso de transmisión sea optimo. La característica de radiación de una antena representa el cambio de intensidad de un



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cambio magnético en una esfera cuyo centro es la antena radiante. 8. Autores Este Proyecto de Investigación fue desarrollado por Juan Pablo Peláez Sarmiento. Estudiante de octavo (8) semestre de Ingenieria de Sistemas en la Universidad Autónoma de Bucaramanga. Con la colaboración del Ing. Hugo Vecino Pico. Para contactar cualquier inquietud: jpelaez,[email protected] 9. Referencias Bibliograficas [1]. Tomasi, Wayne. Sistemas de Comunicaciones Electronicas. Cuarta Edición. Editorial Prentice Hall (2003). Pags 371 – 417. [2].Stallings, William. Local and Metropolitan Area Networks. Fifth Edition. Editorial Prentice Hall. USA (1997), Pags 355-382. [3].Tanenbaum, Andrew S. Redes de Computadoras. Tercera Edición. Editorial Pearson. México (1997). Pags 93-97. [4]. Stallings, William. Comunicaciones y Redes de Computadores. Séptima Edición. Editorial Pearson. España (2004), Pags 567-581. [5]. Evelio Martinez Martinez. Tecnologías de Información – Cursos de Telecomunicaciones. (Disponible) http://www.eveliux.com. [citado en Abril 29 de 2.006] [6]Accesories Antenas. Dipoles Antenas. (Disponible).http://members.fortunecity.com/xe1bef/dipoles.htm. [citado en Mayo 7 de 2.006]

[7].Antenas. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación. Universidad de Vigo. (Disponible) http://www.com.uvigo.es/asignaturas/ant/. [citado en Mayo 12 de 2.006] [8]. Experiencias realizadas en el Laboratorio de Telecomunicaciones UNAB. Convenio UNAB – CISCO. [9].Antenas en General. (Disponible). http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/ant.htm [citado en Abril 15 de 2.006] [10].F.G. Stremler. Introducción a los Sistemas de Comunicación. Tercera Edición. Editorial Pearson. México (1998), Págs. 226-234. [11]. Portal Wikipedia en Ingles (Disponible).http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna. [citado en Abril 15 de 2.006]



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EVALUACIÓN DE TÉCNICAS DE MEDICIÓN DE ANCHO DE BANDA DISPONIBLE “ABET’s”

Shirly M. Carrasquilla Marín, Edinson Ulloque Rodríguez, César Darío Guerrero Santander

[email protected], eulloque, [email protected]

Resumen

En este documento se muestran, de forma comparativa, herramientas usadas para la medición del ancho de banda disponible a lo largo de un enlace de red. Estas herramientas, IGI, Pathload, Spruce y PatchChirp, han sido evaluadas en un ambiente que emula la transmisión de datos a través de la red Internet, bajo condiciones controladas que permiten el conocimiento real del ancho de banda disponible en el enlace, en un momento dado de la medición; esto con el fin de evaluaras en cuanto a rapidez y exactitud en la medición. Palabras Clave: Ancho de banda disponible, Medición en Redes de Comunicación, Evaluación 1. Introducción Según la Comisión de Regulación de las Telecomunicaciones (CRT) publicada en el Internet World Stats [1], en Colombia, el número de usuarios de Internet ha pasado de 878,000 en el año 2000 a 3,585,688 en el año 2005 (un crecimiento de más del 400%). A nivel mundial, durante el mismo periodo, este crecimiento fue del 182%. Esta tendencia implica una demanda creciente y reclama un uso eficiente del ancho de banda, dado el incremento de tráfico generado (especialmente tráfico multimedia). La necesidad de realizar mediciones en tiempo real sobre canales de comunicación con el fin de usarla en protocolos y aplicaciones para optimizar su operación, ha sido el factor que motivó el desarrollo del trabajo que dio origen al presente artículo. Aunque este tipo de investigaciones no son algo nuevo en el ámbito de las comunicaciones (datan de 1988), en muchos casos se han visto limitadas a la estimación de la capacidad del enlace y en ocasiones al estudio de una herramienta en particular [2,3]. Tomando en cuenta que el comportamiento de las herramientas está muy ligado al escenario en el que son probadas, variando en aspectos como tiempo de repuesta y exactitud, dependiendo del las características del enlace sobre el cual se operen, se optó por la evaluación de las mismas sobre un ambiente emulado y controlado (test bed) basado en el uso de Dummynet [4], sobre máquinas FreeBSD [5]. 2. Métricas relacionadas al ancho de banda

