TECNOLGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE VILLA GUERRERO

ALUMNO: FELIPE RAYMUNDO SERRANO DOMNGUEZ

ASIGNATURA: INTRODUCCIN A LAS TELECOMUNICACIONES

PATRONES O DIAGRAMAS DE RADIACIN DE ANTENAS MEDIANTE EL USO DE SOFTWARE

La Finca Villa Guerrero 3 de octubre de 2011

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NDICE

Introduccin..... 2 Diagrama de radiacin .....3 Antena monopolo.8 Diagrama de radiacin de monopolo ..9 Antena dipolo..10 Diagrama de radiacin de dipolo.....11 Antena yagi......12 Diagrama de radiacin de antena yagi.....15 Antena parablica....16 Diagrama de radiacin de antenas parablicas....17

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INTRODUCCIN Una antena es un dispositivo diseado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnticas, y una receptora realiza la funcin inversa. Existe una gran diversidad de tipos de antenas, dependiendo del uso a que van a ser destinadas. En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no deben ser directivas (ejemplo: una emisora de radio comercial o una estacin base de telfonos mviles), otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una direccin y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radioenlaces). En esta investigacin se mencionan cuatro antenas (monopolo, dipolo, yagi y parablica) de las cuales se brindara informacin y sobretodo se mostrara cules son sus respectivos patrones de radiacin para ellos se hizo uso de un software llamado MMANAGAL_Basic dicho programa est dedicado al anlisis de antenas por lo cual cuenta con determinadas funciones que nos permitirn emular nuestras antenas adems de que nos facilita el diseo de antenas a partir de parmetros especficos. Parametros de antenas: Diagrama de radiacin o Patrn de radiacin Es la representacin grfica de las caractersticas de radiacin de una antena, en funcin de la direccin. Lo ms habitual es representar la densidad de potencia radiada, aunque tambin se pueden encontrar diagramas de polarizacin o de fase. El campo elctrico, magntico o la densidad de potencia radiada son magnitudes vectoriales que se pueden representar con el mdulo o la fase de sus componentes.

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Atendiendo al diagrama de radiacin, podemos hacer una clasificacin general de los tipos de antena y podemos definir la directividad de la antena, dentro de los diagramas de radiacin podemos definir diagrama copolar aquel que representa la radiacin de la antena con la polaridad deseada y contrapolar al diagrama de radiacin con polaridad contraria a la que ya tena. Los parmetros ms importantes del diagrama de radiacin son:

Direccin de apuntamiento: Es la de mxima radiacin. Directividad y Ganancia. Lbulo principal: Es el margen angular en torno a la direccin de mxima radiacin. Lbulos secundarios: Son el resto de mximos relativos, de valor inferior al principal. Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiacin de un haz toma un valor de 3dB por debajo del mximo. Es decir, la direccin en la que la potencia radiada se reduce a la mitad. Relacin de lbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor mximo del lbulo principal y el valor mximo del lbulo secundario. Relacin delante-atrs (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de mxima radiacin y el de la misma direccin y sentido opuesto.

Para hallar el campo de radiacin de una antena consideremos primero las caractersticas de radiacin de un alambre conductor muy corto (comparado con la longitud de onda de operacin) y fino, de longitud , por el que circula una corriente con una dependencia armnica con el tiempo: Para determinar el campo electromagntico de un dipolo elemental se siguen los siguientes tres pasos: 1. Determinar el potencial Magntico A de una distribucin de corriente J Siendo J una distribucin de corriente conocida o supuesta en la antena. 2. Encontrar el campo magntico H a partir de A 3. Encontrar el campo elctrico a partir de H Este potencial magntico A se debe pasar a coordenadas esfricas. Densidad de Potencia Radiada El vector poynting equivale a la densidad instantnea de potencia que suministra una antena. Esta densidad instantnea de potencia se compone de una parte real (densidad promedio de potencia radiada) y una parte imaginaria (densidad promedio de potencia4

reactiva). La densidad de potencia radiada es la que efectivamente radia la antena, y corresponde al flujo de potencia que atraviesa una unidad de rea esfrica, mientras que la reactiva corresponde a aquella que se disipa alrededor de la antena en forma de calor. Las unidades son watios por metro cuadrado. Se puede calcular a partir de los valores eficaces de los campos como

La relacin entre el mdulo del campo elctrico y el mdulo del campo magntico es la impedancia caracterstica del medio

Por lo tanto, la densidad de potencia radiada tambin se puede calcular a partir de las dos componentes del campo elctrico.

