Jun
11
Filed Under ( publicaciones ) by fasandovalon 11-06-2009

Autor: Luis Celi (Profesional en Formación de la UTPL)

Tutor: Ing. Marco Morocho (Docente Investigador - - - UTPL)

Características principales

En nuestro de la antena panel para una frecuencia de 5.8GHz, el panel tendrá forma rectangular y con el fin de utilizar materiales que están disponibles en nuestro medio, se utilizará baquelita de doble lado, FR4, constituida por dos paneles conductores de cobre y el substrato con una constante dieléctrica \epsilon_{r} =4.5.

Forma básica

Los elementos básicos de una antena panel rectangular de microcinta, se muestran en la Fig. 7.2.1. La cinta conductora de la parte superior (panel de radiación) de dimensiones LxW, se encuentra sobre el substrato dieléctrico con constante de dieléctrico \epsilon_{r} y esperor h, y en la parte inferior del substrato la cinta conductora (plano tierra).

antena-panel-2

Fig. 7.2.1. Geometría básica de una antena panel rectangular. [11].

Para realizar la conexión del punto de alimentación al cable coaxial, se debe utilizar un conector tal como se muestra en la Fig. 7.2.2, el conductor interior del conector coaxial se extiende a través del dieléctrico y es soldado al panel de radiación de la antena anteriormente seleccionado, mientras que el conector exterior de cable coaxial está conectado con el plano tierra.

antena-panel-3

Fig. 7.2.2. Alimentación de antena panel de microcinta [11].

Cuando la antena es excitada por la alimentación, la distribución de cargas se efectúa entre el panel de radiación y el plano tierra, en un instante de tiempo bajo el panel de radiación se concentra la carga positiva y sobre el plano tierra la carga negativa. La atracción de fuerzas entre éstas se establece, tendiendo a llevar una gran cantidad de carga entre ambas superficies. Sin embargo, la fuerza de repulsión de las cargas positivas, presiona a las cargas hacia los bordes, dando como resultado una densidad de carga en los bordes. Estas cargas son la fuente de campos del borde y la radiación asociada.

El ancho del panel de radiación (W) tiene poco efecto en la frecuencia de resonancia y el diagrama de radiación de la antena. Un gran ancho del panel incrementa la potencia de radiación, por tanto decrece la resistencia de resonancia, incrementa el ancho de banda e incrementa la eficiencia de radiación. El ancho del panel debería ser seleccionado para obtener una buena eficiencia de radiación si lo requerimientos de estado real o los lóbulos no son factores primordiales. Esto sugiere que 1<W/L<2 [11].

Referencias:

[11] David M. Pozar, “Microwave Engineering”, Second Edition. John Wiley & Sons, Inc. 1998.

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Jun
10
Filed Under ( publicaciones ) by fasandovalon 10-06-2009

Autor: Luis Celi (Profesional en Formación de la UTPL)

Tutor: Ing. Marco Morocho (Docente Investigador - - - UTPL)

En los años 70, gracias a la disponibilidad de buenos substratos con baja tangente de pérdidas y propiedades térmicas atractivas, mejores técnicas fotolitográficas y más modelos teóricos, se consigue fabricar las primeras panel (en inglés patch anntenas), que 15 años antes fueron patentadas por Gutton y Baissnot, pero propuestas en 1953 por Deschamps. Las panel se basan en las microcintas, tal como se muestra en la Fig. 1, está compuesta por un panel de radiación, un substrato de dieléctrico con \varepsilon_{r} \leq 10 y un plano tierra. El panel de radiación puede ser de cobre u oro y tener geometría circular, rectangular, cuadrada, elíptica, triangular, anillo, entre otros; dependerá de la simplicidad del análisis.

antena-panel-1

Fig. 7.1. Microcinta dispuesta como una antena panel [11].

Los paneles rectangulares son probablemente los más utilizados debido a su geometría rectangular, éstos tienen un ancho de banda más grande comparados con las demás geometrías. Las circulares y elípticas son más complejas de analizar debido a su geometría. Las triangulares por tener una forma asimétrica producen una polarización cruzada. Mientras que las anillo no son tan fáciles de excitar a modos de orden bajo y obtener una buena impedancia de acople para resonancia. [11].

