Diseño de antenas para el servicio de telefonía celular en Cuba

Texto completo

(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA. “Diseño de Antenas para el Servicio de Telefonía Celular en Cuba.”. Autor: Omar Marrero Pereira Tutor: Ing. Fidel Pérez Pérez Consultante: DrC. Ing. Roberto Jiménez Hernández. Santa Clara 22001100 ““A Aññoo ddeell 5522 ddee llaa RReevvoolluucciióónn””.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA “Diseño de Antenas para el Servicio de Telefonía Celular en Cuba.” Autor: Omar Marrero Pereira E-mail: omar@uptcer.co.cu Tutor: Ing. Fidel Pérez Pérez Empresa de ANTENAS VC. E-mail: fidel@antenasvc.co.cu Consultante: DrC. Ing. Roberto Jiménez Hernández E-mail: jimenez@uclv.edu.cu. Santa Clara 22001100 Aññoo ddeell 5522 ddee llaa RReevvoolluucciióónn” “A.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. _________________ Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. ______________. __________________________. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. _________________________ Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) PENSAMIENTO. El futuro tiene muchos nombres. Para los débiles es lo inalcanzable. Para los temerosos, lo desconocido. Para los valientes es la oportunidad.. Víctor Hugo.

(5) DEDICATORIA. Les dedico todo mi esfuerzo a aquellas personas que siempre confiaron en mí y creyeron que este día fuera posible. A mis hijos Amanda, Amalia, Omar Alessandro por formar parte de mi vida Ami hermano que me ha acompañado en toda la vida A mi esposa por compartir cada momento difícil y por ser parte importante en mi formación profesional.. i.

(6) AGRADECIMIENTOS. Quisiera agradecerle en primer término a la Revolución por haberme dado la oportunidad de estudiar en este prestigioso Centro de Enseñanza Superior. A mi tutor Ing.Fidel Pérez Pérez por moldear cada idea, por ser parte del sustento y el motor propulsor de este trabajo. A todos mis compañeros un agradecimiento especial por haberme ayudado cuando mas lo necesitaba, ninguno me dio la espalda. Se hace necesario mencionar a Cesar, Luisito, José Antonio y, Yulieski Daniel, Ana Virgen que fueron incondicionales sin demeritar los demás que también jugaron un papel fundamental, a ellos un gran abrazo. No se puede jamás olvidar la valiosísima ayuda que me dió ese excelente amigo que siempre me ha admitido como un hijo, que es el Doctor Roberto Jiménez Hernández, a el, mi eterno agradecimiento.. ii.

(7) TAREA TÉCNICA 1. Revisión bibliográfica acerca del estado de los diseños y fabricación de antenas para telefonía móvil. 2. Estudio de las. tecnologías que se implementan a nivel mundial. y en especial del. equipamiento que se está instalando en el país. 3. Análisis a través de la simulación, usando el paquete utilitario 4NEC, para lograr un prototipo efectivo que culmine en las líneas de producción en nuestra industria. 4. Validación del prototipo simulado a través de la medición de las características de radiación e impedancia. 5. Redacción del informe final.. _____________________ Firma del Autor. _____________________ Firma del Tutor. iii.

(8) RESUMEN El presente trabajo se centrará en el diseño de antenas para cubrir las necesidades de las nuevas instalaciones de radiobases de telefonía móvil y a su vez, el recambio de las existentes en casos de averías o roturas. Esto traería consigo un ahorro en las importaciones a la compra de este sistema de radiación, que como se sabe, son bastante caros en el mercado internacional, teniendo en cuenta además, la situación que atraviesa el mundo en el plano económico, y que nuestro país no esta exento de este fenómeno donde en estos momentos el ahorro en las importaciones es una vía fundamental para sustentar la economía interna.. iv.

