Corner Reflector 1 Ghz 296411

Materia Laboratorio Antenas (TEC 620) Profesor Porfirio Sánchez Tema ANTENA MICROSTRIP (PATH) CORPORATE (CUADRADA) A 1 GHz Fecha de entrega 11/Julio/2012

Santo Domingo, República Dominicana.

INTRODUCION A LAS ANTENAS

Lo que dio inicio a los sistemas de comunicación eléctricos fue la telegrafía, introducida en 1844, seguida por la telefonía, en el año 1878. En estos sistemas, las señales se enviaban a través de líneas de transmisión de dos hilos conductores, que conectaban el emisor con el receptor. La teoría de las antenas surge a partir de los desarrollos matemáticos de James C Maxwell, en 1854, corroborados por los experimentos de Heinrich R. Hertz, en 1887, y los primeros sistemas de radiocomunicaciones de Guglielmo Marconi en 1897.La primera comunicación transoceánica tuvo lugar en 1901, desde Cornualles a Terranova. En 1907 ya existían servicios comerciales de comunicaciones. Desde la invención de guglielmo hasta los años 40, la tecnología de las antenas se centró en elementos radiantes de hilo, a frecuencias hasta UHF. Inicialmente se utilizaban frecuencias de transmisión entre 50 y 100 kHz, por lo que las antenas eran pequeñas comparadas con la longitud de onda. A partir de la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron nuevos elementos radiantes, Una contribución muy importante fue el desarrollo de los generadores de microondas a frecuencias superiores a 1 GHz. En las décadas de 1960 a 1980 los avances en arquitectura y tecnología de computadores tuvieron un gran impacto en el desarrollo de la moderna teoría de antenas, Se espera un mayor avance a partir del año 2000. Los métodos numéricos se desarrollaron a partir de 1960 y permitieron el análisis de estructuras inabordables por métodos analíticos. Se desarrollaron métodos asintóticos de baja frecuencia y de alta frecuencia. En el pasado las antenas eran una parte secundaria en el diseño de un sistema, en la actualidad juegan un papel crítico. Asimismo en la primera mitad del siglo XX se utilizaban métodos de prueba y error, mientras que en la actualidad se consigue pasar del diseño teórico al prototipo final sin necesidad de pruebas intermedias. Una antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir ondas de radio la misma convierte la onda guiada por la línea de transmisión en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre o hacer en efecto contrario. Existen un conglomerado de tipo de antenas, pero la misma se puede dividir en 2 grandes tipo dependiendo de forma de radiación de las ondas electromagnéticas, que son las antenas omnidireccionales y direccionales. Las antenas omnidireccionales son aquellas que irradian un campo en todo su contorno. Las antenas direccionales son aquellas con la que es posible dirigir su campo de irradiación hacia uno o más lugares en forma instantánea dependiendo del concepto de cálculo y su forma de construcción. Para redundancia valga decir que una antena vertical es por naturaleza generalmente omnidireccional y antena horizontal tipo dos polos es por lo general direccional o directiva.

Dado que es una realidad que existen innumerables y variados tipos de antenas construidos por el hombre de las más variadas y diferentes propiedades tales como verticales, plano de tierra, cuadracúbicas, de alambre largo , yagis, dipolos plegados, doble Lazo, de período logarítmico colineales, doble zeppellin, parabólicas, rómbicas, etc. Los parámetros más importantes que caracteriza las antena son : ganancia, ancho de haz, directividad, resistencia de radiación, potencia de radiación, área efectiva, longitud efectiva, ancho de banda, densidad de potencia, la impedancia, eficiencia y polarización.

ANTENAS REFLECTORAS Los reflectores se encargan de focalizar las energías angulares, estos se encargan de concentrar la radiación de fuentes primarias, en general poco directivas, en una determinada dirección o región del espacio. Estos se ubican frente a un dipolo para convertir las ondas aproximadamente cilíndricas o esféricas en un frente de onda que puede ser considerado como plano sobre la apertura del reflector. Los reflectores se pueden clasificar en distintas geometrías como son: diedrico, parabólico, esférico y de bocina. Estos tienen las siguientes características: ● ● ● ●

Poseen diferentes ángulos de aperturas como son 90, 60,45. Elevada ganancia. Punto focal. Elevada direccionalidad. Los mismos han tenido gran aceptación en la comunicación vía satélite y se han dado diferentes aplicaciones entre la que se encuentran: ● ● ● ●

Antena de haz multi-alimentadas o de superficie conformada. Antenas reconfigurables. Antenas desplegables. Antenas inflables.

