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DISEÑO DE ANTENA DE LAZOS PARA MEDICION DE CAMPO MAGNETICO PRODUCIDO POR DESCARGAS ATMOSFERICAS

OSCAR FELIPE PUERTA OSORIO

Trabajo dirigido de grado para optar al título de Ingeniero Electricista

DIRECTOR JAVIER GUSTAVO HERRERA Profesor asociado Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN FACULTAD DE MINAS ESCUELA DE INGENIERÍAELÉCTRICA Y MECÁNICA INGENIERÍA ELÉCTRICA 2009

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION....................................................................................................................................5 1. ANTENA DE LAZO PARA MEDICIÓN DE CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR DESCARGAS ATMOSFÉRICAS………………………………………………………………………………………………………………………6

1.1Generalidades………………………………………………………………………………………………………………………………7 1.2 Antena de lazos como sensor de campo magnético……………….……………………………………………………..7 2. COMPORTAMIENTO DE LA ANTENA DE LAZOS………………………………………………………………………..9 2.1 Parámetros para el cálculo del circuito equivalente……………………………………………………………………….9 2.1.1 Resistencia de radiación (Rrad)…………………………………………………………………………………………10 2.1.2 Resistencia DC del conductor (Rdc)……………………………………………………………………….12 2.1.3 Resistencia AC………………………………………………………………………………………….………………………122.1.4 Inductancia del lazo (Llazo)………………………………………………………………………….……………………..13 2.1.5 Capacitancia distribuida del lazo para conductor desnudo (Clazo) …………….…………………….13 2.1.6 Capacitancia distribuida del lazo para cable coaxial (Clazo)………………………….…………………….15 2.2 Diseño de antenas de prueba………………………………………………………………………………………………………15 2.2.1 Antena de prueba circular………………………………………………………………………………………………..15Calculo de la capacitancia experimental……………………………………………………………………….17 2.2.2 Antena de prueba circular sintonizada……………………………….……………………….……………………19 2.2.3 Antena de prueba cuadrada……………………………………………………………………………………………..21 2.2.4 Comportamiento sistema Emisor-Receptor………………………………………………………………………24 2.2.4.1 Simulación del sistema……………………………………………………………………………………..26 Antenaemisora……………………………………………………………………………………………….27 Antena receptora…………………………………………………………………………………………….27 Sistema completo…………………………………………………………………………………………….28

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3. DISENO ANTENA PROTOTIPO………………………………………………………………………………………………..29 3.1 Circuito equivalente para antena prototipo……………………………………………………………………….……….38 4. SISTEMA ELECTRONICO…………………………………………………………………………………………………………39

4.1 Etapa de amplificación…………………………………………………………………………………………………………………39 4.2 Etapa deintegración……………………………………………………………………………………………………………………40 4.3 Comportamiento antena-electrónica…………………………………………………………………………………………..41 5. 6. CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………………………………….45 REFERENCIAS……………………………………………………………………………………………………………………….46

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RESUMEN
En este trabajo se muestra el procedimiento a seguir en el diseño de una antena de lazos para la medición y localización de descargas atmosféricas, ya que este tipo de antenas solo es usa para la detección decampo magnético. Para esto, es necesario entender el fenómeno físico dentro de la antena a través del circuito equivalente y simulaciones, como la antena captura la derivada de la densidad de campo magnético se determina también la electrónica necesaria para hacer que la señal a la salida de la antena indique con alta precisión el comportamiento de la descarga. ABSTRACT: in this work it’s shownthe loop antenna design procedure for the lightning measuring and localization, since this kind of antenna is only used for the magnetic field detection. For this, it is necessary to understand the physical phenomena inside the antenna true the equivalent circuit and simulations, as the antenna takes the derivate from the magnetic flux density this work shows the design of the electronic circuitnecessary to get a signal similar to de lightning behavior.

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INTRODUCCIÓN
En Colombia, las descargas eléctricas atmosféricas DEATs son uno de los fenómenos naturales que más daño produce en sistemas de...