Este documento presenta los objetivos y marco teórico para un laboratorio sobre comunicaciones de radio de onda corta. Los objetivos incluyen establecer comunicación de dos vías a larga distancia usando HF, verificar la razón de onda estacionaria y observar parámetros de transmisión usando dos antenas de diferentes longitudes. El marco teórico cubre temas como la ionosfera, antenas Yagi, razón de onda estacionaria y características de transmisión como impedancia característica y constante de propagación.

1. LABORATORIO 1
POR:
Rubén Castillo
Jonathan Sánchez
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Bogotá DC.
2011

2. Objetivos
o Establecer comunicación a través de radio de dos vías en rango HF a larga distancia.
o Verificar la razón de onda estacionaria de la comunicación.
o Observar parámetros de incidencia y reflexión de la transmisión.
o Realizar comparación con dos antenas de diferente longitud “20 m y 40 m” y sus
características de transmisión.

3. Marco teórico
Radio comunicación
La radiocomunicación es un sistema de telecomunicación que se realiza a través de ondas de radio
u ondas hertzianas, y que a su vez está caracterizada por el movimiento de los campos eléctricos y
campos magnéticos. La comunicación vía radio se realiza a través del espectro radioeléctrico cuyas
propiedades son diversas a lo largo de su gama así cómo baja frecuencia, media frecuencia, alta
frecuencia, muy alta frecuencia, ultra alta frecuencia, etc. En cada una de ellas, el comportamiento
de las ondas es diferente.
HF
La Onda Corta, también conocida como SW (del inglés shortwave) o HF (high frequency) es una
banda de radiofrecuencias comprendidas entre los 2300 y los 29.999 kHz en la que transmiten
(entre otras) las emisoras de radio internacionales para transmitir su programación al mundo y las
estaciones de radioaficionados.
En estas frecuencias las ondas electromagnéticas, que se propagan en línea recta, rebotan a
distintas alturas (cuanto más alta la frecuencia a mayor altura) de la ionosfera (con variaciones
según la estación del año y la hora del día), lo que permite que las señales alcancen puntos lejanos
e incluso den la vuelta al planeta.
Se distinguen: entre 14 y 30 MHz las bandas altas o bandas diurnas cuya propagación aumenta en
los días de verano, y entre 3 y 10 MHz las bandas bajas o nocturnas cuya propagación es mejor en
invierno. La bandas intermedias como la de radioaficionados de 10 MHz (30 m) y la de
radiodifusión internacional de 25 m presentan características comunes a ambas.
Las bandas nocturnas son bandas cuya propagación es mejor durante la noche, y mejor en las
noches de invierno.
Las bandas diurnas son bandas que, debido a la física de la ionosfera, tienen una mejor
propagación de día que de noche, y mucho mejor durante los días de verano. Además, las bandas

4. altas presentan otros modos de propagación, comunes con los de la VHF, como las Esporádicas-
,
E.
La estación del año influye no sólo en la duración respectiva del día y de la noche. También influye
en la llamada propagación en zona gris, que permite aprovechar una buena propagación durante
zona
algunos minutos entre zonas que comparten la misma hora solar de amanecer o puesta del sol.
En radiodifusión están las bandas tropicales de 90, 75 y 60 metros, y las bandas internacionales de
49, 41, 31, 25, 21, 19, 16, 13 y 11 metros.
9,
Los radioaficionados cuentan con varias bandas en HF: las de 3, 7, 10, 14, 18, 21, 24 y 28 MHz,
que corresponden a las bandas de 80, 40, 30, 20, 17, 15, 12 y 10 metros respectivamente.
La radio de onda corta es similar a las estaciones de onda media local (AM) que se pueden oír
milar
normalmente, sólo que la señal de onda corta viaja más distancia.
Normalmente se utiliza el modo AM ( (Amplitud Modulada) y la BLU o SSB (Banda Lateral Única
Banda
o Single Side Band) tanto superior como inferior. También se usa el modo de telegrafía CW, el
)
RTTY, la Frecuencia Modulada, la SSTV, entre otros tipos de modulación.
IONOSFERA
La ionosfera o ionósfera es la parte de la atmósfera terrestre ionizada permanentemente debido a
la fotoionización que provoca la radiación solar. Se sitúa entre la mesosfera y la exosfera, y en
promedio se extiende aproximadamente entre los 80 km y los 500 km de altitud, aunque los
límites inferior y superior varían según autores y se quedan en 8080-90 y 600-800 km
800
respectivamente. Por otra parte, algunos consideran que la alta ionosfera constituye el límite
inferior de la magnetosfera, solapándose ligeramente ambas capas (entre los 500 y 600
, 600-800km).
4
La ionosfera también se conoce como termosfera por las elevadas temperaturas que se alcanzan
en ella debido a que los gases están en general ionizados. Si el sol está activo, las temperaturas en
.
la termosfera pueden llegar a 1.500 °C; sin embargo, estas elevadas temperaturas no se
embargo,
corresponden con la sensación de calor que tendríamos en la troposfera porque en la termosfera
la densidad es muchísimo más baja. Los gases aparecen ionizados porque esta capa absorbe las
radiaciones solares de menor longitud de onda (rayos gamma y rayos X) que son altamente
r ( )
energéticos.