(9) TABLA DE CONTENIDOS DEDICATORIA…………………………………………………………………………...... i. AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………………... ii. TAREA TÉCNICA………………………………………………………………………….. iii. RESUMEN…………………………………………………………………………………... iv. Introducción……………………………………………………………………. 1. CAPITULO 1. Tendencia de los diferentes sistemas de la Telefonía Móvil en el mundo. 1.1 La telefonía móvil. Sus orígenes……………………………………………………….... 3. 1.2 Sistemas de telefonía móvil en el mundo. Avances tecnológicos………………………. 4. 1.2.1 3G – Tercera Generación: El Momento Actual……………………………………….. 4. 1.2.2 4G- Cuarta Generación: El Futuro…………………………………………………….. 5. 1.3 Antenas inteligentes………………………………………………................................... 5. 1.4 Estación Base de Telefonía Móvil (BTS)…………………………………………….... 6. 1.4.1 Características de la Estación Base……………………………………………………. 7. 1.4.2 Componentes de una Estación Base…………………………………………………... 7. 1.4.3 Sistemas de radiación de las BTS: Las Antenas……………………………………... 7. 1.4.4 Tipos de antenas que se implementan en estos sistemas…………………………….... 8. 1.5 Arreglos de Antenas……………………………………………………………………... 9. 1.6 Implementos de radiación en el Mercado Mundial……………………………………... 12. v.

(10) 1.7 La telefonía móvil en Cuba……………………………………………………………... 13. 1.8 Implementos de radiación y posibilidades de la fabricación en nuestras empresas…….. 14. CAPITULO 2. Aplicación de las herramientas de análisis para aplicar al elemento de antena que se implementan en los servicios. 2.1 Búsqueda de prototipos que respondan a las necesidades presentadas………………….. 16. 2.2 Elección del prototipo de antenas para Radiobases (BTS)……………………………. 17. 2.3 Adaptador de impedancia “Balun”………………………………………………………. 18. 2.4 Software implementado para el diseño de antenas…………………………………….... 20. 2.5 Procesos de análisis con el paquete utilitario 4nec…………………………………….... 20. 2.5.1 Diseño y simulación la antena Franklin sin reflector a 914 MHz………………….. 20. 2.5.2 Diseño y simulación la antena Franklin con reflector a 914 MHz………………….. 24. 2.5.3 Corrida de frecuencia en el rango de 879.000 MHz hasta 959 MHz…………………. 28. 2.5.4 Simulación de la antena Franklin con reflector a 879 MHz……………………….. 29. 2.5.5 Simulación la antena Franklin con reflector a 959 MHz………………………….... 30. CAPÍTULO 3. Construcción del prototipo y su validación 3.1 Introducción……………………………………………………………………………... 33. 3.2 Construcción mecánica de la antena…………………………………………………….. 33. 3.3 Mediciones de la pérdida por retorno………………………………………………….... 34. 3.4 Proceso de medición del patrón de radiación……………………………………………. 37. 3.5 Comparación entre los resultados simulados y medidos………………………………... 39. vi.

(11) 3.5.1 Mediciones del patrón de radiación horizontal a 879 MHz…………………………... 39. 3.5.2 Mediciones del patrón de radiación horizontal a. 914 MHz…………………………. 39. 3.5.3 Mediciones del patrón de radiación horizontal a 959 MHz…………………………. 40. 3.5.4 Mediciones del patrón de radiación vertical a 879 MHz……………………………... 41. 3.5.5 Mediciones del patrón de radiación vertical a 914 MHz………………………….... 41. 3.5.6 Mediciones en el patrón de radiación vertical 959 MHz…………………………….. 42. 3.6 Repercusión económica del trabajo……………………………………………………... 43. Conclusiones……………………………………………………………………………….... 44. Recomendaciones……………………………………………………………………………. 44. Referencias bibliográficas………………………………………………………………….... 45. Anexos………………………………………………………………………………………. 46. vii.

