Antenna-Week 2012 (Spanish)

30 de Noviembre de 2012

Volumen 1, nº 1

Semana de Laboratorio de Pruebas en Antenas Antenas Aprovechar todas las ventajas que tiene la propagación electromagnética, es el objetivo del grupo de investigación PROPELA y el Laboratorio de Sistemas de Comunicaciones.

quier espectro en cualquier rango del electromagnetismo, dependiendo de su diseño podemos trabajar en el espectro adecuado para la transmisión de datos,

tros, que nos da la ventaja de tener multi-bandas con tan solo una antena, esto se debe a diseños fractales implementados tanto en antena dipolo como construidas en microcinta.

Pruebas en Antenas

Pruebas  Barrido de frecuencias  Variación de distancia al punto de emisión  Medición de Impedancias.  Patrón de Radiación  SWR (Standing Wave Ratio)

Este ultimo tipo de antenas últimamente muy explotadas por la industria de teléfonos móviles, ya que por su tamaño diminuto es usado en artefactos electrónicos muy compactos, esta revolucionando el mundo de la propagación electromagnética, ya que paso de objetos exteriores muy grandes a dispositivos diminutos.

Las antenas son dispositivos que nos permiten el manejo de cual-

Existen diseños también para trabajar en diferentes espec-

Este tipo de antena es muy utilizado por protocolos de redes sensoriales corporales externas, que nos permiten estar comunicados con todo tipo de mecanis-

P ruebas en UHF La Ultra High Frequency o en español Frecuencia Ultra Alta Tiene un rango de frecuencias entre 300 KHz a 3 GHz, muy comúnmente utilizado para trasmitir datos de video, voz y muchas otras aplicaciones, trabajan en línea fija ósea con un limite de distancia tanto inferior constituido por el campo lejano o zona de Fraunhoffer y el limite máximo dependiendo del tipo de protoco-

lo usado y de la potencia que se radia.

Este rango de frecuencia es ideal para experimentos didácticos, ya que el diseño de dichas antenas que trabajen en UHF no sobrepasan los 2 metros de diámetro, así facilitando la fabricación de estas y asiéndolas accesibles para que cualquier estudiante de Comunicaciones

Contenido: Antena Dipolo

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Antena V invertida

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Antena Yagi

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Antena Microstrip

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Antena Microstrip 2.4 GHz

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Antena Microstrip 1 GHz

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Trabajos futuro y contactos

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pueda trabajar con ellas.

Gracias a los equipos suministrados por el Laboratorio de Eléctrica y Electrónica se pudieron hacer dichas pruebas en varios tipos de antenas que se muestran y detallan a continuación.

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Semana de Laboratorio de Pruebas en Antenas

Antenas Dipolo Fig. 1: Antena V invertida

Este tipo de antena es la mas sencilla y popular que existe en el mercado de antenas, ya por su fácil modelado matemático como también por su estructura simple.

Este tipo de antena es un sistema balanceado ya que pose una estructura simétrica, ya que al conectarla a un sistema desbalanceado como es el coaxial, tenemos un problema en la señal recibida o enviada, para solucionar este problema se implemen-

“Incluya aquí una frase o una cita del artículo para captar la atención del lector”.

Fig. 2: Antena Yagi-Uda

ta un balun que se encarga de que no circule corriente de RF por la maya del coaxial y queden los sistemas de forma adecuada.

Existen diferentes formas de antenas en dipolo, comúnmente están constituidas con un tipo de alambre que tiene una forma especifica, conectando un extremo a un polo del balun y el otro al polo contrario.

Estas formas depende del tipo de diseño entre las mas comunes

están el dipolo simple, que consiste en un hilo conductor de media longitud de honda cortado a la mitad que en su centro se coloca la línea de transmisión, la V invertida muy parecida a la anterior pero sus brazos han sido doblados el mismo ángulo, dipolo doblado donde sus brazos doblados se juntan en el otro extremo, formando un tipo de figura, puede ser circular, cuadrada, etc. o una figura fractal.

Antena V invertida Esta antena pose los brazo doblados en un mismo ángulo y es muy importante tener las puntas perfectamente aisladas y lo mas lejos posible de tierra ya que podría inducir capacidades que alteran la frecuencia de resonancia.

MHz, se construyo este dipolo con los brazos doblados a 45 grados y aislados del suelo a la mitad dela longitud de onda.

El diseño de nuestra antena se baso en la frecuencia de 144

Después de la construcción se procede a tomar las pruebas,

El modelado matemático nos arroja que la longitud de cada brazo: 0.47 mts.

que nos da como resultado una impedancia de 80-j35, un SWR de 1.8, como se espero el barrido de frecuencia forma un pico en 144 MHz, en donde recibimos una potencia de –36 dbm.

En la figura 1 se ilustra la antena construida.