Directividad mxima La directividad de una antena se define como la relacin entre la densidad de potencia radiada en una direccin, a una distancia, y la densidad de potencia que radiara a la misma distancia una antena isotrpica, a igualdad de potencia total radiada. Si no se especifica la direccin angular, se sobreentiende que la Directividad se refiere a la direccin de mxima radiacin La directividad se puede obtener en general a partir del diagrama de radiacin de la antena

Simplificando trminos, resulta

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ANTENA MONOPOLO Es una antena constituida de un solo brazo rectilneo irradiante en posicin vertical. Podemos ver una antena vertical con Ganancias de 3 dB hasta 17 dB.o o

El uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio mvil en vehculos. En Monopolos de de onda: la impedancia de la antena es de 36 ohmios

El patrn de radiacin de los monopolos por encima de un plano de tierra tambin son conocidos por el resultado de dipolo. El nico cambio que hay que tener en cuenta es que la impedancia de un monopolo es la mitad de la de una antena de dipolo completo. Clculos para monopolo: Longitud de onda: V=c =velocidad de la luz 300000Km/s Usando una frecuencia de 3.750Mhz nuestra longitud de onda ser: 80m

Altura Elctrica: H=H0 x 1.05 Con una altura de 12 m tenemos que H/ 12.6m/80 =0.15 Constante de Fase

Entonces B=0.078 Radio Equivalente a= dimensin media del lado*0.4274 Si dimensin media del lado =5 entonces a=2.0876

Impedancia Caracterstica Z0=60(In(12/0.02087)-1-0.5In24/80) Z0=357 ohms Altura Elctrica en radianes B*H=0.078*12.6=0.98 Altura Efectiva

Componente Resistiva

Componente Reactiva

Imagen: antena monopolo de un vehiculo

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SIMULACIN DE UNA ANTENA MONOPOLO Datos de Entrada:

Los parmetros anteriores nos permitirn disear la antena de la forma deseada una vez hecho esto pasamos a la opcin view para observar a la antena y posteriormente seleccionamos calcular para generar los diagramas de los patrones de radiacin.

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Visualizacin Grafica

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ANTENA DIPOLO Para una antena yagui, las dimensiones de sus elementos dependen de la frecuencia estos elementos son el reflector, el radiador (y no es el del carro) y el director. Las medidas de estos son las siguientes: EL RADIADOR, es principalmente un dipolo de media onda, tambin puede ser un dipolo doblado por consiguiente la longitud de este es /2. EL REFLECTOR, tiene una longitud de 0.55 y el DIRECTOR de 0.45 la separacin de cada uno de los elementos es de /10. Ahora teniendo en cuenta estos criterio de diseo se escoge la frecuencia de resonancia de la antena, para este caso vamos a trabajar con una frecuencia de unos 215MHz, teniendo en cuenta que =c/f, entonces =3x10-8/215MHz = 1.3953m. Las dimensiones de los elementos quedan de la siguiente manera: REFLECTOR = 0.55 = 0.55 (1.3953m) = 0.7674m RADIADOR = 0.5 = 0.5 (1.3953m) = 0.69765m DIRECTOR = 0.45 = 0.45 (1.3953m) = 0.6278m Simulacin de antena tipo dipolo