(12) Introducción Con el desarrollo a nivel mundial de las telecomunicaciones y el avance vertiginoso de la telefonía móvil, fundamentada en su alta operatividad y bajo costo, las Empresas de Telecomunicaciones se han proyectado en la instalación de sistemas de radiobases o células, lo cual. facilitaría una mayor cobertura, mejorando. la calidad de. servicio,. incrementando así, la cantidad de usuarios. Como sabemos ETECSA es la Empresa encargada de proveer los servicios de telecomunicaciones en todo el país. La misma, durante su existencia (desde 1994), no ha estado a espalda de estos avances. por lo que, entre sus objetivos en el campo de las. telecomunicaciones, se ha trazado como proyecto fundamental, el aseguramiento operativo de la telefonía celular. Ha realizado un notable esfuerzo en la modernización y ampliación de estos sistemas. Para ello, es necesario contar con una de las tecnologías que en la actualidad se cotiza en el mercado mundial a altos precios, como son los sistemas de radiación de las estaciones radiobase de telefonía móvil,. además,. tomando en. consideración que estos medios están expuestos al contacto directo de la actividad erosiva de la naturaleza, se va degradando su estado físico, y así en su conjunto, el sistema. Este trabajo tiene una aplicación específica y de gran importancia, ya que abre el camino a la Empresa de Antenas de Villa Clara en la construcción futura de estos implementos de radios bases de la telefonía celular, lo cual ahorraría al país la importación de estos medios desde el exterior. El prototipo de antenas que se pretende analizar en este trabajo de diploma debe cumplir con los requisitos específicos, tanto constructivos como electromagnéticos que aseguren un sistema de comunicaciones para la norma establecida en nuestro país. OBJETIVO GENERAL: Estudio y análisis para el diseño de antenas que satisfagan el aseguramiento logístico de de los servicios de la telefonía móvil celular. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 1. Analizar que tecnologías se implementan a nivel internacional en materia de sistemas de radiación para la telefonía móvil. 2. Analizar mediante el uso de distintos SOFTWARE de diseño, algunas antenas de telefonía celular.. 1.

(13) 3. Implementar un prototipo de antena una vez que sea analizado por los resultados de simulación. 4. Validar los resultados de la simulación por valores medidos experimentalmente.. ESTRUCTURA DEL TRABAJO El trabajo tiene tres capítulos. El primer capitulo: Tendencia de los diferentes sistemas de la Telefonía Móvil en el mundo. Se aborda el tema con carácter tecnológico, los avances en este campo de la telefonía móvil en el mundo y en Cuba en especial acerca de los sistemas de radiación que se implementan internacionalmente y en nuestro país. El segundo capítulo: Aplicación de las herramientas de análisis para lograr la validación del elemento de antena que se implementaría en los servicios. Se procederá a la selección de la herramienta especifica, su utilización debe llevar a resultados positivos, que garanticen la continuidad del trabajo en cuestión ,el diseño y la simulación de un prototipo de antena que reúna las características de radiación e impedancia para el desempeño de la telefonía móvil en Cuba. El tercer capítulo: Construcción del prototipo y su validación. Una vez realizados los resultados de simulación de la antena seleccionada, se fabrica un prototipo y se valida con las mediciones experimentales.. 2.

(14) CAPITULO 1. Tendencia de los diferentes sistemas de la Telefonía Móvil en. el mundo. 1.1 La telefonía móvil. Sus orígenes. La telefonía móvil usa ondas de radio para poder ejecutar las operaciones desde el móvil a la base, ya sea llamar, mandar un mensaje de texto, etc., y esto es producto de lo que sucedió hace algunas décadas. El teléfono móvil se remonta a los inicios de la Segunda Guerra Mundial, donde ya se veía que era necesaria la comunicación a distancia, es por eso que la compañía Motorola creó un equipo llamado Handie Talkie H12-16, que es un equipo que permite el contacto con las tropas vía ondas de radio cuya banda de frecuencias en ese tiempo no superaban los 60 MHz...Este fue el inicio de una de las tecnologías que más avances tiene, aunque continúa en la búsqueda de novedades y mejoras. Durante ese periodo se comenzaron a perfeccionar y amoldar las características de este nuevo sistema revolucionario que permitía comunicarse a distancia. Fue así que en los años 1980 se llegó a crear un equipo que ocupaba recursos similares a los Handie Talkie pero que iba destinado a personas que por lo general eran grandes empresarios y debían estar comunicados, es ahí donde se crea el teléfono móvil y marca un hito en la historia de los componentes inalámbricos ya que con este equipo podría hablar a cualquier hora y en cualquier lugar. Con el tiempo se fue haciendo más accesible al público la telefonía móvil, hasta el punto que cualquier persona normal pudiese adquirir un terminal. Y es así como en los actuales días el teléfono móvil es uno de los objetos más usados. En 1981 el fabricante Ericsson lanza el sistema NMT 450 (Nordic Mobile Telephony 450 MHz). Este sistema seguía utilizando canales de radio analógicos (frecuencias en torno a 450 MHz) con modulación en frecuencia (FM). Era el primer sistema del mundo de telefonía móvil tal como se entiende hoy en día. (1). 3.