5. ANTENA YAGI
La antena Yagi es una antena direccional inventada por el Dr. Hidetsugu Yagi de la Universidad
Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda (de ahí al nombre Yagi-Uda). Esta invención
de avanzada a las antenas convencionales, produjo que mediante una estructura simple de dipolo,
combinado con elementos parásitos, conocidos como reflector y directores, logró construir una
antena de muy alto rendimiento.
La invención del Dr. Yagi (patentada en 1926) no fue usado en Japón en un principio, ya que el
diseño de la antena no fue para implementarse en las comunicaciones sino para utilizarse en la
guerra como un arma radioactiva. Yagi experimentaba con ratones a los que sometía a fuertes
ondas de radio que eran concentradas gracias a la direccionalidad de la antena. Los resultados no
fueron buenos para Yagi y abandonó el proyecto. Sin embargo fue aceptada en Europa y
Norteamérica, en donde se incorporó a la producción comercial, de los sistemas de difusión, TV y
otros.
El uso de esta antena en Japón solo comenzó a utilizarse durante la Segunda Guerra Mundial,
cuando fue descubierto que la invención de Yagi, era utilizada como antena de radar por los
ejércitos aliados.
Patrón de radiación de antena yagi

6. ROE
En una línea de transmisión, coexisten una onda incidente, de amplitud Vi, y otra reflejada, de
amplitud Vr.
Ambas ondas se combinan para dar una onda resultante.
La onda resultante puede tener dos valores extremos:
Cuando la onda incidente y la onda reflejada produzcan una interferencia constructiva. En ese caso
Vmax = Vi + Vr y por lo tanto, la amplitud de la onda resultante es máxima
Cuando la onda incidente y la onda reflejada se anulan recíprocamente (interferencia destructiva).
En ese caso, Vmin = Vi − Vr.
El ROE (SWR en inglés, ROS en francés) se define como la relación entre ambos valores extremos
Los teóricos definen el coeficiente de reflexión Γ como la relación entre ambas amplitudes,
reflejada sobre incidente:
Para tener en cuenta la diferencia de fase entre ambas ondas, es preciso escribir Γ como un
número complejo. Por esa razón, Γ sigue las reglas especiales de la matemática compleja. Sin
embargo, en la práctica, para simplificar se utiliza ρ, el módulo del número complejo Γ :
El valor de ρ puede expresarse como un porcentaje; en ese caso, se lo llama ROE (Razón de ondas
estacionarias).
En ese caso, escribiremos Vmin y Vmax en función de ρ :
Vmax = Vi(1 + ρ);
Vmin = Vi(1 − ρ).
Eso permite deducir una nueva expresión del ROE, esta vez en función de ρ :
CARACTERÍSTICAS DE LA TRANSMISIÓN
Las características de una línea de transmisión se llaman constantes secundarias y se
determinan con las cuatro constantes primarias. Las constantes secundarias son
impedancia característica y constante de propagación.
Impedancia característica. Para una máxima transferencia de potencia, desde la fuente
a la carga (o sea, sin energía reflejada), una línea de transmisión debe terminar se en una
carga puramente resistiva igual a la impedancia característica de la línea. La impedancia
característica (Z0 de una línea de transmisión es una cantidad compleja que se expresa
en ohms, que idealmente es independiente de la longitud de la línea, y que no puede
medirse. La impedancia característica (que a veces se llama resistencia a descarga) se
define como la impedancia que se ve desde una línea infinitamente larga o la impedancia
que se ve desde el largo finito de una línea que se termina en una carga totalmente
resistiva igual a la impedancia característica de la línea. Una línea de transmisión

