REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA NÚCLEO ARAGUA SEDE MARACAY
INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES
Arreglo Bidimensional de 3x3 elementos con dipolos lambda medio.
Profesor: Jhonny Molleja Alumnos: Ilving Vargas CI: Seccion: ITD. 70x
Maracay, Junio de 2012 Índice Introduccion........................................................................................……….3 Marco Teorico.................................................................................................4 • Factor de arreglo………………………………………………………..…4 • Directividad ………………………………………………………………..4 • Diagrama de radiación…………………………………………………...4 • Eficiencia……………………………………………………………….…..4 • Ganancia ……………………………………………………….………4 y 5 • Arreglo endfire……………………………………………………………..5 • Dipolo de media onda…………………………………………………….6 • Arreglos bidimensionales………………………………………………..6 Diseño de la antena……………………………………………………………7-10 Conclusiones……………………………………………………………………..11 Bibliografía………………………………………………………………………12
INTRODUCCION
Las antenas juegan un papel importante en las telecomunicaciones, ya que permiten establecer enlaces para satisfacer requerimientos especiales, muchos de estos requerimientos no son cumplidos por una antena normal, y es necesario recurrir a una “arreglo” en donde varias antenas simples formas una sola con la capacidad cumplir objetivos específicos. En el diseño a presentar consiste en un arreglo bidimensional de tres elementos endfire, es decir que la potencia esta orientada paralela al eje de crecimiento; esto se explicara con detalle en el desarrollo de este trabajo. Estos conocimientos son fundamentales para un ingeniero que trabaje en esta área, ya que permite entender con mayor facilidad el funcionamiento de las antenas en general, además de abrir la posibilidad de hace una empresa que se encargue en la elaboración de antenas, cuestión que es poco abundante en el mundo por la complejidad que estas presentan, por lo que su costo es bastante elevado. En general se puede decir antes de abordar el tema con mas detalles, que las antenas son parte de la vida actual, ya que permiten el buen funcionamiento de muchos de los servicios actuales.
MARCO TEORICO Para mejorar la comprensión del proyecto comenzaremos con la definición de ciertos parámetros de antenas, que se utilizaran mas adelante, entre estos se mencionan: Factor de Arreglo: Es el patrón de radiación del arreglo asumiendo que los
elementos utilizados son antenas isotrópicas. Directividad: es la medida de contraste del arreglo y es el radio de la potencia radiada por el arreglo en la dirección de interés a la potencia media radiada por el arreglo en todas las direcciones. Diagrama de radiación: es la representación gráfica de sus propiedades de radiación en las distintas direcciones del espacio. Lo habitual es representar el campo eléctrico en coordenadas esféricas, con la antena situada en el origen de coordenadas y tomando como referencia el valor máximo de la magnitud. El resto serán valores relativos a él. En la figura 1 se aprecia un diagrama de radiación. Eficiencia de la antena: Sirve como un parámetro para determinar las pérdidas presentes en la entrada de un circuito cualquiera. Ganancia: Es la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia y la densidad de potencia que radiaría a la misma distancia una antena isotrópica con la misma potencia entregada. Figura 1. Diagrama de radiacion.
Arreglo Endfire Se le conoce también como arreglo axial, consiste en que la energía radiada es orientada de forma paralela en el eje de crecimiento del arreglo, esto se logra mediante el uso de Ψ=0, con una diferencia de fase α=-Kod. Como se sabe se requiere que esta diferencia de fase sea de π/2, por lo tanto la distancia de separación requerida entre elementos es de d=λ/4. A continuación se muestra en la figura 2 un diagrama de radiación de un arreglo endfire unidimensional.
Figura 2. Diagrama de radiación arreglo Endfire.