(15) 1.2 Sistemas de telefonía móvil en el mundo, Avances Tecnológicos. Definimos telefonía móvil como aquél sistema de transmisión el en cuál el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no tiene cables, y que le permite pues gran movilidad y localización en la zona geográfica donde se encuentre la red. Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un territorio a través de diversas estaciones base, cada una de estas áreas de cobertura se denomina célula (normalmente son hexagonales). Con este sistema, al dividir el territorio, se evita el problema de la restricción del ancho de banda, pues se podrá transmitir en diferentes frecuencias que no están ocupadas en otras nuevas células. Han existido varias generaciones tecnológicas, donde nos detendremos algo en las últimas, por ser las actuales. (2) 1.2.1 3G – Tercera Generación: El Momento Actual. 3G nace de la necesidad de aumentar la capacidad de transmisión de datos para poder ofrecer servicios como la conexión a Internet desde el móvil, la videoconferencia, la televisión y la descarga de archivos. En este momento el desarrollo tecnológico ya posibilita un sistema totalmente nuevo: UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), que utiliza la tecnología CDMA, lo cual le hace alcanzar velocidades realmente elevadas (de 144 Kbps hasta 7.2 Mbps, según las condiciones del terreno).Ha sido un éxito total en el campo tecnológico pero no ha triunfado excesivamente en el aspecto comercial. Se esperaba que fuera un bombazo de ventas como GSM pero realmente no ha resultado ser así ya que, según parece, la mayoría de usuarios tiene bastante con la transmisión de voz y la transferencia de datos por GPRS y EDGE. Gracias a los esfuerzos de desarrollo desplegado en la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) por todo la comunidad inalámbrica, la telefonía móvil esta a punto de cambiar. Es la hora del Internet móvil y los videos conferencias inalámbricas. Las comunicaciones celulares de tercera generación para los operadores y para los fabricantes de equipo de servicios inalámbricos representan la próxima iteración de los sistemas digitales de hoy.. 4.

(16) Los sistemas de primera Generación hicieron su aparición en 1979, eran del tamaño de un ladrillo y se caracterizó por ser analógica y estrictamente para voz. La calidad de los enlaces de voz era muy baja, baja velocidad [2400 bauds], la transferencia entre celdas era muy imprecisa, tenían baja capacidad y la seguridad no existía.. 1.2.2 4G- Cuarta Generación: El Futuro. La generación 4 Generación o 4G será la evolución tecnológica que ofrecerá al usuario de telefonía móvil un mayor ancho de banda que permitirá, entre muchas otras cosas, la recepción de televisión en Alta Definición.Hoy en día no hay ningún sistema de este nivel que esté claramente definido, pero a modo de ejemplo podemos echar un vistazo a los sistemas LTE (Long Term Evolution). (3). 1.3 Antenas inteligentes Son antenas que combinan múltiples elementos con un procesador de señal capaz de optimizar automáticamente la radiación o el patrón de recepción. Las hay de dos tipos: •. las de haz conmutado, con un número finito de patrones predefinidos o estrategias de combinación (Antenas sectoriales) ( Ver la figura 1.1 ). •. las de arreglos o conjuntos adaptativos o configuración de haz, más avanzadas, que cuentan con un número infinito de patrones de iluminación (dependiendo del escenario) y ajustan el diagrama radiante y los nulos en tiempo real. ( Ver la figura 1.2). Fig. 1.1 Antena Sectorial. Fig. 1.2 Antena Inteligente. 5.