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ANTENA YAGI Una antena Yagi consiste en una antena de dipolo a la cual se le aaden unos elementos llamados "parsitos" para hacerlo direccional. Estos elementos pueden ser directores o reflectores. Los elementos directores se colocan delante de la antena y refuerzan la seal en el sentido de emisin. Los elementos reflectores se colocan detrs y bloquean la captacin de seales en la direccin opuesta al emisor, La antena Yagi bsica consiste en un cierto nmero de elementos rectos que miden cada uno aproximadamente la mitad de la longitud de onda. El elemento excitado o activo de una Yagi es el equivalente a una antena dipolo de media onda con alimentacin central. En paralelo al elemento activo, y a una distancia que va de 0,2 a 0,5 longitudes de onda en cada lado, hay varillas rectas o alambres llamados reflectores y directores, o simplemente elementos pasivos. Un reflector se ubica detrs del elemento activo y es ligeramente ms largo que media longitud de onda; un director se coloca en frente del elemento activo y es ligeramente ms corto que media longitud de onda. Una Yagi tpica tiene un reflector y uno o ms directores. La antena propaga la energa del campo electromagntico en la direccin que va desde el elemento activo hacia los directores, y es ms sensible a la energa electromagntica entrante en esta misma direccin. Cuantos ms directores tiene una Yagi, mayor la ganancia.

Tabla de Diseo de Antena Yagi

Reflector

Dipolo

Directores

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Longitudes: Reflector:

2

150 [ m] f

Directores:

m: 0.900

135 [ m] 2 f2 133 [ m] f

Dipolo:

0.95

2

142 .4 [ m] f135 [ m] f

n: 0.885

1er. Director: 0.9

2

p: 0.867

130 [ m] 2 f 129 [ m] 2 f

q: 0.860

s: 0.837

126 [ m] 2 f

N Directores Ganancia [dB] RDipolo 2 Director 3 Director 4 Director 5 Director 6 Director 7 Director 8 Director 9 Director 10 Director Separacin:

2 9 80 n

3 9.5 76 n p

4 10 72 n p q

5 11 64 n p q s

6 12 56 m n p q s

7 13.5 50 m n n p q s

8 15 44 m n n p p q s

9 15.5 40 m n n p p q q s

10 16 38 m n n p p q q s s

Dipolo Reflector: 0.18

54 [ m] f

Dipolo 1er. Director: 0.09

27 [ m] f

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Directores consecutivos: 0.18 SIMULACIN ANTENA YAGI

54 [ m] f

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ANTENA PARABLICA La antena parablica es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parablico. Su nombre proviene de la similitud a la parbola generada al cortar un cono recto con un plano paralelo a la directriz. Las antenas parablicas pueden ser usadas como antenas transmisoras o como antenas receptoras. En las antenas parablicas transmisoras el reflector parablico refleja la onda electromagntica generada por un dispositivo radiante que se encuentra ubicado en el foco del reflector parablico, y los frentes de ondas que genera salen de este reflector en forma ms coherente que otro tipo de antenas, mientras que en las antenas receptoras el reflector parablico concentra la onda incidente en su foco donde tambin se encuentra un detector. Normalmente estas antenas en redes de microondas operan en forma full duplex, es decir, trasmiten y reciben simultneamente. La antena parablica es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parablico. Su nombre proviene de la similitud a la parbola generada al cortar un cono recto con un plano paralelo a la directriz. Incidente en su foco donde tambin se encuentra un detector. Normalmente estas antenas en redes de microondas operan en forma full duplex, es decir, trasmiten y reciben simultneamente.o o o o

Se utiliza especialmente para la transmisin y recepcin va satlite. Ganancia alta: 12-25 dBi Directividad alta ngulo de radiacin bajo

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CONCLUSIONES Al construir una antena esta tendr determinados parmetros de radiacin, estos parmetros siempre sern diferentes entre una y otra direccin debido que en la prctica no es posible construir una antena que irradie de la misma forma en todas direcciones, aunque para el diseo de antenas sea propuesta una antena ideal. El patrn de radiacin bsico contiene un lbulo principal, un lbulo opuesto y lbulos laterales para ello existen muchos programas que nos permiten obtener estas caractersticas de las antenas, para calcular los patrones de radiacin hay que hacer uso de una gran variedad de frmulas las cuales incluyen el campo elctrico, el campo magntico y el vector de poyting as como una gran cantidad de parmetros de antenas, pero con el programa usado en esta investigacin solo hay que disear la antena a partir de vectores de posicion con los cuales disearemos la antena de forma que podamos visualizarla.

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