antenared.com » UHF http://antenared.com Teoría, simulación, implementación y más sobre antenas Fri, 28 Aug 2009 00:23:41 +0000 http://wordpress.org/?v=2.9.2 en hourly 1 Antena yagi: Diseño http://antenared.com/2009/08/antena-yagi-diseno/ http://antenared.com/2009/08/antena-yagi-diseno/#comments Sun, 16 Aug 2009 18:28:49 +0000 Francisco Sandoval http://antenared.com/?p=1031

Tabla de contenido de Antenas Yagi

  1. Antena Yagi: Principios Básicos
  2. Antena Yagi: Funcionamiento del Parásito como Reflector o Director
  3. Antena yagi: Diseño

Longitud\: del\: dipolo\:=\lambda/2

Longitud\: del\: reflector\:=\frac{\lambda}{2}+0.05\left(\lambda/2\right)

Distancia\: dipolo-reflector\:=0.2\lambda

Longitud\:1er\: director\:=0.96\lambda/2

Distancia\: dipolo-1er\: director=0.1\lambda

Longitud\:2er\: director\:=0.93\lambda/2

Distancia\:1er\: director-2do\: director=0.15\lambda

Longitud\:3er\: director\:=0.92\lambda/2

Distancia\:2do\: director-3er\: director=0.2\lambda

Longitud\:4to\: director\:=0.92\lambda/2

Distancia\:3er\: director-4to\: director=0.25\lambda

Longitud\:5to\: director\:=0.9\lambda/2

Distancia\:4to\: director-5to\: director=0.25\lambda

Longitud\:6to\: director\:=0.9\lambda/2

Distancia\:5to\: director-6to\: director=0.25\lambda

Longitud\:7mo\: director\:=0.89\lambda/2

Distancia\:6to\: director-7mo\: director=0.25\lambda

Longitud\:8vo\: director\:=0.89\lambda/2

Distancia\:7mo\: director-8vo\: director=0.25\lambda

Longitud\:9no\: director\:=0.87\lambda/2

Distancia\:8vo\: director-9no\: director=0.25\lambda

antena yagiFigura 1. Geometría de diseño en FEKO

Resultados del Diseño:

antena yagi-diagrama radiaciónFigura 2. Diagrama de Radiación de antena Yagi

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Tabla de contenido de Logoperiódicas: Parámetros de diseño para bastimento

  1. Logoperiódicas: Introducción
  2. Logoperiódicas: Parámetros de las Antenas Logoperiodicas de dipolos rectos
  3. Logoperiódica: Diseño Práctico

La configuración de antena logoperiodica de dipolos se basa en el mismo principio descrito anteriormente, es decir, manteniendo una relación de periodo logarítmico de valor log\left( \tau\right) . Esta estructura es una agrupación no uniforme de dipolos, de forma que todas las dimensiones que definen la agrupación se escalan por el factor de escala \tau, figura 2.

log-periodic3-copyFig. 2. Agrupación logoperiodica de dipolos [2].

\tau = \dfrac{R_{n+1}}{R_{n}} = \dfrac{L_{n+1}}{L_{_{n}}} = \dfrac{d_{n+1}}{d_{n}} = \dfrac{S_{n+1}}{S_{n}}         (4)

Como se observa en la figura 2, además de factor de escala, la antena logoperiodica también está definida por un ángulo \alpha, relacionado con el factor de escalonamiento a través de un factor de espacio \sigma [3]:

\sigma = \dfrac{1-\tau}{4 tan \alpha} = \dfrac{d_{n}}{2L_{n}}     (5)

El diseño de una agrupación logoperiodica se basa en gran parte en el empleo de tablas que han obtenido mediante modelos de aproximación; es por esto, que la relación 5 viene ligada por la tabla 1:

tabla-log-periodic

Tabla 1. Datos óptimos para diseño de antenas Logoperiodicas [3].

De manera tal que con una ganancia deseada para una antena, se tienen los valores del factor de espacio y de escalonamiento, calculando de esta manera el ángulo \alpha comprendido entre la línea central y un extremo inclinado figura 2.

Dado el margen de frecuencias que se debe cubrir, se determina la longitud de los dipolos más cortos y más largos de forma que:

L_{max} = k_{2} \lambda_{sup} = 0.52 \lambda_{sup} = L_{1}     (6)

L_{min} = k_{1} \lambda_{sup}     (7)

\dfrac{k_{2}}{k_{1}} = k = 1.1 + 7.7\left( 1-\tau\right) ^{2} cot \alpha     (8)

Debido a que k_{2} =0.52, siempre se tendrá que la longitud de dipolo más grande es mayor que su longitud verdadera (\frac{\lambda}{2}), y de la relación 8 se deduce que k_{1} \angle 0.5, por lo que la longitud del dipolo más pequeño siempre será menor que su longitud verdadera, asegurando de esta manera, una antena con un mayor ancho de banda.

