antenas_ETM_C5

7/17/2019 antenas_ETM_C5

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1

UNIVERSIDAD DISTRITAL

FRANCISCO JOSE DECALDAS

Antenas y propagacin de ondas

Tema VPor:

Carlos A. Surez F.


FRANCISCO JOSE DE CALDAS

Especializacin en Telecomunicaciones Mviles Curso 2015/2 !ME"

C#$TE$!%# %E C&"'#

.Introduccin, consideraciones generales y tipos deantenas.

.Parmetros de las antenas.

.Radiacin de antenas de conductor simple.

.Anlisis y diseo de antenas asistido por computador.Agrupaciones de antenas.

.Bocinas, reflectores.

.Antenas para terminales mviles.

.Antenas para estaciones base.


2/67

2




!nicios en antenas de alta ganancia

Monopolo de (a)a ganancia

Marconis spark gap transmitter in 1907




!nicios en antenas de alta ganancia

Monopolo de (a)a ganancia


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3




%esarrollos actuales en antenas de alta ganancia

"e*lector para(lico de alta ganancia




+eneralidades so(re agrupaciones de antenas

%e*inicin de agrupacin


4/67

4




Elementos m,s usuales en una agrupacin

+eneralidades so(re agrupaciones de antenas




Tipos de Agrupacin de antenas

Clasi*icacin de agrupaciones de antenas


5/67

5




Agrupaciones ineales





Agrupaciones lineales



6/67

6




Agrupacin para co(ertura en estaciones (ase





Agrupacin plana de -arc.es



7/67

7




Agrupacin plana para radar






Agrupacin plana "adiotelescopios


8/67

8




Agrupaciones Con*ormadas





Agrupaciones Con*ormadas



9/67

9




Agrupacin logartmica peridica





Agrupacin agi3&da



10/67

10




4actor de agrupacin

Parmetros para conformardiagrama de una agrupacin

Configuracin geomtricade la agrupacin

Separacin entre elementos

Amplitud de las corrientes Fase de las corrientes

Diagrama de radiacin del elemento aislado




Agrupacin lineal uni*orme3 +eometra

Fase progresiva

nI a=

Amplitudes iguales

4actor de agrupacin


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11




( ) ( ) ( )1

cos

0

0

Njn kd

n

n

E r E r a e

+

=

=

Campo radiado por agrupacin lineal

Diagrama de la antena bsica Factor de agrupacin

4actor de agrupacin




4actor de agrupacin lineal so(re e)e y

4actor de agrupacin

( ) ( )( )

1

0

Njn kd sen

n

n

FA a e

+

=

=


12/67

12




4actor de agrupacin

( ) ( )0 cosE =

0 =

( ) ( )7

0

jnkd sen

n

FA e

=

=

( ) ( )( )

7

0

jn kd sen

n

FA e

+

=

=

4, 2, , 5 4d =$6

Campo radiado por agrupacin lineal con $6





4actor de agrupacin

Agrupacin lineal de 8 elementos: d=/4

ngulo (grados)

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Magnitud(dB)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Campo elementoFactor de agrupacinCampo total agrupacin

( ) ( ) ( ) ( ) ( )7

0

cos jnkd sen

T o

n

E E FA e

=

= =


13/67

13





4actor de agrupacin

Agrupacin lineal de 8 elementos; d=/2

ngulo (Grados)

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Magnitud(dB)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0


( ) ( ) ( ) ( ) ( )7

0

cos jnkd sen

T o

n

E E FA e

=

= =





4actor de agrupacin

Agrupacin lineal de 8 elementos; d=

ngulo (Grados)

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Magnitud(dB)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0


( ) ( ) ( ) ( ) ( )7

0

cos jnkd sen

T o

n

E E FA e

=

= =


14/67

14





4actor de agrupacin

Agrupacin lineal de 8 elementos: d=5/4

ngulo (Grados)

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Magnitud(dB)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0