7. almacena energía en su inductancia y capacitancia distribuida. Si la línea es infinitamente
larga, puede almacenar energía indefinidamente; está entrando energía a la línea desde
la fuente y ninguna se regresa. Por lo tanto, la línea actúa como un resistor que disipa
toda la energía. Se puede simular línea infinita si se termina una línea finita con una carga
puramente resistiva igual a Z toda la energía que entra a la línea desde la fuente se disipa
en la carga (esto supone una línea totalmente sin pérdidas).
CÁLCULO DE IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA (Z0)
Nota. Las formulas siguientes llevan todo un proceso que no describiré, me limitare solo a
su forma general y simplificación. Solo manejare para altas frecuencias, ya que considero
más práctico y comprensible.
Para frecuencias extremadamente altas, la inductancia y la capacitancia dominan
Puede verse de la ecuación anterior que para frecuencias altas, la impedancia
característica en una línea de transmisión se acerca a una constante, es independiente de
la frecuencia y longitud, y se determina solo por la inductancia y capacitancia. También
puede verse que el ángulo de fase es de 0° Por lo tanto, Z, es totalmente resistiva y toda
.
la energía incidente se absorberá por la línea.
Desde un enfoque puramente resistivo, puede deducirse fácilmente que la impedancia
vista, desde la línea de transmisión, hecha de un número infinito de secciones se acerca a
la impedancia característica.
CONSTANTE DE PROPAGACIÓN.
La constante de propagación (a veces llamada el coeficiente de propagación) se utiliza
para expresar la atenuación (pérdida de la señal) y el desplazamiento de fase por unidad
de longitud de una línea de transmisión. Conforme se propaga una onda, a lo largo de la
línea de transmisión, su amplitud se reduce con la distancia viajada. La constante de
propagación se utiliza para determinar la reducción en voltaje o corriente en la distancia
conforme una onda TEM se propaga a lo largo de la línea de transmisión.
Para una línea infinitamente larga, toda la potencia incidente se disipa en la resistencia
del cable, conforme la onda se propague a lo largo de la línea. Por lo tanto, con una línea
infinitamente larga o una línea que se ve como infinitamente larga, como una línea finita
se termina en un carga acoplada (Z = ZL), no se refleja ni se regresa energía nuevamente
a la fuente. Matemáticamente, la constante de propagación es

8. La constante de propagación es una cantidad compleja definida por
LONGITUD ELÉCTRICA DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN
La longitud de una línea de transmisión relativa a la longitud de onda que se propaga
hacia abajo es una consideración importante, cuando se analiza el comportamiento de
una línea de transmisión. A frecuencias bajas (longitudes de onda grandes), el voltaje a lo
largo de la línea permanece relativamente constante. Sin embargo, para frecuencias altas
varias longitudes de onda de la señal pueden estar presentes en la línea al mismo tiempo
Por lo tanto, el voltaje a lo largo de la línea puede variar de manera apreciable. En
consecuencia, la longitud de una línea de transmisión frecuentemente se da en longitudes
de onda, en lugar de dimensiones lineales.
Los fenómenos de las líneas de transmisión se aplican a las líneas largas. Generalmente,
una línea de transmisión se define como larga si su longitud excede una dieciseisava
parte de una longitud de onda; de no ser así, se considera corta. Una longitud
determinada, de línea de transmisión, puede aparecer corta en una frecuencia y larga en
otra frecuencia.
Por ejemplo, un tramo de 10 m de línea de transmisión a 1000 Hz es corta = 300,000 m;
10 m es solamente una pequeña fracción de una longitud de onda). Sin embargo, la
misma línea en 6 GHz es larga (A = 5 cm; la línea es de 200 longitudes de onda de
longitud).