El ancho de banda hace referencia a la capacidad del enlace a utilizar en este sentido, es importante clarificar conceptos como capacidad de la conexión, que hace referencia a la cantidad de datos que pueden transmitir en un enlace, en un momento dado en el que se dispone del mismo en su totalidad; y ancho de banda disponible, que es la porción del enlace disponible para el uso, luego que se ha inyectado el tráfico normal del enlace. [6] Otros conceptos muy comúnmente confundidos son los de tight link y narrow link [6]. La parte del enlace con menor ancho de banda disponible para la transmisión, es llamada tight link, mientras que el sector del enlace con menor capacidad recibe el nombre de narrow link, sin embargo, este último no es necesariamente a su vez el tight link, como su muestra en la Figura 1. 2.1. Técnicas de estimación de ancho de banda Algunas técnicas de medición de ancho de banda para la estimación y el ancho de banda disponible en un hop (terminal de red) o un end-to-end path (camino de red) son:

Figura 1. Capacidad del Canal.

Narrow link Tight link




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Tomado de MANIS Jain y CONSTANTINOS Dovrolis Ten Fallacies and Pitfalls on End-to-End Available

Bandwidth Estimation.

• Variable packet size (VPS). Esta técnica es la encargada de la medición de la capacidad de cada hop a través de un enlace de red. La clave de ésta radica en la medición del Round Trip Time (RTT), desde el origen hasta cada hop del camino como una función de prueba del tamaño del paquete. Envía múltiples paquetes de prueba con un tamaño dado por el emisor, a cada dispositivo de la capa tres en el camino.

• Packet Pair/Train Dispersion Probing. Es una

medida de dispersión de los datos inyectados a la red, insertando información conveniente para la medición. Uno de sus inconvenientes radica en que se asume, para esta medición, un tráfico de datos fluido, es decir, relativamente constante, cuando en la realidad este tráfico es abrupto.

• Self Loading Periodic Streams (SLoPS). En ésta

técnica, se envía un número igual a 100 paquetes de igual tamaño, que se deben recibir a una razón R. Esta herramienta es capaz de detectar las variaciones que se producen en la transmisión, en el retardo de una sola vía.

• Train of Packet Pairs (TOPP). Esta herramienta

envía paquetes de datos que se incrementan gradualmente desde el emisor hacia el receptor.

2.2. Modelos de Estimación de Ancho de Banda

Disponible Las herramientas más recientes pueden ser diferenciadas de acuerdo a las dos técnicas principales de estimación (The probe gap model-PGM y The probe rate model-PRM). 2.3.1. The probe gap model (PGM) Este modelo hace uso de la información del espacio de tiempo entre la llegada sucesiva de dos paquetes de prueba al receptor. Un par de paquetes de prueba es enviado con un espacio determinado entre ellos

EntradaΔ y llega al receptor con una distancia SalidaΔ . Asumiendo un único cuello de botella y que la cola no se encuentra vacía entre el envío del primer y el segundo paquete de prueba, entonces SalidaΔ es el tiempo que le toma al cuello de botella transmitir el

segundo paquete de prueba en el par y el tráfico cruzado que llega durante EntradaΔ , como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Probe gap model (PGM). Modelo para estimación de ancho de banda disponible.

Tomado de “A Control-Theoretic Approach to Flow

Control”. KESHAV, S. Septiembre de 1991. De esa forma, el tiempo para transmitir el tráfico cruzado es EntradaSalida Δ−Δ , y la razón de llegada

del tráfico cruzado es CEntrada

EntradaSalida ×Δ

Δ−Δ, donde

C es la capacidad del cuello de botella. El ancho de banda disponible es:

.1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

Δ−Δ−×=

Entrada

EntradaSalidaCA (1)

Spruce e IGI[8] son ejemplos de herramientas que usan este modelo. 2.3.2. The probe rate model (PRM) Basado en los conceptos de congestión auto inducida; PRM se basa en la siguiente consideración, si se envía tráfico de prueba a una razón más baja que el ancho de banda disponible a través de un enlace, entonces, la razón de llegada del tráfico de prueba debe coincidir con la razón a la cual fue enviado. Por el contrario, si la razón a la que se envía el tráfico de prueba es mayor que el ancho de banda disponible, se crea una cola en la red y el tráfico de prueba debe presentar retardo. Como resultado, la razón de los paquetes de prueba en el receptor, debe ser menor que la de envío. De esta manera, se puede medir el ancho de banda disponible, localizando el punto de retorno, en el cual los paquetes de prueba enviados y los recibidos, comienzan a coincidir. Herramientas como Pathload[2] y Patchchirp[3], usan este modelo.