( ) ( ) ( ) ( ) ( )7

0

cos jnkd sen

T o

n

E E FA e

=

= =




Es una funcin peridica del ngulo, T = 2. Los

coeficientes de su serie de Fourier son los coeficientes

de alimentacinan

4actor de agrupacin lineal 3 propiedades

( )1

0

N

jnn

n

FA a e

=

=

coskd = + ( ) ( )1

0

0

Njn

n

n

E r E r a e

=

=

4actor de agrupacin


15/67

15




4actor de agrupacin lineal 7 margen visi(le

4actor de agrupacin




Como el factor de agrupacin es peridico con perodo 2, si el

mximo esmax, existen mximos peridicos en:

4actor de agrupacin lineal 3 propiedades

max2m = + 2kd

+

Cuando estos mximos peridicos se encuentran dentro del margenvisible, aparecen mltiples mximos de radiacin en el espacio real,denominados lbulos de difraccin (grating lobes)

m 2kd +

4actor de agrupacin


16/67

16




"elacin entre *actor de agrupacin y diagrama

4N = 2d =

2, 0, 4 =

3

0

jn

n

FA e

=

=

( ) ( ) ( )cos 2 cos 3 cos1

j j jE e e e

+ + += + + +

4actor de agrupacin




4actor de agrupacin lineal de dos elementos

Agrupacin de dos elementos

( )1

0

Njn

n

n

FA a e

=

= ( ) 0 1 jFA a a e = +

( ) 0 1 1cosFA a a ja sen = + +

( ) ( ) ( )1 2

2 2

0 1 1cosFA a a a sen = + +


17/67

17




( ) 1 2

2 2

0 0 1 12 cosFA a a a a = + +

0 11,a a A= =

( ) 1 2

21 2 cosFA A A = + +

1 1a A= =

( ) [ ] ( ) 1 21 2

2 2 cos 2 1 cosFA = + = +






( ) ( )1 2

1 2 22 1 cos 2 2 cos2

FA

= + =

( ) 2 cos2

FA

=

( ) cos

2 cos2

kdFA

+ =




18/67

18




4actor de agrupacin de dos elementos 8 0

0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Factor de A grupacin

d=0.25Alpha=0

0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Factor de Agrupacin

d=0.5Alpha=0





0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Factor de Agrupacin

d=1Alpha=0

4actor de agrupacin de dos elementos 8 0



19/67

19




4actor de agrupacin de dos elementos 8 90:

0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Factor de Agrupacin

d=0.25Alpha=90

0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Factor de Agrupacin

d=0.5Alpha=90






0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Factor de Agrupacin

d=1Alpha=90



20/67

20





0.5

1

1.5

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Factor de Agrupacin

d=0.25Alpha=180

0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Factor de Agrupacin

d=0.5Alpha=180






0.5

1

1.5

2

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Factor de Agrupacin

d=1Alpha=180



21/67

21




4actor de agrupacin de dos elementos; 8 0< 90:< 160:= d />

( ) ( )2 2 11

1ln ln ln ln

ff f

f

= =

( ) ( )2 11

ln ln lnf f f

= =

Antenas de banda ancha


54/67

54




Variacin de parmetros por ciclo

11 2

ff f f

=

1 1

1 , 1, 2, 3,...

n n

f ff n

=

Ciclo Repeticin





Variacin de la impedancia de entrada por ciclo



55/67

55




Variacin de la ganancia y VSWR por ciclo





Geometra

, , y

Isbell



56/67

56




1

12

n n

n

X X

l +

+

=

1 1 1 12 2 2 2

1 1 1 1

1 n n n n

n n n n

l X d sl X d s

l l X X d d s s+ + + +

= = = = = = = =

1 1tan4

=

Geometra de la agrupacin

Geometra

Isbell





1

12

n n

n

X X

l +

+

=

1n n nX X += 1

2

n

nl

+

=

( ) ( )

1 1cot

4 4tng

= =

1 1tan4

=

Isbell

Geometra



57/67

57




Resultados Isbell

10 45

0.7 0.95

ptimos





Diseo Carrel

Carrel



58/67

58




Ecuaciones generales de diseo - Carrel

( )2

1.1 7.7 1 cotraB = +

Ancho de banda de la regin activa

Ancho de banda de servicio

( )2

1.1 7.7 1 cots raB BB B = = + max

min

fB

f=





Ecuaciones generales de diseo

Longitud total de la agrupacin

max 1

1 cot

4 sL

B

=

max max

min

2 1.1 c

l

f

= =

( )

