antena proyecto antena

  • View
    172

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL U.N.E.F.A. - NCLEO MARACAY DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES

ANTENA CON ARREGLO DE DIPOLOS DE DOS ELEMENTOS

Profesor: Ing. Molleja Johnny Seccin: TED-804 :

INTEGRANTES Ayala Carlos CI: 18691973 Figueroa Pablo CI: 18644565 Molinatti Cesar CI: 18778980 Valera Marcos CI: 18691292

Maracay, febrero del 2011. NDICE Pg. Introduccin.....3 Arreglo de dipolo de dos elementos ....5 Campo elctrico total de la antena........6 Campo magntico total de la antena 6 El flujo de potencia por unidad en la antena..... 6 Potencia de radiacin de la antena...6 Potencia disipada de la antena. 8 Directividad de la antena.. 9 Impedancia de la superficie del conductor.... 9 Impedancia de la antena................. 9 Adaptacin de la antena....10 Simulacin de la antena 11 Materiales para la fabricacin............... 12 Fabricacin de la antena. 13 Conclusin... 17 Bibliografa...18

2

INTRODUCCIN

En consecucin con el crecimiento y mejoramiento de la formacin como ingenieros de telecomunicaciones de cada uno de los miembros que conformaron el grupo de trabajo que se dispuso a realizar el presente proyecto, el cual se presenta como una primera experiencia y contacto tecnolgico complementario de las bases tericas que se he estado impartiendo en la asignatura de antenas a lo largo de todo el semestre en curso. En tal sentido, se procedi a la elaboracin de este informe del tipo tcnico que contiene cada una de las descripciones, clculos y procedimientos que se dispusieron para el diseo e implementacin de una antena de arreglo de dos elementos dipolo , la cual fue diseada para trabajar bajo la

frecuencia de operacin de los routers inalmbricos comercialmente ms comunes la cual es de 2, 45 GHz. A lo largo del documento se mostraran cada uno de los criterios y consideraciones tomadas en cuenta durante el diseo completo del proyecto que incluye desde los clculos y diseo de la antena ( que involucran clculos del campo elctrico, campo magntico, potencia radiada etc.) as como de la adaptacin realizada con balun de esta con el cable coaxial que permitir mediante un conector SMA realizar el acoplamiento o conexin de la antena diseada con el router inalmbrico para probar el funcionamiento de la misma. Anlogamente, se muestran las simulaciones correspondientes del diseo de arreglo de antena a emplear con el propsito de determinar el patrn de radiacin de la antena y conocer algunos otros parmetros que de

3

igual modo fueron calculados tericamente con el fin de establecer las respectivas corroboraciones en torno al funcionamiento y caractersticas que en la implementacin debera presentar la antena en cuestin. De igual manera, se muestra un listado que contiene cada uno de los materiales que se requirieron para la elaboracin de la antena y se explica pasa a paso el procedimiento llevado a cabo para el armado de cada una de las partes o elementos que forman parte del arreglo de antena planteado.

4

ARREGLO DE DIPOLO DE DOS ELEMENTOS L d1 2

En esta antena, se considero un arreglo broadside = 0 y de dos dipolos, que estn a una distancia L y entre ellos a una distancia d. Donde

= longitud de onda. Velocidad de la luz. Frecuencia de operacin de la antena.

L= d=

Al tener los dipolos 1 y 2 a una distancia L =

estamos asegurando

que estos dipolos se encuentren en fase, esto es provechoso cuando se adapta la antena con respecto a la (impedancia caracterstica) ya que no

importa la cantidad de arreglo que se tenga siempre y cuando estn a una distancia se va a ver la misma impedancia en (impedancia de la

antena) y esta es la que ser. Esto se aprecia mejor en una carta de Smith con el patrn de onda estacionaria, es decir cuando esta impedancia se

5

grafique en dicha carta y se d una vuelta completa ( al mismo punto otra vez. Campo elctrico total de la antena

) se estar volviendo

Donde N es la cantidad de elementos de nuestro arreglo, en este caso 2.

Campo magntico total de la antena

El flujo de potencia por unidad en la antena

6

Potencia de radiacin de la antena

Aplicando el cambio de variable obtenemos que

Sustituimos el valor de

en la ecuacin de

y cancelamos las

Mediante un software la integral resaltada dio el siguiente resultado

Tenemos que la es

entonces

Donde

es la impedancia del aire, que es 377

7

Potencia disipada de la antena

Donde

= radio del dipolo. = conductividad del material del dipolo, en este caso cobre. = profundidad de penetracin.

Resistencia del cobre.

= frecuencia angular.

Permeabilidad del vaco.

