Posts tagged: simulación

Antenas Parabólicas: Diseño

Datos:

F=5.8GHz

n=10

relación \dfrac{D}{f} = 2.7

\lambda = 0.0517 m

D = 2.5 \ast f = 0.35m

f = 2.7 \ast \lambda = 0.13959

Angulo entre el eje focal y la línea que une el foco con un extremo de la parábola es:

\phi = 2 \ast \tan ^{-1} \left( \dfrac{1}{\frac{4f}{D}}\right) = 2 \ast \tan ^{-1} \left( 0.675 \right) = 68^{o}

Distancia foco-reflector:

\rho = \dfrac{f}{\cos ^{2} \left(  \frac{\phi}{2}\right) }  = \dfrac{0.13959}{\cos ^{2} \left(  \frac{68^{o}}{2}\right) } = 0  = 0.2

parabolica-fekoFig. 3.10.1 Geometría de diseño en feko.

parabolica-feko1Fig. 3.11.1. Diagrama de radiación de la antena parabólica.

Post Relacionados

Optimización de un Arreglo de Cuatro Antenas Yagi de 3 Elementos: Configuración como matriz 2×2

Esta es la última configuración que vamos a analizar y para ello se colocaron 4 antenas formando una matriz de 2×2 como se muestra en la figura 9.

figura 9.jpg Figura 9. Configuración como matriz 2×2

Una ventaja a imple vista de esta configuración es que nos permite reducir el espacio ocupado por el arreglo, pero más adelante veremos que sus ventajas van más allá del espacio físico.

Este arreglo, como es de esperar, posee características de las dos configuraciones anteriores, ya que nos da una buena ganancia, buena ración delante-atrás y un ancho de haz aceptable. Es esta disposición de las antenas la que hemos visto más recomendable de implementar. Los valores obtenidos en la simulación se presentan en la tabla 4, y los diagramas de radiación con \theta = 90^{o}, se muestran en la figura 10.

tabla 4.jpg

Tabla 4


figura 10a.jpg

Figura 10a. Separación 0.60 \ast 0.65 \lambda

figura 10b.jpg

Figura 10b. Separación 0.20 \ast 0.65 \lambda

figura 10c.jpg

Figura 10c. Separación 0.30 \ast 0.65 \lambda

figura 10d.jpg

Figura 10d. Separación 0.40 \ast 0.65 \lambda

figura 10e.jpg

Figura 10e. Separación 0.50 \ast 0.65 \lambda

figura 10f.jpg

Figura 10f. Separación 0.51 \ast 0.55 \lambda

figura 10g.jpg

Figura 10g. Separación 0.51 \ast 0.65 \lambda

figura 10h.jpg

Figura 10h. Separación 0.51 \ast 0.70 \lambda

figura 10i.jpg

Figura 10i. Separación 0.51 \ast 0.75 \lambda

figura 10j.jpg

Figura 10j. Separación 0.51 \ast 0.80 \lambda

figura 10k.jpg

Figura 10k. Separación 0.51 \ast 1.00 \lambda

figura 10m.jpg

Figura 10m. Separación 0.52 \ast 0.65 \lambda

figura 10n.jpgFigura 10n. Separación 0.55 \ast 0.65 \lambda

Analizando las tablas podemos darnos cuenta que existe un punto en el que las características obtienen sus mejores valores, ese punto es cuando la separación es 0.50 \ast 0.65 \lambda. Con estas dimensiones tenemos una ganancia de un poco más del doble de la que se obtiene con una sola antena, la relación delante-atrás aumentó cerca de cuatro veces y el ancho de haz disminuyó un 33%, es decir, hemos logrado mejorar considerablemente nuestro sistema de radiación con una disposición de las antenas en forma de matriz de 2×2.

Además, se debe señalar que el punto en el que se encontró el mejor resultado es con una separación vertical de 0.5 \lambda, que es igual al que se obtuvo en la configuración horizaontal de 0.65 \lambda, que se encuentra cerca de la distancia que nos dio los mejores resultados en la configuración horizontal.

Existen otras separaciones que también dieron muy buenos resultados pero solo mejoraban una de las características analizadas, es por eso que el uso de una determinada separación o configuración queda a criterio de la persona que lo va a implementar y dependerá de los parámetros que desee mejorar.