El número de elementos de la agrupación logoperiodica y el ancho de banda están relacionados por el factor de escala \tau, cumpliéndose las siguientes relaciones:

\dfrac{L_{max}}{L_{min}} = \tau^{- \left( N-1\right) } = k \dfrac{f_{sup}}{f_{int}} = k \cdot B      (9)

N= – \dfrac{\log \left(k \cdot B \right)}{\log \left( \tau \right)} + 1      (10)

En donde B es el ancho de banda relativo de la agrupación y k al igual que en la expresión 8 es un factor que tiene en cuenta la zona activa de la antena en todo el ancho de banda preestablecido [2], [4].

La longitud total de la antena puede encontrarse mediante las siguientes consideraciones geométricas:

L = R_{1} – R_{N} = \dfrac{L_{max} – L_{min}}{2 tan \alpha}      (11)

Considerando que la longitud total de la antena se considera desde el dipolo más pequeño hasta el más grande, mas no desde el origen de consideración del ángulo \alpha.

Referencias

[2] Angel Cardama Aznar, Lluís Jofre Roca, Juan Manuel Ruis Casals, Jordi Romeu Robert, Sebastian Blanch Boris, “Antenas”, cap. 7, pp. 314-315, 2000.
[3] Yi Huang, Kevin Boyle, “Antenas from theory to practice”, cap. 5, pp. 157-162, 2008.
[4] Thomas A. Milligan, “Modern Antenna Design”, cap. 11, pp. 550-560, 2005.

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Tabla de contenido de Logoperiódicas: Parámetros de diseño para bastimento

  1. Logoperiódicas: Introducción
  2. Logoperiódicas: Parámetros de las Antenas Logoperiodicas de dipolos rectos
  3. Logoperiódica: Diseño Práctico

capture-log-periodica

Una antena es una parte de un sistema de transmisión o recepción diseñada específicamente para radiar o recibir ondas electromagnéticas. Si bien sus formas son muy variadas, todas las antenas tienen en común el ser una región de transición entre una zona donde existe una onda electromagnética guiada y una onda en el espacio libre, a la que puede además asignar un carácter direccional.

En principio una antena logoperiodica es una antena direccional en donde cada elemento resuena a una frecuencia distinta y en un rango determinado. La unión de todos estos elementos resonantes a diferentes frecuencias en una disposición logarítmica de antena, hace que se pueda construir un sistema resonante con un gran ancho de banda.

Características de las antenas independientes de la frecuencia

Las antenas independientes de la frecuencia son un tipo particular de antenas de banda ancha, estudiadas en un comienzo por Rumsey [1]. Estas antenas que cumplen el principio de Rumsey son conocidas como antenas autoescalables.

Un buen punto de partida es considerar la estructura autoescalable de la figura 1a, en donde se hace necesario tener un \beta de 90^{o} arriba y abajo con el objeto de completar 180^{o} y que de esta forma se convierta en una estructura auto complementaria [2]. Si a esta estructura, se le aplica una corriente, por simetría aparecerá una onda estacionaria y la antena dejará de ser independiente de la frecuencia.

log-periodic2

Fig. 1. Estructura logoperiodica [2].

Sin embargo, si a esta estructura se le añaden discontinuidades, se aumentará de forma considerable la radiación de la antena, y si además, con el objeto de eliminar la simetría y por ende las ondas estacionarias, se cambian los ángulos a valores \beta de 45^{o} y \alpha de 135^{o} , se mantendrá la auto complementariedad deseada es decir 180^{o} figura 1b. Sin embargo, este proceso provoca que la antena no sea autoescalable de forma continua, requisito indispensable para realizar una antena independiente de la frecuencia debido a que aparecen las hendiduras de radios R_{n} [2]. Afortunadamente, existe una relación para que la antena resulte escalable, manteniendo que los radios R_{n} se elijan de forma que se conserve entre dos consecutivos una relación constante \tau:

\tau = \dfrac{R_{n+1}}{R_{n}} \angle 1      (1)

Gracias a esta razón \tau, es posible establecer que el comportamiento de la antena a dos frecuencias distintas f_{o} y f_{m} será el mismo, siempre que:

f_{m} = \tau^{m} f_{0}

m= \pm1 ,\pm2 ,\pm3 \ldots      (2)

Si ahora se toma el logaritmo de la expresión 2, se obtiene:

log \left( f_{m}\right) = m \ast log \left( \tau\right) + log \left( f_{0}\right)           (3)

Si en la relación 3 se representa gráficamente, cualquier parámetro de la antena en función del logaritmo de la frecuencia, se observará que presentará un comportamiento periódico cuyo periodo es log\left( \tau\right) .Razón por la cual, a estas estructuras, se las conoce como antenas Logoperiodicas o logarítmicas [2].