8

Tomamos a

como 1 y obtenemos lo siguiente

Directividad de la antena

Impedancia de la superficie del conductor

Impedancia de la antena

= energa magntica promedio. = energa elctrica promedio. En este caso se tomo la energa magntica y elctrica como iguales, desapareciendo con esto la parte reactiva de ; esto deja funcionando a la

antena en condicin de resonancia, esto quiere decir que solo funciona para la (2,45GHz) en la que fue creada dicha antena.

9

Siendo esto la parte real de la Adaptacin de la antena

Ya se sabe que al estar los dipolos a una distancia L la impedancia vista de N arreglos de dipolos vista desde ser la misma.

Transformador

10

Ya que el cable coaxial con que se va a trabajar es de 50

no hay

necesidad de adaptar la lnea para que esta este acoplada. Pero sin embargo por consejo del profesor se le hizo la adaptacin con un transformador que es lo mismo que decir un balun de 1 a 1. Para que en .

esta lnea este completamente acoplada la lnea debe ver

Esta sera la impedancia que tiene que ver adaptada.

, la siguiente ecuacin

es la impedancia que debe tener dicho balun para que dicha antena este

Simulacin de la antena Para hacer esta simulacin se utilizo un software conocido como MATLAB, ya que es muy bueno en la parte grafica y diseo. El creador de este programa prefiere mantenerse en incognito, pero el aporte que hizo para la comprensin y visualizacin sobre cmo funcionan o se comportan las antenas de dipolo con N arreglos, es importante. De cierta forma se le agradece por el programa; porque fue de mucha ayuda para este proyecto. Sabiendo esto podemos observar cmo se comporta una antena con un arreglo de dipolo de dos elementos.

11

Fuente: Annimo Se puede observar como al cargar la librera en MATLAB se abre una ventana la cual te pide los datos necesarios para realizar los clculos como: longitud de cada elemento, distancia entre cada elemento, dimetro de cada elemento, directividad del arreglo, ganancia del arreglo, segn el ngulo del desfasaje de la corriente da el tipo de arreglo y el patrn de radiacin. Al introducir los valores que pide el programa, arroja los siguientes resultados:

12

Fuente: Annimo Materiales para la fabricacin de la antena 1 conector SMA para cable coaxial RG-58. metro de cable coaxial RG-58. Fibra fenlica 140mm x 90mm cualquier otro dielctrico. Alambre de cobre de 2,8 mm de dimetro y largo 150mm. Lamina de aluminio 10mm x 10mm y de largo 150mm. Lamina de tefln 20mm x 40mm. 8 tornillos de 3mm 10 mm. 4 tornillos de 4mm x 10mm. Tubo de bronce 3/8 de largo 45mm. Estao. Cautn. Vernier. Hoja de cuchilla. Lija 80, 320 y 510. Pasta para soldar con estao. metro de termo-incogible. Lima. metro de cable bifilar. Fabricacin de la antena Paso 1: Despus de tener todos los materiales es recomendable hacer las marcaciones correspondientes en la lamina de aluminio ya que esa va ser el soporte de la antena y picar la lamina si es necesario.

13

Paso 2: Se le debe hacer de la misma forma las medidas a la fibra fenlica, ya que es ah, donde van a reposar los dipolos que se van a mantener en todo momento esttico. Las medidas son: 29,3mm x 51,5mm esta lamina es la que va ir apoyada a la lamina de aluminio base y aqu es donde se utilizan los tornillos de 4 mm, los agarradores que van mantener inmvil al dipolo son de 8,6mm x 29,3mm y estos van agarrados con los tornillos de 3mm.

Paso 3: Despus que todas la medidas y perforaciones se hayan realizado en las diferentes laminas se procede a ensamblar la parte principal de la antena muy importante conservar la distancia entre los dipolos. Debe quedar como se mostrara en la siguiente figura 1.1.

Lnea bifilar

Figura 1.1

Paso 4: Luego de terminado esto, se deben concentrar en el balun; el cmo hacerlo, es de gran importancia, ya que es un adaptador de impedancia para la antena y debe quedar perfecto. El tubo 3/8 de cobre se debe picar 50mm y justamente por el centro del tubo se debe hacer una zanja que llegue hasta tubo. 30,6mm a lo largo de dicho

14

Paso 5: luego de terminado esto se debe pelar el cable coaxial exactamente 30,6mm esto debe quedar si el dielctrico que trae dicho cable, la malla que acompaa al cable se estira hacia atrs; luego se debe tener a la mano dos ruedas de tefln de 8,2mm, estas son las que centraran el alambre del coaxial cuando este sea introducido en el tubo de cobre y con la malla que queda exactamente al final se soldad el tubo de cobre. Esto se cubre al final con un termo-incogible de manera que quede lo ms original posible. En las figura 1.2 y 1.3 que se presentaran a continuacin se aprecian cmo debera quedar este balun despus de terminado como debe ser soldado a las lneas que estn entre los dipolos.

Proteccin con el termo-incogible

Zanja

Ruedas de tefln

Figura 1.2

15