Existen muchas ventajas de las panel con respecto a las de microondas convencionales:

  • Peso ligero.
  • Bajo costo de fabricación.
  • Con una simple alimentación son posibles las polarizaciones lineal y circular.
  • Es posible realizar con doble polarización y doble frecuencia.
  • No requiere cavidad de respaldo.
  • Puede ser fácilmente integrada con circuitos integrados para microondas.
  • El punto de alimentación y las redes de acoplamiento pueden ser fabricadas simultáneamente con la estructura de la antena.

Pero así como tienen muchos puntos a favor, también los tienen en contra, estas tienen una relativamente baja ganancia, ancho de banda estrecho, y la sensibilidad a errores en la fabricación. [11].

Referencias:

[11] David M. Pozar, “Microwave Engineering”, Second Edition. John Wiley & Sons, Inc. 1998.

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Jun
09
Filed Under ( publicaciones ) by fasandovalon 09-06-2009

La antena grilla es una variación de la antena parabólica, su diferencia fundamental radica en que aunque su contorno es parabólico, el reflector no es un plato, sino un arreglo de varillas horizontales y perpendiculares. En el siguiente , se consideran los mismos parámetros de geometría considerados en la parábola.

Datos

F = 5.8 GHz

n = 10

relación \dfrac{D}{f} = 2.7

\lambda = 0.0517 m

D =2.5 f = 0.35m

2.7 \ast \lambda = 0.13959

\rho = 0.2

La profundidad del reflector desde el vértice de la parábola hasta el punto de intersección entre las rectas comprendidas por el eje focal y la línea que une los extremos de la parábola es:

z_{0} = \dfrac{D^{2}}{16 f} = \dfrac{0.348^{2}}{16 \ast 0.13959} = 0.058

z_{1} = f - z_{0} = 0.13959 - 0.058 = 0.071

La separación entre varillas es:

y \ast \lambda = 0.01

y \ast 0.0517 = 0.01

y = 0.19

Para la construcción de este modelo, se construyo la geometría en el software SolidWorks, empezando con dos parábolas transversales como lo indica la figura 4.1.1 y 4.1.2, luego haciendo operaciones de simetría y matriz se obtienen las figuras 4.1.3 y 4.1.4.

antena-grilla-1Fig. 4.1.1. Sección horizontal.

antena-grilla-2

Fig. 4.1.2. Sección vertical.

antena-grilla-3

Fig. 4.1.3. Ejes guías transversales.

antena-grilla-4

Fig. 4.1.4. Operaciones de matriz para antena grilla.

Resultados del :

antena-grilla-5

Fig. 4.2.1. Diagrama de radiación de la antena Grilla.

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Jun
06
Filed Under ( publicaciones ) by fasandovalon 06-06-2009

Autor: Luis Celi (Profesional en Formación de la UTPL)

Tutor: Ing. Marco Morocho (Docente Investigador - - - UTPL)


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 en feko.

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

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Autor: Luis Celi (Profesional en Formación de la UTPL)

Tutor: Ing. Marco Morocho (Docente Investigador - - - UTPL)

  • Ancho de Banda

El ancho de banda de una antena parabólica indica la banda de frecuencias para las que está diseñada la antena. Por ejemplo, una antena con un ancho de banda de 10,9GHz a 12,8GHz está diseñada para captar todas las frecuencias comprendidas entre los dos límites citados, lo que implica que tiene un ancho de banda de 1,9GHz a partir de 10,9GHz. [8].

  • Relación Señal/Ruido

Tanto el ruido del medio ambiente como el del espacio exterior pueden ser captados por una antena parabólica. Los fenómenos naturales, tales como tormentas, lluvia, viento excesivo, etc., originan señales de ruido de la misma forma que lo hacen ciertos fenómenos artificiales, tales como lámparas fluorescentes. No obstante, las principales fuentes de ruido, son el ruido atmosférico, el ruido galáctico procedente de las estrellas y el suelo. Si el suelo origina ruido, al reflector le llegará tanto más ruido cuanto más “desnivelado” se encuentre el suelo. En las parabólicas también debe tenerse presente el ruido que la propia antena genera. Toda onda electromagnética que incida sobre la superficie del reflector es reflejada por éste, por lo que se puede decir que se convierte en emisor de nuevas ondas. Estas ondas se mezclan con la señal principal, formado una señal de ruido. Para que la recepción sea buena, es preciso que la señal “reflejada” se sume a la “incidente” y también se debe poder separar a la señal del ruido lo que implica que la relación señal/ruido (S/N) sea lo más elevada posible. [11].