88

Ambos modelos usan trenes de paquetes para generar una medición y toman como ciertos los siguientes supuestos:

1. La cola en todos los Routers es atendida siguiendo el modelo FIFO. (First in – First out).

2. El tráfico cruzado sigue un modelo fluido. 3. Las tazas de transmisión del tráfico cruzado,

cambian lentamente y de forma constante para cada medición.

Adicionalmente, el modelo PGM asume un único cuello de botella que puede ser el narrow link o el tight link para cada enlace punto a punto. Estas consideraciones son necesarias para el análisis del modelo, pero las herramientas pueden trabajar, aún, si algunas de ellas no se cumplen. [8] 3. Herramientas Toda herramienta de medición activa, para llevar a cabo tal medición, inyecta tráfico de prueba a la red, este tráfico es considerado intrusivo en cierto grado. Es decir, se considera intrusiva aquella medición activa cuyo tráfico de prueba para la medición, es significativo comparado con el ancho de banda del enlace [7] Estas herramientas, son precisamente nuestro objeto de estudio. 3.1. IGI. Inicial Gap Increasing Esta herramienta para calcular el ancho de banda disponible se basa en el modelo PGM, y en la integración de las técnicas SLoPS y TOPP para dar una medición acertada del ancho de banda disponible. IGI calcula el tráfico competente para el rendimiento como sigue. Se asumen M intervalos de prueba que van incrementando, los valores son

;,...,1| MigG i == ++ K intervalos son incambiables

y están representados como ;,...,1| KigG i == == y N intervalos decrecen y se denotan así

.,...,1| NigG i == −− Se usa Bo para denotar la capacidad del enlace de ⟩⟨ 2,1 RR , el cuello de botella. Entonces ∑=

+⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ −

M

i Bi ggBo1

es la cantidad de tráfico

competente que llega a R1 durante el periodo de prueba [9]. Como resultado, se puede estimar el ancho de banda competente en el enlace cuello de botella como

∑ ∑ ∑+

∑

= = =

−+

=

+

=+

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ −

M

i

K

i

N

i ii

M

i Bi

ggggg

i

Bo

1 1 1

1 (2)

Este método de cálculo del tráfico competente es el usado para el algoritmo de IGI, ésta es la fórmula IGI. En esta fórmula, el denominador es en general la longitud del tren de paquetes, el intervalo que incluye los paquetes fuera de orden no es válido y es excluido, esto reduce el denominador [9]. En este método, se pueden controlar tres parámetros de las mediciones. − Tamaño de los paquetes de prueba. Los

experimentos con pequeños paquetes de prueba son muy sensibles a interferencias. Además pueden haber efectos de cuello de botella tardío causados por los pequeños paquetes de prueba. [10]

− El número de paquetes de prueba. Es bien conocido que el tráfico en Internet es abrupto, de manera que una fotografía instantánea del flujo en la red, no sería suficiente para determinar la cantidad de tráfico en la red. Se debe determinar el tamaño y la cantidad apropiada de paquetes de prueba. De cualquier manera se debe notar que el enviar demasiados paquetes puede causar desbordamiento y pérdida de paquetes, además de incrementar la carga en la red.

− Intervalo de prueba inicial. En un modelo de de medición por intervalos con una única terminal, es posible notar que incrementando el intervalo de entrada, se puede lograr que el intervalo de salida sea independiente del tráfico competente en la red. [9]

3.2. Pathload Basada en el uso de SLoPS, esta herramienta consiste en un proceso SND corriendo en el emisor, y un proceso RCV en el receptor. Se usan paquetes UDP, mientras una conexión TCP entre los dos puntos controla la medición. Una característica importante de Pathload es que, en lugar de dar un valor único para el acho de banda disponible en un intervalo de tiempo ( )Θ+00 , tt , ésta estima el rango en el que el ancho de banda varía durante el proceso de medición, cuando ésta se realiza usando una escala de tiempo promedio Θpτ , donde τ y Θ son parámetros relacionados a la herramienta, “stream duration” y “fleets duration”.