Dipolo de media onda: Los dipolos de media onda (y sus múltiplos impares) tienen en el punto de alimentación una impedancia, teórica de 75 ohmios que al ser parecida a la del transmisor (50 ohmios) nos permitirá su alimentación sin problemas sin tener que recurrir a adaptadores de impedancia, en el peor de los casos la R.O.E. debería estar a 1,5. Si las ramas del dipolo se colocan en “V” invertida formando un ángulo de 120 a 90 grados, su impedancia desciende acercándose hasta los 50 ohmios lo que parece ser ideal. No obstante se deforma ligeramente el lóbulo de radiación y al acercarse sus extremos al suelo u obstáculos adyacentes se empeora su rendimiento. Arreglos bidimensionales: este tipo de arreglo consistes en que se tienen dos ejes de posicionamiento de los elementos ( dos dimensiones), en donde se obtiene mayor concentración de la energía debido a la alta radiación que se obtiene de estas dimensiones. Para este diseño se realizara un arreglo endfire para media longitud de onda, además se trabajara para la frecuencia que establece la IEEE 802.11 para wifi, es decir 2450 Mhz. Dicho esto se pasara al diseño de la antena. DISEÑO DE LA ANTENA Basándonos en lo anterior, se tiene que se trabajara con: Frecuencia= 2450 Mhz Longitud de onda (λ)= 12.25 cm Media longitud de onda (λ/2)= 6.125 cm N° de elementos=6 Ψ= 0 α = -Kod d= λ/4 Radio de la antena (a)= 6.125 cm Diámetro (b)= 12.25 cm Ecuación de Factor de arreglo Bidimensional:
Vale destacar que B es la diferencia de fase eléctrica de la segunda dimensión, no se uso alpha para diferenciar del arreglo en la primera dimensión. Con el valor que proporciona la ecuación anterior se procede al cálculo de los diferentes parámetros, de manera tal que se evalué el comportamiento de la antena.
Vale mencionar que para formar el dipolo se deben de cortar dos trozo de cuarta longitud de onda para formar uno de media longitud, la distancia de separación entre trozos de dipolo de λ/10=1.225. Campo Electrico del arreglo:
Campo Magnético del arreglo
Elaboración del Balun La función primordial de este elemento es la de funcionar como adaptación de impedancias del sistema de manera tal que permita pasar de una línea síncrona a una asíncrona que permita alimentar la antena desde el Router Edimax y mediante el uso del cable RG-6. El balun elaborado sigue el siguiente esquema básico:
Figura 3.Balun
En la elaboración de este balun, es necesario adherir un trozo de cable coaxial adicional de longitud (Q en la figura) al cable RG-6 que está conectado a la antena y al router (P en la figura). El cable Q se cortocircuita en la parte inferior conectando su positivo con su negativo (malla y vivo). Y luego, en la parte superior, se procede a conectar el vivo de P con la malla de Q y la malla de P con el vivo de Q. Este sistema garantiza la alimentación total de la antena y brinda dos puntos de conexión para cada dipolo. Este balun además de actuar como medio de alimentación para los dipolos, sirve como adaptador de impedancias. En este caso, se adapto la impedancia de cable de 75 ohm, con la de la antena (73.1 ohm), de acuerdo a una relación 1.1. Posteriormente, se soldaron pequeños terminales de latón a los vivos de los cables Q y P conectados con las mallas, y luego se coloco teipe negro aislante para garantizar una optima continuidad. Para este punto, solo faltaría establecer la sección de conexión del cable coaxial del balun con el Router Edimax que se utilizará.
Figura 4. Balun Terminado. Con el balun terminado se culmina la elaboración de la antena y solo queda calcular de forma real los patrones de la antena.
CONSLUSIONES Los arreglos de antenas son poseen funciones únicas, y permiten que se cumplan con requerimientos muy importantes, como aumentar la ganancia, dirigir la potencia a una zona en particular, entre otros. El arreglo bidimensional realizado fue una antena de 3x3 endfire, es decir se tuvieron dos ejes de posicionamiento diferentes y se oriento la energía paralela al eje de crecimiento de ambas dimensiones. Durante la implementación se hizo uso de conectores SMA, cable coaxial, tubos conductores para los dipolos, entre otros. Esta antena radia su energía para cero grados, eliminando asi los lóbulos que se generan en una antena simple; la distancia de separación entre elementos fue de un cuarto de la longitud de onda, esto corresponde debido a la diferencia eléctrica que es de 90°, a demás se considero que cada dipolo debe de ser dividido a la mitad y separada a λ/10, con esto es suficiente para la construcción de la antena. Además se construyo un balun para acoplar la antema con el cable, de esta forma se termino con la construcción de la antena; por ultimo se conecto un router para obtener la frecuencia wifi, y se verifico que efectivamente la energía presentara su mayor intensidad de forma paralela al arreglo, lo que ocurrio de forma satisfactoria.
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