  • Factor de Ruido

Se define el factor de ruido (F) de una antena como la potencia mínima que debe tener la señal captada para que quede totalmente enmascarada por el ruido de la propia antena. En el caso de parabólicas, para la recepción de emisiones de Wireless, en las que las potencias que llegan son muy pequeñas, es muy importante alcanzar un factor de ruido muy pequeño. En base a experimentos realizados con ayuda de software FEKO, se deduce que la mejor eficiencia en la banda de 5.8GHz se obtiene con una relación de 2.7, aunque aumenta ligeramente las dimensiones de la parábola. [9].

Referencias:

[8] Kinayman Noyan, M. I. Aksun, “Modern Microwave circuits”, Artech House Inc Boston.London, 2005;
[9] Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon “Microstrip Antenna Design Handbook”, Artech House Inc Boston.London, 2001;
[11] David M. Pozar, “Microwave Engineering”, Second Edition. John Wiley & Sons, Inc. 1998.

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Jun
04
Filed Under ( publicaciones ) by fasandovalon 04-06-2009

Autor: Luis Celi (Profesional en Formación de la UTPL)

Tutor: Ing. Marco Morocho (Docente Investigador - - - UTPL)

Una antena parabólica capta la máxima energía cuando está orientada en dirección hacia su fuente y, dentro de un pequeño ángulo, se mantiene el valor de la energía captada entre el 50 y el 100% de la máxima. Fuera de dicho ángulo, el valor de la energía captada cae rápidamente. Se denomina lóbulo de radiación al “espacio” en que puede captar energía una antena sin que su ganancia caiga a más de 3dB. O sea, es la representación mediante un sistema de coordenadas polares, de la ganancia de la antena en función del ángulo que forma el eje de la misma con el satélite (figura 3.6.1). El diagrama de radiación de una antena suele presentar: [8].

  • El lóbulo principal que es el de mayor tamaño y alcanza el círculo de las coordenadas polares correspondientes a 0dB. Es decir, no presenta atenuación alguna de la señal.
  • El eje del lóbulo principal coincide con el eje de la antena; es decir, que toda fuente que se encuentre en la misma dirección que el eje de la antena entrará dentro del lóbulo principal y será captado con la máxima ganancia.
  • El ángulo de radiación pertenece al lóbulo principal y abarca todo el ancho del citado lóbulo con una ganancia por encima de -3dB.
  • Existen lóbulos secundarios, dispuestos en ángulos distintos al del eje principal y que disminuyen de tamaño a medida que se acercan al ángulo de 180°. Los lóbulos secundarios o lóbulos laterales determinan la capacidad de una antena parabólica para captar radiaciones que le llegan de direcciones fuera de su eje. Se pueden representar los lóbulos principal y secundarios mediante un sistema de coordenadas cartesianas, en el que, el lóbulo principal ocupa la posición correspondiente al ángulo de 0°, en el centro de la abscisa y su amplitud máxima se corresponde con la ganancia de la antena, que en el ejemplo anterior era de 40dB. 3dB por debajo de la ganancia máxima; es decir, a 37dB, se traza una recta que corta el lóbulo principal en dos puntos (P y P’). Una proyección vertical de estos puntos sobre la abscisa permite determinar al ángulo de radiación de la antena. Los lóbulos secundarios tienen poca amplitud, tanto menor cuanto más se acercan al ángulo de 180° o ángulo opuesto al de orientación de la antena. Los lóbulos secundarios son una medida de la capacidad de la antena de captar señales electromagnéticas de fuentes situadas en ángulos distintos del de orientación (aunque con muchísima menor potencia). Se debe tener en cuenta que “siempre”, los lóbulos secundarios deben tener una amplitud sensiblemente menor que la del lóbulo principal, ya que de lo contrario la señal de otra fuente interferiría a la señal que se desea captar. Se dice que una buena antena es aquella en la que el lóbulo principal tiene una ganancia superior a 20dB respecto a la de los lóbulos secundarios. [9].

lobulo-parabolica

Fig. 3.6.1. Distribución de los lóbulos de radiación en una parabólica. [4].

Referencias

[4] Saber Electrónica - Recepción de señales vía satélite (Horacio Vallejo)

[8]Kinayman Noyan, M. I. Aksun, “Modern Microwave circuits”, Artech House Inc Boston.London, 2005;

[9]Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon “Microstrip Antenna Design Handbook”, Artech House Inc Boston.London, 2001;

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