Antena Yagi-U da Este tipo de antena esta formada por un dipolo doblado comúnmente de forma ovalada y elementos parásitos, conocidos como reflector y directores.

Posee la propiedad de direccionalidad y un aumento de ganancia comparada con un dipolo solo. gracias a sus objetos parásitos.

En el laboratorio de Electrónica y Eléctrica de la sede, nos proveo de una antena Yagui para una frecuencia de 200 MHz. En la cual se hicieron todas las pruebas. Se encontró una impedancia de 75 Ohm, con un SWR de 1.5, como se esperaba del barrido de frecuencia tenemos un pico en los 200 MHz con una potencia de –31 dbm.

Estas pruebas se realizaron en campo abierto sujetas a mucha clase de ruidos e interferencias.

Ya que los 200 MHz es una frecuencia comúnmente utilizada para trasmitir la señal electromagnética de nuestros televisores.

En la figura 2 se muestran los elementos con los que se trabajo.

Volumen 1, nº 1

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Antenas M icrostrip Una antena microstrip es un parche conductor que presenta por su tamaño y complejidad de construcción múltiples ventajas, pero a su vez carece de algunas como limitación de potencia entre otras.

Su diseño se adecua de forma que la estructura disipe la potencia en forma de radiación Para diseñar una antena microstrip se deben tener en cuenta el método de Balanis, Benalla y Bhartua, que presentan diversas

formas de hacerlo, también se debe tener mucho cuidado en el momento es que se escoge el tipo de alimentación que se va usar para la antena, ya que esto puede incrementar la eficiencia pero a su vez también causa una construcción mas compleja, por la tal razón hay que encontrar un equilibrio.

Cuando se tiene ya claro la forma en que se va a construir la antena se busca el mejor método para hacer el análisis tomando

como criterio la complejidad, reducción en los costos, como es el caso del modelo de línea de transmisión y el de cavidades.

Basándonos en el método de Benalla de forma cuadrada con cavidades se diseñaron las siguientes antenas.

Antena M icrostrip de 1. 0 GH z La facilidad de construcción de este tipo de antenas hace de esta tecnología la mas viable para la propagación en frecuencias UHF, gracias a su forma compacta como a su precio.

La construcción de esta antena esta basada en un anterior proyecto de grado de la universidad nacional de Colombia, lo que se

pretendía en esta entrega es hacer la pruebas en dos antenas con las mismas características, arrojándonos estas pruebas un alto índice de ganancia cuando estaban alineadas horizontalmente. La ganancia en decibeles arrojo para el limite de la zona de Franhoufer –21 dbm, lo cual es muy útil frente a otras tecno-

logías, el SWR fue de 1.4 haciendo de este un excelente sistema, la impedancia de esta antena es de 75 Ohms.

Las características físicas de la antena se muestran en la figura3.

Antena M icrostrip de 2 .4 GH z Esta antena como la anterior también se hicieron los cálculos y se diseño adecuadamente, pero tiene una singularidad y es que nos permite configurar el numero de parches ya sea de 4, 8, 12 o 16. este se hizo para poder medir el patrón de radiación con cada parche así mirar la diferencia entre la cantidad de parches activos.

Las pruebas fueron exitosas al describir que entre mas parches tenga la antena la ganancia es mucho mas alta al igual que la direccionalidad y disminución leve de los lóbulos laterales, haciendo muy efectiva esta antena para el uso de wifi o algún otro dispositivo de este rango de frecuencia.

Fig. 4: Microstrip 1.0 GHz

“Incluya aquí una frase o una cita del artículo para captar la atención del lector”.

Fig. 3: Microstrip 2.4 GHz

Las pruebas arrojaron los siguientes resultados para 4, 8, 12 y 16 parches respectivamente: SWR: 1.8—1.8—1.7—1.6, Ganancia en dbm: -21, - 21.5, -21, -20.

La impedancia no vario mucho se mantuvo en 75 Ohms

Pruebas en Antenas PROPELA es un grupo de investigación, centrándose en el desarrollo de métodos, elementos y técnicas aplicadas a la zona de reproducción utilizada.

La investigación no sólo se dirige a la ciencia electromagnética, por otra parte, este grupo está trabajando en las siguientes áreas:

www.manizales.unal.edu.co/ sites.google.com/a/unal.edu.co/propela/

- Propagación de paquetes de datos (tráfico) - Propagación térmica (Termografía) - Propagación de la Luz A (fibra óptica) - Propagación de la luz B (Perceptual Evaluación de la Calidad de imagen ) - Propagación Biológica (Bio-inspirados en sistemas y modelos)

Laboratorio de Electricidad y Electrónica.

Sala Comunicaciones V-107 Universidad Nacional de Colombia—Sede Manizales Teléfono: (096) 8870300 Extensión: 55791 Correos: jcgarciaa@unal.edu.co propela.unal.edu.co@gmail.com

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