( )

ln1

ln 1

sBN

= +

Nmero de elementos



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59




Ecuaciones generales de diseoImpedancia caracterstica promedio de los elementos

120 ln 2.25nan

lZ

d

=

max min

max min

l l

d d=

0cosh120

Zs d

=

Parmetros que definen impedancia de la agrupacin

' =





' =

120 ln 2.25na

n

lZ

d

=

0inR R=

Z0

Diseo Carrel



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60




2 3 2

1 1 1 1 1... NN N N N NL

= + + + + +

max0

0.5

tan N

lL X

= =

1N

N

X

X =

Geometra





( )1

2 3 2

1 1

11 ...

1

NN

N NL

= + + + + =

1 1

1

1N N

L

=

1

1

N

n

n

L

=

=

Geometra



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61




Ejemplo de diseo

250 1000MHz BW MHz 0 7.5 iD dB= 0 50R =

0.82, 0.15 = =





Ejemplo de diseo

1tan 0.3 16.7 , cot 3.33

4

= = = =

( ) ( )2 2

1.1 7.7 1 cot 1.1 7.7 1 0.82 3.33 1.931raB = + = + =

1000 250 4B MHz MHz= =

4 1.931 7.724s ra

B BB= = =



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62




Ejemplo de diseo

max

min

3001.1 1.1 1.32

250

cm

f = = =

max 1 1.32 11 cot 1 3.33 0.9574 4 7.72s

L mB

= = =

( )

( )

ln ln 7.721 1 11.298

1ln 1ln

0.82

sBN

= + = + =





Ejemplo de diseo

max11

1.320.66

2 2l m

= = =

10 11 0.541l l m= =

9 10 0.444l l m= =

8 9 0.364l l m= =

7 8 0.298l l m= = 6 7 0.245l l m= = 5 6 0.201l l m= =

4 5 0.165l l m= = 3 4 0.135l l m= = 2 3 0.111l l m= =

1 2 0.091l l m= =



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63




Ejemplo de diseo

( )1011 1

1 11 0.66 0.82 0.091l l m

= = =Prueba:

1 10 10

1 0.820.957 0.2

1 0.82N m

= = =

9 10 0.2 0.82 0.164m m = = =

8 9 0.164 0.82 0.134m m = = =

7 8 0.134 0.82 0.110m m = = =

6 7 0.110 0.82 0.09m m = = =





Ejemplo de diseo

5 6 0.09 0.82 0.074m m = = =

4 5 0.074 0.82 0.061m m = = =

3 4 0.061 0.82 0.05m m = = =

2 3 0.05 0.82 0.041m m = = =

1 2 0.041 0.82 0.034m m = = =

Prueba:1

1

0.958N

n

n

L m

=

= =



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64




Ejemplo de diseo

''1 16 1.5875mm= ''1 2 12.7mm= ''1 25.4mm=

Tipos de tubos de aluminio

Elementos mspequeos

Elementos msgrandes

Soporte

max

max

66051.97

12.7

l

d= =

min

min

9157.32

1.5875

l

d= =





Ejemplo de diseo

0 50R =

660120 ln 2.25 204.077

12.7a

Z

= =

0

204.0774.081

50

aZ

R= =



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65




Ejemplo de diseo

0 50R =

' 0.15 0.82 0.1656 = = =

0 1.2 50 60Z = =

0

204.077

4.08150

aZ

R= =

0inR R=





Ejemplo de diseo

0 60cosh 25.4 cosh 28.642120 120

Zs d mm

= = =

Separacin entre bordes de los tubos del soporte es 3.24mm !Problema

Solucin

25.4 0.29 25.4 7.366b mm a mm mm= = =



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66




Notas prcticas

Antena solo para transmisin Antena solo para recepcin





Antena logartmica peridica-Diseo comercial



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Antena logartmica peridica-Diseo comercial



FRANCISCO JOSE DECALDAS

GRACIAS POR SU ATECI!

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