(17) Las antenas de arreglos adaptativos mejoran la recepción de la señal y minimizan las interferencias, dando una ganancia mejor que las antenas convencionales. Este tipo de antenas permiten direccionar el haz principal, y/o configurar múltiples haces, así como generar nulos del diagrama de radiación en determinadas direcciones que se consideran interferentes. Con ello se aumenta la calidad de la señal y se mejora la capacidad por la reutilización de frecuencias. Son aplicables a casi todos los protocolos y estándares inalámbricos (comunicaciones móviles, WLL, WLAN, satélite, etc.). Es una tecnología con un excelente potencial para aumentar la eficacia del uso del espectro en comparación con los sistemas radiantes tradicionales. Con un control inteligente de la iluminación de la antena se puede ampliar la capacidad y la cobertura de las redes móviles. (4).. Patrones de radiación - Configuración del haz Está formado por un conjunto de elementos radiadores cuyas señales se suman y forman un determinado patrón de radiación o iluminación. Cambiando la magnitud y fase de los elementos individuales se puede modificar la forma del patrón de iluminación, fenómeno que se conoce como "haz conformado" . En este tipo de sistemas radiantes se busca tener el máximo de señal en la dirección deseada, y simultáneamente conseguir "nulos" en la dirección de las emisiones indeseadas. Por tanto, la antena se puede ajustar para que tenga una alta sensibilidad a las señales de un determinado usuario y que tenga menos a las de otros usuarios. Las antenas inteligentes que estamos tratando en este artículo incorporan unos procesadores para poder de variar dinámicamente el patrón radiante. 1.4 Estación Base de Telefonía Móvil (BTS). En comunicaciones por radio, una estación base es una instalación fija de radio para la comunicación bidireccional. Se usa para comunicar con una o más radios móviles o portátiles. Las estaciones base normalmente se usan para conectar radios bidireccionales de baja potencia, como por ejemplo, la de un teléfono móvil, un teléfono inalámbrico o una computadora portátil con una tarjeta WiFi. La estación base sirve como punto de acceso a 6.

(18) una red de comunicación fija (como la Internet o la red telefónica) o para que dos terminales se comuniquen entre sí yendo a través de la estación base. En el contexto de la telefonía móvil, una estación base dispone de equipos transmisores/receptores de radio, en la banda de frecuencias de uso (900 / 1800 MHz) que son quienes realizan el enlace con el usuario que efectúa o recibe la llamada(o el mensaje) con un teléfono móvil. Las antenas utilizadas suelen situarse en lo más alto de la torre (si existe), de edificios o colinas para dar una mejor cobertura y son del tipo dipolo. Normalmente, está compuesta por un mástil al cual están unidas tres grupos de una o varias antenas equidistantes. El uso de varias antenas produce una diversidad de caminos radioeléctricos que permite mejorar la recepción de la información. (5) 1.4.1 Características de la estación base. Una Estación Base es el primer eslabón en la conexión entre un teléfono móvil y otro teléfono, ya sea fijo o móvil. Su principal función es la de proporcionar: > Cobertura: para que desde cualquier punto podamos establecer una llamada. > Capacidad: para poder dar servicio al mayor número de personas con la máxima calidad. Debe de ponérsele especial atención en el diseño de las ubicaciones de nuestras antenas para. comunicaciones. móviles,. asegurando. así. niveles. reducidos. de. emisión. electromagnética y el mejor impacto medioambiental posible, siempre dentro de los límites establecidos por la legislación vigente.. 1.4.2 Componentes de una Estación Base: > Antenas y parábolas. > Casetas prefabricadas, cuarto habilitado en el inmueble o equipos de intemperie. > Mástil o torre. 1.4.3 Sistemas de radiación de las BTS: Las Antenas Las antenas de estación base pueden ser omnidireccionales, como muestra la figura 1.3 directivas, como muestra la figura 1.4 o con un patrón de radiación especial otorgando este último tipo a la antena, un margen de cobertura específico, como muestra la figura 1.5.. 7.

(19) Fig. 1.3 Antenas omnidireccionales Utilizadas en la mayoría de los casos para la comunicación entre unidades móviles cuando el posicionamiento en relación a la antena de base es impredecible.. Fig. 1.4 Antenas directivas Las antenas directivas se utilizan para cubrir un área donde la recepción de la señal queda limitada a una zona determinada.. Fig. 1.5 Antenas con patrón de radiación personalizado Las antenas con características directivas personalizadas se utilizan para cubrir un área, posiblemente asimétrica, con delimitaciones muy precisas con el fin de no producir o recibir interferencias de otros sistemas de radio. (6) 1.4.4 Tipos de antenas que se implementan en estos sistemas 1-Antenas omnidireccionales. 2. Antenas Direccionales. 3. Antenas Sectoriales: Las más usadas son la combinación de las antenas direccionales y las omnidireccionales. Las antenas sectoriales emiten un haz más amplio que una direccional pero no tan amplio 8.