Reflector Diedrico Es un catadióptrico que consta de tres perpendiculares, intersección de superficies planas, lo que refleja las ondas electromagnéticas de vuelta hacia la fuente. A diferencia de un simple espejo, que trabajan para un campo relativamente amplio ángulo de visión. La intersección de tres superficies a menudo tiene formas cuadradas . Esta también se conoce como la esquina del cubo. Los reflectores y las lentes se colocan en frente de un radiador primario (dipolo, boca de guía, bocina), para convertir las ondas aproximadamente cilíndricas o esféricas generadas por el radiador primario en un frente de onda que puede ser considerado como localmente plano sobre la apertura del reflector. Este frente de onda es capaz de concentrar la radiación en un reducido sector angular del espacio y obtener así directividades elevadas. Una de las formas más simples de concentrar la radiación de una fuente primaria es mediante reflectores diédricos.

Principios Básicos De Operación Su estudio se realiza mediante la teoría de las imágenes, que permite analizar reflectores con b = 180º/n, donde n es un entero. Una configuración usual es el reflector en ángulo de 90°. La ubicación y sentido de las corrientes imágenes debe ser tal que su superposición asegure el cumplimiento de las condiciones de contorno sobre las paredes del diedro y en particular sobre el vértice central. Otra forma de interpretarlo es viendo que las imágenes 2 y 3 provienen de la reflexión simple en una cara del diedro, mientras que la imagen 4 proviene de la doble reflexión en ambas caras. También son habituales reflectores de 60°, que darían origen a 5 imágenes.

Estos siempre tienen un dipolo situado entre reflector que limitan las direcciones de la radiación. El ángulo entre los reflectores puede ser cualquier valor, pero en 90º parece ser el más eficaz. La disminución de los ángulos puede dar mejores resultados, pero sólo marginalmente. Podríamos considerar la placa plana como un caso límite. El campo eléctrico tangencial debe desaparecer en la superficie de las placas planas. Descubrimos una mayor restricción, ya que los campos sólo se pueden disminuir gradualmente en el espacio limitado entre los planos de tierra y el dipolo. La mayor parte de la energía se concentra en los modos de orden inferior esférica. En el límite de distancia de vértice cero, el único modo posible restringe el ancho del haz a 45º en el plano-H.

Los reflectores de 90 poseen la propiedad, cuando se utilizan como blancos pasivos, de que reflejan la potencia en la misma dirección de incidencia, lo que puede ser de interés en aplicaciones de radar o comunicaciones.

Para un diedro de 90° o recto, con un dipolo a λ/2 situado a una distancia d sobre el eje x y orientado según el eje z, la impedancia de entrada con generalización a 4 puertos de la matriz de impedancias:

por lo que si el dipolo radia

vatios su corriente puede ser escrita como:

y el campo se obtiene con la suma de 2 agrupaciones uniformes, ambas con espaciado de 2d, una según el eje x y otra sobre el eje y con identico espaciado, o equivalente de una agrupación plana de 2x2 elementos

Para un reflector diédrico de 90º, alimentado por un dipolo de media onda, situado a λ/2 de la arista, se obtienen las impedancias del dipolo y de sus imágenes mediante la gráfica, con el resultado

y una impedancia de entrada

La presente gráfica presenta el valor del campo en la dirección del eje x, producido por un dipolo más un reflector de paredes infinitas y se compara con los obtenidos para un diedro de paredes finitas y de dimensiones H= 0.7λ y l= λ.

Las ecuaciones de la ganancia de algunos diedricos se observan en la siguiente tabla:

Dimensiones geométricas Dada una frecuencia de 300MHz, calculamos la longitud del dipolo y las dimensiones del diedrico.

Lo que hace la longitud del dipolo a

/2 = 1.65m

La distancia de separación “s” seleccionada fue de

Para reducir la resistencia al viento ofrecida por el reflector solido se puede utilizar una parilla de alambres o conductores como los que se muestran en la figura anterior. El soporte entre los reflectores puede ser tanto un conductor como un aislante. La distancia de separación entre los alambres debe ser inferior a 0.1

, para este caso 0.1m.

El valor mínimo de longitud “L” es 2S; es decir 1m La longitud H de los reflectores para un dipolo a /2 debe ser igual o superior a , lo que con la frecuencia a la que estamos trabajando sería 0.6m; si esta distancia se hace inferior a los reflectores actuan como directores.

El gráfico ideal de esta antena es el siguiente:

Con una ganancia de 12.7dB.

Simulación