89

Un Stream consiste en K paquetes de tamaño L , enviados a una razón R . Donde R es ajustada en tiempo de ejecución. El espacio entre paquetes T se establece normalmente como minT , y se obtiene en el

proceso de envío (la espera mientras se envía). minT es establecido por defecto como sμ100 ; sin embargo durante el siguiente lanzamiento de la herramienta éste será configurado automáticamente basándose en el período mínimo alcanzable. El receptor mide el espacio entre paquetes T con el que los paquetes fueron enviados, usando el tiempo que marca en ellos el proceso SND en el emisor para detectar el contexto de la transferencia y otras relaciones de divergencia. Sin embargo, Pathload no determina el ancho de banda basado en un único stream. Por el contrario, envía un fleet, que es un conjunto de N streams, de forma que calcula el ancho de banda disponible N veces sucesivas. Todos los streams en un fleet tienen la misma razón de envío. Cada stream es enviado solo cuando el stream anterior ha sido recibido, para evitar la acumulación de streams en el enlace. De esta forma, siempre hay un intervalo de tiempo entre streams el cual es mayor que el RTT del enlace. Por defecto, Pathload envía 12 streams por fleet y 100 paquetes por stream, cuya longitud BL 800= y

sT μ100= , de tal forma que un stream lleva 80,000 bytes y permanece en el enlace por 10ms. [11] 3.3. Spruce. Esta herramienta se basa en el modelo PGM y como otras herramientas basadas este modelo [8,12], asume un único cuello de botella a través del path, que bien puede ser el narrow o el tight link (ver definición). Spruce computa el ancho de banda disponible de acuerdo con la Ecuación 3, la cual requiere tres parámetros: C, EntradaΔ y SalidaΔ . Spruce asume que

C es conocido, establece EntradaΔ en el emisor y mide

SalidaΔ en el receptor. En el emisor, Spruce establece el espacio de tiempo del par entrante, EntradaΔ , al tiempo en que transmite un paquete de datos de 1500B en el enlace cuello de botella. Esta elección garantiza que la cola no esté vacía entre el tiempo de transmisión de ambos paquetes de prueba, lo cual es un requerimiento para la Ecuación 3.

En el receptor, Spruce mide SalidaΔ , el tiempo de transmisión de ambos, paquetes de prueba y tráfico cruzado. Con esta información, y conociendo la capacidad del enlace cuello de botella, Spruce calcula el número de bytes que llegaron a la cola entre el par de paquetes de prueba desde el tiempo de entrada, separados siguiendo la fórmula

CEntrada

EntradaSalida ×Δ

Δ−Δ, (3)

donde C es la capacidad de el cuello de botella. Haciendo uso de este número en la Ecuación 3, Spruce obtiene una medición de prueba del acho de banda disponible. [13] Para mejorar la precisión de la estimación, Spruce prepara una secuencia de pares de paquetes de prueba que miden y reportan un promedio. Spruce usa el espacio entre dos pares de paquetes de prueba para la salida de una función distribuida exponencialmente, cuyo promedio τ que es mucho mayor que EntradaΔ , resultando en un proceso de muestreo Poisson. Se apela a esta decisión por dos razones. Primero, por un modelo simple, el cual asume un único cuello de botella y un tráfico cruzado no fluido (sin tráfico cruzado o cercano a la capacidad), una secuencia de mediciones de acuerdo a un proceso de muestreo Poisson deja ver el porcentaje promedio de tráfico cruzado. Segundo, el muestreo Poisson garantiza que Spruce es una herramienta no intrusiva. En particular, enviando una secuencia de pares de paquetes en lugar de un tren de paquetes permite controlar el tiempo entre el envío de los paquetes independientemente del tiempo al que se envían los mismos. Se usa un tiempo grande entre el envío de paquetes τ para hacer a Spruce una herramienta no intrusiva. Spruce computa el ancho de banda disponible en un tiempo t como el promedio de la última medición de prueba K. el valor predeterminado para K es 100. El emisor de Spruce envía una serie de pares de paquetes UDP de 1500B. Spruce establece el tiempo entre la transmisión de los paquetes, basándose en el narrow link. El emisor ajusta el espacio promedio entre pares de paquetes para garantizar que la proporción de prueba sea el menor de 240Kb/s y 5% de la capacidad del path. Por ejemplo, en un path de 1.5 Mb/s, la media entre pares de paquetes se establece en 320ms, resultando en una razón de prueba de 75 Kb/s.