Post Relacionados

Optimización de un Arreglo de Cuatro Antenas Yagi de 3 Elementos: Configuración Vertical

En la configuración vertical se colocaron 4 antenas idénticas a lo largo del eje z como se muestra en la figura 7.

figura 7.jpgFigura 7. Configuración Vertical

Este tipo de configuración os permite estrechar en gran medida el ancho de haz ene l plano de elevación (plano xz), ya que de acuerdo a las mediciones se obtuvieron valores alrededor de los 20º; pero en cambio ensancha el ancho de haz en el otro plano (\theta = 90^{o}), como se ve en la taba 3 y en la figura 8.

En este caso, al ver que los resultados mejoraban al disminuir la separación, se decidió salirse del rango que se estableció inicialmente y se simuló hasta una separación de 0.40 \lambda, esperando que los resultados siguieran mejorando; pero como lo muestra la tabla, las características empezaron a decaer. A continuación se presentan los datos obtenidos en la simulación (tabla 3) y los diagramas de radiación a un corte de 90^{o} (figura 8):

tabla 3.jpg

Tabla 3

figura 8a.jpgFigura 8a. Separación 1 \lambda

figura 8b.jpg

Figura 8b. Separación 0.8 \lambda

figura 8c.jpg

Figura 8c. Separación 0.75 \lambda

figura 8d.jpg

Figura 8d. Separación 0.6 \lambda

figura 8e.jpg

Figura 8e. Separación 0.5 \lambda

figura 8f.jpg

Figura 8f. Separación 0.45 \lambda

figura 8g.jpg

Figura 8g. Separación 0.4 \lambda

En este caso, podemos ver que se obtienen ganancias mucho mayores que en la configuración anterior, llegando a obtener un máximo de 13.4 dBi cuando la separación es de 0.5 \lambda. Además, la relación delante-atrás también mejora considerablemente a esta separación, con un valor de 10.6 dBi.

Concluimos que en una configuración vertical se obtienen niveles de ganancia y relación delante-atrás muy buenos. No obstante, el ancho de haz no ha mejorado con respecto al de una sola antena. También podemos decir que la separación más adecuada en este caso es de 0.5 \lambda, ya que es allí donde se obtienen los mejores resultados.


Post Relacionados

Optimización de un Arreglo de Cuatro Antenas Yagi de 3 Elementos: Configuración Horizontal

Como se describió anteriormente, en este tipo de configuración colocamos 4 antenas idénticas ubicadas a lo largo del eje, como se muestra en la figura 5.

Figura 5.jpgFigura 5. Configuración horizontal

En este caso la separación mínima entre cada antena es de 0.55 \lambda ya que al ser menos puede existir contacto entre ellas. Los resultados obtenidos luego de la simulación se muestran en la tabla 2 y los cortes en \theta = 90^{o} se muestran en la figura 6.

tabla 2.jpg

Tabla 2

figura 6a.jpg

Figura 6a. Separación 1 \lambda

figura 6b.jpg

Figura 6b. Separación 0,9 \lambda

figura 6c.jpg

Figura 6c. Separación 0.8 \lambda

figura 6d.jpg

Figura 6d. Separación 0.75 \lambda

figura 6e.jpg

Figura 6e. Separación 0.65 \lambda

figura 6f.jpg

Figura 6f. Separación 0.55 \lambda


Como podemos ver, la configuración horizontal nos permite estrechar considerablemente el ancho de haz en el plano en el que se encuentra apoyado el arreglo (plano xy), pero en cambio aumenta en el plano perpendicular (plano xz), llegando a un promedio de 70º. Además cabe resaltar que es en esta configuración en la que se obtiene el ancho de haz más estrecho. Asimismo, podemos ver un aumento de la ganancia a medida que se amplía la separación, pero la relación delante-atrás no mejora al aumentarla, sino que existe un punto en el cual llega a su máximo que es 5dBi, fuera del cual disminuye.

Concluimos que la separación más idónea para este tipo de configuración es de 0.75 \lambda.

Post Relacionados

WordPress Themes