9. PÉRDIDAS EN LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN
Para propósitos de análisis se consideran las líneas sin perdidas o ideales, como todo en
la electrónica se considera ideal, pero no lo son. En las líneas existen ciertos tipos de
pérdidas a continuación haré una breve descripción de ellas.
PÉRDIDA DEL CONDUCTOR:
Como todos los materiales semiconductores tienen cierta resistencia finita, hay una
pérdida de potencia inherente e inevitable.
PÉRDIDA POR RADIACIÓN:
Si la separación, entre los conductores en una línea de transmisión, es una fracción
apreciable de una longitud de onda, los campos electroestáticos y electromagnéticos que
rodean al conductor hacen que la línea actúe como antena y transfiera energía a cualquier
material conductor cercano.
PÉRDIDA POR CALENTAMIENTO DEL DIELÉCTRICO:
Una diferencia de potencial, entre dos conductores de una línea de transmisión causa la
pérdida por calentamiento del dieléctrico. El calor es una forma de energía y tiene que
tomarse de la energía que se propaga a lo largo de la línea. Para líneas dieléctricas de
aire, la pérdida de calor es despreciable. Sin embargo, para líneas sólidas, se incrementa
la pérdida por calentamiento del dieléctrico con la frecuencia.
PÉRDIDA POR ACOPLAMIENTO:
La pérdida por acoplamiento ocurre cada vez que una conexión se hace de o hacia una
línea de transmisión o cuando se conectan dos partes separadas de una línea de
transmisión. Las conexiones mecánicas son discontinuas (lugares donde se encuentran
materiales diferentes). Las discontinuidades tienden a calentarse, a radiar energía, y a
disipar potencia
CORONA (DESCARGAS LUMINOSAS)
La corona es una descarga luminosa que ocurre entre los dos conductores de una ‘línea
de transmisión, cuando la diferencia de potencial, entre ellos, excede el voltaje de ruptura
del aislante dieléctrico. Generalmente, una vez que ocurre una corona, se puede destruir
la línea de transmisión.

10. ONDAS INCIDENTES Y REFLEJADAS
Una línea de transmisión ordinaria es bidireccional; la potencia puede propagarse,
igualmente bien, en ambas direcciones. El voltaje que se propaga, desde la fuente hacia
la carga, se llama voltaje incidente, y el voltaje que se propaga, desde la carga hacia la
fuente se llama voltaje reflejado. En forma similar, hay corrientes incidentes y reflejadas.
En consecuencia, la potencia incidente se propaga hacia la carga y la potencia reflejada
se propaga hacia la fuente. El voltaje y la corriente incidentes, siempre están en fase para
una impedancia característica resistiva. Para una línea infinitamente larga, toda la
potencia incidente se almacena por la línea y no hay potencia reflejada. Además, si la
línea se termina en una carga totalmente resistiva, igual a la impedancia característica de
la línea, la carga absorbe toda la potencia incidente (esto supone una línea sin pérdidas).
Para una definición más práctica, la potencia reflejada es la porción de la potencia
incidente que no fue absorbida por la carga. Por lo tanto, la potencia reflejada nunca
puede exceder la potencia incidente.
Líneas resonantes y no resonantes
Una línea sin potencia reflejada se llama línea no resonante o plana. En una línea plana,
el voltaje y la corriente son constantes, a través de su longitud, suponiendo que no hay
pérdidas. Cuando la carga es un cortocircuito o circuito abierto, toda la potencia incidente
se refleja nuevamente hacia la fuente. Si la fuente se reemplazara con un circuito abierto
o cortocircuito y la línea no tuviera pérdidas, la energía que está presente en la línea se
reflejaría de un lado a otro (oscilara), entre las terminaciones de la carga y la fuente, en
forma similar a la potencia en un circuito tanque. Esto se llama línea resonante. En una
línea resonante, la energía se transfiere en forma alternada entre los campos magnéticos
y eléctricos de la inductancia y la capacitancia distribuidas. La figura 8-14 muestra una
fuente, una línea de transmisión, y una carga con sus ondas incidentes y reflejadas
correspondientes.

11. COEFICIENTE DE REFLEXIÓN
El coeficiente de reflexión (a veces llamado el coeficiente de la reflexión), es una cantidad vectorial
que representa a la relación del voltaje reflejado al voltaje incidente 0 corriente reflejada a la
corriente incidente. Matemáticamente, el coeficiente de reflexión es gamma, f, definido por
O también:

12. DATOS OBTENIDOS
ANTENAS 20 MTS
FRECUENCIA P. INCIDENTE P. REFLEJADA VSWR Γ
14.000 30 5 2,3797959 0,40824829
14.010 36 6 2,3797959 0,40824829
14.020 45 7 2,30253891 0,39440532
14.030 51 8 2,31158185 0,39605902
14.040 60 9 2,26423138 0,38729833
14.050 71 10 2,20150247 0,37529331
14.060 79 11 2,19055312 0,37314944
14.070 80 12 2,26423138 0,38729833
14.080 80 12 2,26423138 0,38729833
14.090 80 13 2,35071734 0,40311289
14.100 80 12 2,26423138 0,38729833
14.110 70 10 2,21525044 0,37796447
14.120 65 9 2,1852419 0,3721042
14.130 60 8 2,1503424 0,36514837
14.140 50 7 2,19573428 0,37416574
14.150 43 7 2,35274175 0,40347329
14.160 35 6 2,4131984 0,41403934
14.170 30 5 2,3797959 0,40824829
14.180 25 4 2,33333333 0,4
14.190 20 3 2,26423138 0,38729833
14.200 19 2 1,96051929 0,32444284
14.210 15 2 2,1503424 0,36514837
14.220 13 2,5 2,56207183 0,43852901
14.230 10 2,4 2,92078408 0,48989795
14.240 9 2,4 3,13563031 0,51639778
14.250 8 2,3 3,31211302 0,53619026
14.260 8 2,4 3,42206445 0,54772256
14.270 8 2,2 3,20525358 0,52440442
14.280 6 2,3 4,25126223 0,61913919
14.290 6 2,2 4,07009496 0,60553007
14.300 6 2,2 4,07009496 0,60553007
14.400 4 2 5,82842712 0,70710678

13. GRAFICA OBTENIDA
90
80
70
60
INCIDENTE
50
REFLEJADA
40
Γ
30
VSWR
20
10
0
13.900 14.000 14.100 14.200 14.300 14.400 14.500

14. DATOS OBTENIDOS
ANTENAS 40 MTS
FRECUENCIA P. INCIDENTE P. REFLEJADA VSWR SWR
7.000 100 2,5 1,375618222 0,158113883
7.010 98 2,00 1,333333333 0,142857143
7.020 95 1,8 1,319242421 0,13764944
7.030 95 1,6 1,298261842 0,129777137
7.040 94 1 1,230007736 0,103142125
7.050 92 0,8 1,205680795 0,093250481
7.060 91 0,3 1,121828891 0,057416925
7.070 91 0,3 1,121828891 0,057416925
7.080 87 1 1,240171606 0,107211253
7.090 75 1,5 1,329431339 0,141421356
7.100 80 1,8 1,352941176 0,15
7.110 80 2,1 1,386687584 0,162018517
7.120 79 3 1,484073798 0,194870941
7.130 75 4 1,600577692 0,230940108
7.140 70 4 1,628278804 0,239045722
7.150 69 5 1,736692988 0,269190951
7.160 61 6 1,913859144 0,313625024
7.170 60 6 1,924950591 0,316227766
7.180 55 6 1,986363352 0,33028913
7.190 54 7 2,12520094 0,36004115
7.200 50 7 2,195734276 0,374165739
7.210 48 7 2,235624526 0,381881308
7.220 45 8 2,458035998 0,421637021
7.230 45 8 2,458035998 0,421637021
7.240 42 8 2,54884134 0,43643578
7.250 40 8 2,618033989 0,447213595
7.260 40 9 2,804752643 0,474341649
7.270 39 9 2,8489996 0,480384461
7.280 38 9 2,896085656 0,486664263
7.290 36 10 3,228743535 0,527046277
7.300 35 10 3,296662955 0,534522484
6.990 100 4 1,5 0,2
6.980 100 6 1,648827605 0,244948974
6.970 95 7 1,745172589 0,271448357
6.960 70 7 1,924950591 0,316227766
6.950 56 6 1,973212111 0,327326835
6.930 30 6 2,618033989 0,447213595
6.910 18 6 3,732050808 0,577350269
6.908 16 6 4,159591794 0,612372436

15. GRAFICA OBTENIDA
120
100
80
INCIDENTE
60
REFLEJADA
40 SWR
20
0
6.800 6.900 7.000 7.100 7.200 7.300 7.400

16. CONCLUSIONES
Debido a que fue una noche despejada se logro comunicación a Italia de esto se pudo
observar como la ionosfera en este caso permite mas rebotes y a su vez la onda alcanzo
una distancia de gran longitud.
Se obtuvo comunicación con Costa Rica con muy buena claridad.
Haciendo un barrido se logro obtener la caracterización espectral de la antena en su
mayor punto de resonancia para su máxima transferencia de potencia en los dos casos
tanto en la antena de 20m como en la de 40m.
Al trabajar con una antena yagi debido a su direccionalidad se logra una distancia muy
larga de transmisión.
Efectivamente con frecuencias bajas en HF se logra una muy buena comunicación a larga
distancia.
Se pudo observar la buena utilidad y el gran provecho que se puede lograr al ser
radioaficionado.