(20) como una omnidireccional. El alcance de la antena sectorial es mayor que el alcance de la omnidireccional, pero algo menor que el de la direccional. Siguiendo con el ejemplo de la luz, una antena sectorial sería como un foco de gran apertura, es decir, con un haz de luz más ancho de lo normal. Para tener una cobertura de 360º (como una antena omnidireccional) y un largo alcance (como una antena direccional) deberemos instalar tres antenas sectoriales de 120º ó 4 antenas sectoriales de 90º. (7) 1.5 Arreglos de Antenas Los sistemas de comunicaciones móviles celulares actuales demandan mayor capacidad de servicios debido al incremento constante del número de usuarios. Como una alternativa en la solución de este problema, la tecnología abre una vertiente relacionada a la antena, dando lugar al empleo de arreglos o agrupaciones de antenas. Con el uso de un solo elemento de antena se tiene una capacidad de transmisión y recepción limitada, pero al utilizar más de un elemento se mejora la transmisión y recepción de las señales. En un arreglo de antenas, el campo total radiado es la suma de los campos individuales de cada elemento; si se requieren patrones de radiación directivos, es necesario que la sumatoria fasorial de los campos de cada elemento interfiera convenientemente en la dirección deseada y se minimice en todas las direcciones restantes. Los elementos de un arreglo lineal de antenas se encuentran sobre una línea recta los cuales, al interactuar en conjunto, forman el diagrama de radiación del arreglo. Conociendo los parámetros que caracterizan el diagrama de radiación se pueden seleccionar los elementos para un arreglo lineal de antenas deseado. Parámetros como directividad, ganancia, diversidad, acoplamiento mutuo, dirección del haz principal, geometría y número de elementos de antena se deben considerar en el diseño de conjuntos de antenas. En este trabajo de investigación se proporciona una evaluación de parámetros altamente sensitivos al desempeño de sistemas basados en antenas inteligentes. En los últimos años, la demanda de nuevos servicios en comunicaciones móviles ha ido más allá de las expectativas creadas. Estos sistemas enfrentan retos muy serios en cuanto a su capacidad de manejo de tráfico heterogéneo (voz, datos y video), es decir, servicios que van más allá del clásico tráfico de voz de los sistemas actuales. Los sistemas de comunicaciones móviles celulares actuales deben tener la capacidad para dar servicio a un 9.

(21) mayor número de usuarios y sobretodo asegurar una calidad de servicio (QoS) al menos con las mismas características que los sistemas cableados de alta capacidad, tal como ATM. Arreglos de Antenas. Concepto. Un arreglo es un conjunto de antenas, todas ellas alimentadas desde unos terminales comunes, que radian o reciben en determinadas direcciones, las cuales pueden ser predeterminadas. Los elementos de un conjunto son alimentados con magnitudes y fases adecuadas, de modo que los campos radiados por el conjunto proporcionan el patrón deseado, como muestra la figura 1.6. El empleo de conjuntos permite siempre obtener, con el uso de reflectores, diagramas unidireccionales estrechos,. imposibles de conseguir. mediante distribuciones continuas de corriente lineales, por el carácter de onda estacionaria que toma de forma natural dicha corriente que da lugar a diagramas multilobulados. Esto sucede principalmente en VHF y UHF, con antenas de varias longitudes de onda de dimensión eléctrica donde es muy difícil obtener diagramas unidireccionales con distribuciones continuas de corriente y la única solución es el empleo de conjunto.. Fig. 1.6 Principio de multiplicación de Diagramas. 10.

(22) El patrón de radiación es el producto del patrón del elemento y del factor del conjunto. La polarización del campo total radiado depende sólo de los elementos utilizados. (F A es un valor escalar). El principio de multiplicación de patrones permite analizar por inspección cómo influye la geometría del conjunto y la ley de excitación sobre el patrón de radiación resultante. Atendiendo a su geometría los conjuntos, estos se clasifican en: Lineales: Los elementos se sitúan a lo largo de una recta • Uniformes (Equiespaciados). • No uniformes. Planares: Los elementos se sitúan sobre un plano. • Circulares. • Reticulares. Tridimensionales (volumétricos): • Semiesféricos. • Conformados. Los conjuntos de las antenas sectoriales se construyen bien con dipolos o con parches (situados a lo. largo de una línea vertical) enfrentados y separados λ/4 de un reflector en. forma de cuenco más o menos ancho para conformar el haz a la anchura apropiada (entre 60º y 90º) en el plano horizontal.. El patrón en el plano vertical, con los elementos. alimentados en fase, es de tipo broadside, como muestra la figura 1.7.. 11.