90

3.4. PatchChirp PatchChirp estima el ancho de banda disponible a lo largo de un enlace lanzando un cierto número de paquetes puntuales (chirps), numerados (m=1,2,…) desde el emisor hacia el receptor, llevando a cabo un análisis estadístico en el receptor. Un Chirp, consiste en un grupo de N paquetes espaciados exponencialmente, cada paquete de un tamaño de P bytes. Se define el espacio de tiempo entre paquetes dentro de un chirp como el comportamiento del factor γ , el retardo en la cola de

paquetes de un paquete k como ( )mkq [14],el tiempo de

transmisión del paquete k en el emisor como ( )mkt , el

espacio entre dos paquetes consecutivos k y k+1 como ( )mkΔ y la razón instantánea de transmisión de un

paquete k como:

)()(

mk

mk

PRΔ

= . (4)

donde ( )mkΔ y ( )m

kR son iguales para cada chirp. [15] PatchChirp calcula el ancho de banda disponible en un enlace usando chirps de paquetes de prueba UDP. Esta herramienta usa cómo parámetros, el tamaño de los paquetes de prueba P, el comportamiento del factor γ , el periodo de tiempo usado para la entrada del paquete, y el intervalo de tiempo para el cual el retardo instantáneo calculado se encuentra libre de irregularidades. Cada paquete UDP es marcado por el emisor con la hora de salida, esta hora es comparada en el receptor con la hora de recibo, con el fin de calcular el retardo. 4. Escenario de Pruebas El montaje de dicho escenario de pruebas sigue la organización del esquema mostrado en la Figura 3. En esta figura, se muestra la distribución de los enlaces entre las diferentes máquinas utilizadas para la evaluación de las herramientas para la medición del ancho de banda disponible (PatchChirp, Pathload, IGI y Spruce), así como las direcciones IP de las mismas y sus nombres, a los que haremos referencia de aquí en adelante.

Figura 3. Test Bed para la Evaluación de técnicas de Medición de Ancho de Banda Disponible

Tomado de “Test Bed for ABETs Evaluation.”

http://fis.unab.edu.co/docentes/cguerrer Como se puede observar, los equipos se encuentran interconectados en cinco redes privadas (desde 10.0.0.0 hasta 10.0.4.0), por medio de enlaces Ethernet. Donde en los extremos de la red encontramos máquinas con sistema operativo Linux Red Hat 9.0, mientras que las otras máquinas usan FreeBSD 5.4. Estos computadores cuentan con tarjetas de red estándar, que transmiten a 1Gbps y una tarjeta de red agregada que transmite hasta 100Mbps, por lo cual se configurarán para emular diferentes anchos de banda, correspondientes a los deseados para la realización de las pruebas; los cuales son dados por cada escenario en particular.

Las Máquinas FreeBSD son US, Brazil, China y Spain. Este sistema operativo fue escogido dado que trae incluido un simulador de enlaces llamado Dummynet [4], el cual utilizando un enlace de red alámbrico normal permitirá simular la existencia de enlaces con distintos anchos de banda. La activación y configuración de la herramienta Dummynet se hace creando un nuevo archivo de configuración del kernel de la máquina, al que se le realizarán algunos cambios; se debe activar el firewall de la máquina, activar el uso de las funciones de Dummynet y replantear su granularidad. Luego se recompila el kernel. Se deben modificar además los archivos de configuración de cada máquina.

Agnes y Billyspc, por su parte tienen instalado el sistema operativo Linux Red Hat 9.0, cuya granularidad por defecto es 100HZ (10ms para cada marca de reloj). Esta granularidad debe ser cambiada a 500HZ por medio de una recompilación del kernel.

Se deben instalar en estas máquinas las herramientas de medición de ancho de banda disponible, de forma



91

tal que una de ellas actúe como emisor y la otra como receptor (Billyspc y Agnes respectivamente). Por lo demás estas máquinas no sufren cambios en su configuración original.

5. Pruebas y Resultados Para efectos de la evaluación se realizaron cuarenta pruebas individuales con cada una de las herramientas, tomando enlaces de 100Mbps cuyos cuellos de botella varían entre 5Mbps y 50Mbps a los cuales se les inyecta tráfico cruzado del 25%, 50% y 75% de su capacidad. Los resultados obtenidos con estas pruebas, fueron tabulados y analizados individualmente de acuerdo con parámetros de exactitud en la medición y tiempo tomado para la medición. Para tal efecto se hizo necesario promediar los valores de error y de tiempo de cada medición. Los resultados obtenidos se muestran a continuación de forma gráfica; para un mejor entendimiento de las gráficas de ancho de banda disponible, se debe tener en cuenta que cada pico corresponde a un porcentaje de ancho de banda disponible real, así de izquierda a derecha, el primero al 100%, el segundo al 75%, el tercero al 50% y el cuarto y último al 25% de la capacidad del canal. Cómo se puede observar en la Figura 4, IGI, mide de manera muy acertada el ancho de banda disponible, mostrándose muy cercana al valor teórico real del ancho de banda disponible. Por su parte Pathload (Figura 5), muestra, que en ausencia de tráfico cruzado, el valor medido subestima el ancho de banda disponible.

