PATRONES O DIAGRAMAS DE RADIACIÓN DE ANTENAS CON MMANA GAL

FRSD1990 - FRSD7C6

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ALUMNO: FELIPE RAYMUNDO SERRANO DOMÍNGUEZ

ASIGNATURA: INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES TELECOMUNICACIONES

PATRONES O DIAGRAMAS DE RADIACIÓN DE ANTENAS MEDIANTE EL USO DE MMANAGAL

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ÍNDICE

Introducción…………………………………………………… Introducción……………………… …………………………………………………..…... ……………………..…... 2 Diagrama de radiación …………………………………………………….… …………………………………………………….………….…...3 ……….…...3 Antena monopolo………………………… monopolo…………………………………………………… ……………………………………………….8 …………………….8 Diagrama de radiación de monopolo ………………………………………….……….…9 ………………………………………….……….…9 Antena dipolo………………………………………………… dipolo……………………………………………………………………………..10 …………………………..10 Diagrama de radiación de dipolo………………………… dipolo……………………………………..………………..… …………..………………..….11 .11 Antena yagi……………………………………………… yagi………………………………………………………….……….…..….…… ………….……….…..….…….12 .12 Diagrama de radiación de antena yagi………………………………………..…..….……15 yagi………………………………………..…..….……15 Antena parabólica……………………… parabólica………………………………………………… ……………………………….……….………..16 …….……….………..16 Diagrama de radiación de antenas parabólicas…………………………………..………..17









INTRODUCCIÓN Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función 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 estación base de teléfonos móviles), otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radioenlaces).

En esta investigación se mencionan cuatro antenas (monopolo, dipolo, yagi y parabólica) de las cuales se brindara información y sobretodo se mostrara cuáles cuále s son sus respectivos patrones de radiación para ellos se hizo uso de un software llamado MMANAGAL_Basic dicho programa está dedicado al análisis de antenas por lo cual cuenta con determinadas funciones que nos permitirán emular nuestras antenas además de que nos facilita el diseño de antenas a partir de parámetros específicos. Parámetros de antenas: Diagrama de radiación o Patrón de radiación Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, en función de la dirección. Lo más habitual es representar la densidad de potencia radiada, aunque también se pueden encontrar diagramas de polarización o de fase. El campo eléctrico, magnético o la densidad de potencia radiada son magnitudes vectoriales que se pueden representar con el módulo o la fase de sus componentes.









radiación podemos definir diagrama copolar aquel que representa la radiación de la antena con la polaridad deseada y contrapolar al diagrama de radiación con polaridad contraria a la que ya tenía. Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son: Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación. Directividad y Ganancia. Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima radiación. Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal. Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación de un haz toma un valor de 3dB por debajo del máximo. Es decir, la dirección en la que la potencia radiada se reduce a la mitad. Relación de lóbulo principal a secundario secu ndario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario. Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de máxima radiación y el de la misma dirección y sentido opuesto. •

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•

Para hallar el campo de radiación de una antena consideremos primero las características de radiación de un alambre conductor muy corto (comparado con la longitud de onda de operación) y fino, de longitud , por el que circula una corriente con una dependencia armónica con el tiempo: Para determinar el campo electromagnético de un dipolo elemental se siguen los siguientes tres pasos: 1. Determinar el potencial Magnético A de una distribución de corriente J Siendo J una distribución de corriente conocida o supuesta en la antena. 2. Encontrar el campo magnético H a partir de A 3. Encontrar el campo eléctrico a partir de H Este potencial magnético A se debe pasar a coordenadas esféricas. Densidad de Potencia Radiada El vector poynting equivale a la densidad instantánea de potencia que suministra una antena. Esta densidad instantánea de potencia se compone de una parte real (densidad promedio de potencia radiada) y una parte imaginaria (densidad promedio de potencia reactiva). La densidad de potencia radiada es la que efectivamente radia la antena, y corresponde al flujo de potencia que atraviesa una unidad de área esférica, mientras que la reactiva corresponde a aquella que se disipa









La relación entre el módulo del campo eléctrico y el módulo del campo magnético es la impedancia característica del medio

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

Directividad máxima La directividad de una antena se define como 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, a igualdad de potencia total radiada. Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la Directividad se refiere a la dirección de máxima radiación La directividad se puede obtener en general a partir del diagrama de radiación de la antena

Simplificando términos, resulta









o

o

El uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio móvil en vehículos. En Monopolos de ¼ de onda: la impedancia de la antena es de 36 ohmios

El patrón de radiación de los monopolos por encima de un plano de tierra también son conocidos por el resultado de dipolo. El único 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. Cálculos para monopolo: Longitud de onda: V=c =velocidad de la luz 300000Km/s Usando una frecuencia de 3.750Mhz nuestra longitud de onda será: 80m

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

Entonces B=0.078 Radio Equivalente a= dimensión media del lado*0.4274 Si dimensión media media del lado =5 entonces a=2.087 Impedancia Característica Z0=60(In(12/0.02087)-1-0.5In24/80) Z0=357 ohms











Componente Resistiva

Componente Reactiva

Imagen: antena monopolo de un vehiculo

SIMULACIÓN DE UNA ANTENA MONOPOLO









Los parámetros anteriores nos permitirán diseñar la antena de la forma deseada una vez hecho esto pasamos a la opción view para observar a la antena y posteriormente seleccionamos calcular para generar los diagramas de los patrones de radiación.

















ANTENA DIPOLO Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia.. radiofrecuencia

Dipolo elemental

Un dipolo dipolo elemental elemental es una pequeña pequeña longitud longitud

de conductor conductor (pequeña (pequeña comparada con la

longitud de onda ). En la cual circula una una corriente alterna









antena real real para poderla calcularla. El interés interés es que el campo eléctrico eléctrico lejano

de la la onda

electromagnética radiada por ese pedacito de conductor es calculable fácilmente. Solo mostraremos el resultado:

Aquí, •

es la permitividad la permitividad del vacío.

•

es la velocidad de la luz en el vacío.

•

es la distancia entre el dipolo y el punto donde está evaluado

•

es el número de onda

.

El exponente de de da cuenta de la variación de la fase del campo campo eléctrico con el tiempo y con la distancia al dipolo. El campo campo eléctrico lejano

de la onda electromagnética es coplanario coplanario con el conductor y

perpendicular a la línea que los une. Si imaginamos el dipolo en el centro de una esfera y alineado con el eje norte-sur, el campo eléctrico lejano tiene la dirección de los meridianos y el campo magnético lejano tiene la dirección de los paralelos.

Simulación de antena tipo dipolo











Cálculos:

















electromagnética entrante en esta misma dirección. Cuantos más directores tiene una Yagi, Yagi, mayor la ganancia.

Tabla de Diseño de Antena An tena Yagi Yagi

Longitudes:

Reflector:

Dipolo:

Directores:

n:

m:









3° Director 4° Director 5° Director 6° Director 7° Director 8° Director 9° Director 10° Director

Separación:

Dipolo – Reflector:

Dipolo – 1er. Director:

p

p q

p q s

n p q s

n n p q s

n n p p q s

n n p p q q s

n n p p q q s s



























Incidente en su foco donde dond e también se encuentra un detector. Normalmente estas antenas en redes de microondas operan en forma full duplex, es decir, trasmiten y reciben simultáneamente. Se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite. Ganancia alta: 12-25 dBi Directividad alta Ángulo de radiación bajo o

o

o

o









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