Referencias:

[1] V. H. Rumsey, “Frequency Independent Antennas”, IRE national convention record, parte I, pp. 114-118, 1957.

[2] Angel Cardama Aznar, Lluís Jofre Roca, Juan Manuel Ruis Casals, Jordi Romeu Robert, Sebastian Blanch Boris, “Antenas”, cap. 7, pp. 314-315, 2000.

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Tabla de contenido de Microcinta

  1. Antenas Microcinta o Patch: Introducción
  2. Antenas Microcinta o Patch: Características Básicas
  3. Antenas Microcinta o Patch: Tipos de Parche
  4. Antenas Microcinta o Patch: Métodos de Alimentación
  5. Antenas Microcinta o Patch: Métodos de Análisis

Las antenas de microcinta reciben considerable atención a partir de los 70, aunque la idea en sí, de la antena de microcinta puede ser localizada en 1953 y fue patentada en 1955. Una antena de microcinta puede observarse en la, la cual consiste de una muy delgada (t << lambda_{0} donde lambda_{0} es la longitud de onda en el espacio libre) cinta metálica (parche) situada en una pequeña fracción de una longitud de onda (h << lambda_{0}, usualmente 0.003lambda_{0} leq h leq 0.05lambda_{0}) encima de un plano de tierra. El parche de la antena microcinta es diseñado para obtener un patrón de radiación máximo normal al parche (broadside radiator). Esto se puede lograr a través de una apropiada selección del modo (configuración del campo) de excitación debajo del parche. Para un parche rectangular, la longitud L de el elemento es usualmente frac{lambda_{0}}{3} leq L leq frac{lambda_{0}}{2}. La cinta (parche) y el plano a tierra son separados por una lámina de material dieléctrico (referido como un substrato), como se puede ver en la Figura 1(a).

microcinta.jpg

Figura 1. Antena microcinta y sistema de coordenadas

Existen numerosos materiales substrato que pueden ser usados para el diseño de antenas de microcinta, y estas constantes dieléctricas usualmente se encuentran en el rango de 2.2 leq epsilon_{r} leq 12. Los primeros son más deseables para el buen desempeño de la antena, ya que los substratos cuyas constantes dieléctricas se encuentran en lo más bajo del rango proporcionan mejor eficiencia, un largo ancho de banda, escasos límites de campo dentro del espacio de radiación pero a su vez representa un alto costo por elementos de largo tamaño. Substratos delgados con alto valor de constante dieléctrica son deseables para circuitería de microondas, porque ellos requieren firmes límites de campo para minimizar la no detección de radiación y acoplamiento, y conseguir de paso, reducción en el tamaño de los elementos; sin embargo, como producen gran pérdida, son menos eficientes y tienen relativamente menor ancho de banda. Desde luego, las antenas de microcinta frecuentemente están integradas con otras circuiterías de microondas, y por ende se debe considerar al momento del diseño, tanto el buen rendimiento de la antena como el diseño del circuito.

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·

Considerando las frecuencias para los canales a diseñar, que en este caso son: canal #50 (686-692 MHz) y canal #69 (800-806 MHz), calculamos la frecuencia central fc, en base a la cual vamos a determinar las dimensiones de nuestra antena. En este caso, fc = 686MHz+((806MHz-686MHz)/2) = 746MHz. Por ende, la longitud de onda lambda es igual a: lambda = (300/7.46)cm = 40 cm.

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El dipolo se realizará en forma de corbatín, como se muestra en la figura 1, con longitud lambda medios en total, es decir 20 cm. Por lo cual las medias finales se describen en la gráfica. Para obtener el valor de los triángulos basta considerar la relación trigonométrica: y = 10 tan 11°.

dipolo

En este caso se utiliza un reflector diédrico de 90° de apertura, con 11 reflectores por cada boom del reflector y una separación entre los mismos de 0,1*lambda = 4 cm. La longitud de los reflectores es igual a 0,6*lambda= 24 cm.

diedrica

Para obtener una mejor ganancia se agregan 3 directores de 19, 18 y 18 cm respectivamente de adentro hacia afuera, los cuales se ubican de acuerdo a la separación que se enuncia en la gráfica.

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Por último, la distancia a la cual se ubicará el dipolo es 0,35*lambda = 14 cm.

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Nota: Puede que sea necesario la realización de un balun para acoplar la antena a 300 ohmios.

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La antena ya elaborada se aprecia en la figura siguiente, la explicación de su implementación será motivo de otro post.

stp60982

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