Ancho de Banda Disponible Medido vs Real (IGI)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40

No. de Medición

Anc

ho d

e B

and

Ancho de Banda DisponibleRealAncho de Banda DisponibleIGI (Kbps)

Figura 4. Ancho de banda disponible Medido vs Real

(IGI)

Ancho de Banda Disponible Medido vs Real (Pathload)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39

No. de Medición

Anch

o de

Ban

d

Acho de banda Disponible Real

Rango de Ancho de Banda(Kbps) - Pathload Promedio


(Pathload) En el caso de PatchChirp y Spruce, las mediciones oscilan entre valores que si bien subestiman el ancho e banda disponible, no se acercan de manera uniforme a un ancho de banda disponible, oscilando entre valores muy bajos o muy cercanos al real; comportamiento que Spruce logra estabilizar en presencia de grandes cantidades de tráfico cruzado (75% de la capacidad del cuello de botella).

Acho de Banda Disponible Medido vs Real (PathChirp)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40

No. de Medición

Anc

ho d

e B

and

Ancho de Banda DisponibleRealAncho de Banda Disp.PathChirp


(PatchChirp) Ancho de Banda Disponible Medido vs Real (Spruce)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40

No. de Medición

Anc

ho d

e B

and

Ancho de Banda Disponible Real

Ancho de Banda DisponibleSpruce


(Spruce)

Al observar el porcentaje de error de cada herramienta (Figura 8), se hace visible lo ya observado de las mediciones de ancho de banda disponible realizadas por las mismas, dónde IGI y Pathload, se hacen más cercanas al valor real, con un promedio de error por



92

medición de 10,2937% y 12,0214% respectivamente. Sin embargo, si hablamos de tiempos de convergencia, PatchChirp se presenta como la herramienta con el mayor tiempo de convergencia, lo cual nos indica que es la herramienta que toma mayor tiempo para la medición.

10,2937%12,8214%

33,1337%

22,9874%

0,0000%5,0000%

10,0000%15,0000%20,0000%25,0000%

30,0000%35,0000%

IGI Pathload PathChirp Spruce

Herramientas

Comparación de Error

Porcentaje Promedio de Error

Figura 8. Porcentajes de Error

2,54

36,45

6,9810,55

0,005,00

10,0015,0020,0025,0030,0035,0040,00

Tiempo (s)

IGI Pathload PathChirp Spruce

Herramientas

Tiempo Promedio de Convergencia por Medición

Tiempo Promedio deConvergencia

Figura 9. Tiempo Promedio de Convergencia por

Medición

6. Conclusiones

− Tomando en cuenta que estas pruebas fueron realizadas bajo un ambiente controlado e ideal de funcionamiento de las herramientas, es posible realizar observaciones sobre el comportamiento de las herramientas en el ambiente para el cual fueron diseñadas.

− En cuanto a exactitud en la medición, es apropiado afirmar que, en lo que a este parámetro se refiere la mejor herramienta es IGI, la cual presenta el menor porcentaje de error con un valor de 10,29%.

− De acuerdo a este mismo parámetro, la herramienta con menor exactitud es PathChirp, con un 33,13% de error por medición.

− Se debe tener en cuenta que a pesar que PatchChirp y Spruce subestiman el ancho de banda disponible del canal, estas herramientas podrían resultar útiles en un ambiente en el que la exactitud de a medición no sea un factor clave para la transmisión de datos.

− Con la información obtenida de las pruebas, es posible afirmar que en comparación con Pathload, PathChirp y Spruce, la herramienta más rápida es IGI, con un promedio de tiempo por medición de 2,54s. Esto, claro está, teniendo en cuenta que la herramienta Spruce no ofrece un valor estimado del tiempo tomado para la medición y para tal fin se hizo necesario el uso del comando time de Linux.

− Luego de la realización de las pruebas determinadas para la evaluación de las herramientas, queda claro que, cada una de las herramientas, produce un resultado más acertado en la medición del ancho de banda disponible, cuando existe tráfico competente en la red.

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comité editorial - colombia aprendecolombiaaprende.edu.co/html/mediateca/1607/... · figura 6,...

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