(23) Fig. 1.7 Conjuntos Broadside La mayoría de los estudios realizados hasta el momento respecto a las antenas inteligentes, se basa en arreglos lineales uniformes (ULA). (8) 1.6 Implementos de radiación en el Mercado Mundial. En el mundo contemporáneo existen empresas que dentro de sus líneas de producción se encuentra. la. fabricación. de. antenas. paneles. para. diferentes. ramas. de. las. radiocomunicaciones, entre ellas, el servicio de telefonía móvil. Las industrias de los implementos de radiación cada día se desarrollan más en diversidad,. requiriendo de. diferentes servicios que ofrece el espectro radioeléctrico. KATHREIN MOVILCOM BRASIL (integrante del GRUPO KATHREIN) (Ver la figura 1.8) es el más antiguo fabricante de antenas. Ofrece desde hace muchos años sistemas de radiación para una gran diversidad de aplicaciones. Es asegurada de acuerdo con las normas ISO 9001 e ISO 14001, con la certificación del organismo internacional.. Su línea de productos es amplia,. existiendo diferentes catálogos para su uso. (Anexo 1). 12.

(24) Fig. 1.8 Empresas productoras de antenas para la telefonía celular en el mundo. ANDREW, ERI – Eletronics Research Inc. y SPINNER consolidan su parcería con KATHREIN MOBILCOM BRASIL, para el mercado de Radiodifusión de América del Sur. Con estas estratégicas KATHREIN tiene un fundamento sólido para aumentar la suya extensa participación en el mercado Sudamericano. Especialmente en Brasil, muchos proyectos exigen una solución amplia de un Sistema Radiante completo, ofrecido por un único proveedor, evitando la incompatibilidad de conexión física y/o eléctrica. De esta forma, KATHREIN suministra los Sistemas Radiantes incluyendo combinadores, paneles conmutadores, líneas rígidas, filtros, cables coaxiales a aire, antenas con polarización circular, elíptica, horizontal y vertical para FM y UHF, diversificados de acuerdo con la demanda de los clientes y sus proyectos, con soluciones para todas las aplicaciones. 1.7 La Telefonía Móvil en Cuba La telefonía móvil en Cuba se inició en el año 1991, a través de la empresa estatal CUBACEL S.A. en la norma TDMA (800 MHz) con cobertura nacional. En 2001 comenzó a prestarse servicio en la norma GSM (900 mhz) a través de la Empresa de Telecomunicaciones del Caribe (C-COM). En el año 2004 se fusionan las dos empresas quedando todos los servicios de telefonía móvil a cargo de CUBACEL que pertenece a la vicepresidencia de telefonía móvil de ETECSA (la empresa estatal cubana de telecomunicaciones).En 2005 se establecen 25 nuevos acuerdos de roaming internacional, alcanzando la cifra de 238.La extensión de los servicios de telefonía celular ha sido vertiginosa en los años 2007 y 2008. No obstante, se labora por seguir acercándolos cada vez más a la población. La cobertura de la norma GSM (900mhz) alcanza alrededor del 80% del territorio nacional. Cada vez es más frecuente ver a los cubanos por las calles portando algún teléfono celular y hablando por este, aunque 13.

(25) brevemente, lo cual derrumba poco a poco mitos y prejuicios hacia una tecnología que ha revolucionado el mundo de las telecomunicaciones. Al cierre del primer trimestre del 2010 se registraban en Cuba un total de 347 de células o radiobases y 950 861 líneas celulares activas. Cubacel, ofrece servicios de telefonía celular con cobertura nacional en las normas GSM y TDMA. La misma opera en las frecuencias 850/900 MHz en la tecnología GSM y 800 MHz en la TDMA. La banda de los 850MHz (GSM) ha sido activada recientemente por Cubacel y está disponible en Ciudad La Habana, Varadero y los Cayos Coco y Guillermo. Gracias a acuerdos de roaming internacional que la empresa tiene con socios internacionales es posible utilizar en Cuba teléfonos celulares de casi cualquier parte de Europa, América y parte de Asia. Además, es posible comprar o alquilar un aparato a la hora de contratar los servicios de telefonía celular. 1.8 Implementos de radiación y posibilidades de la fabricación en nuestras empresas. En los últimos años Cuba ha experimentado un crecimiento vertiginoso en el uso de telefonía celular, durante el primer trimestre del 2010 se evidenció un crecimiento del 1.4. % en el número de suscriptores, totalizando 19 000 suscriptores registrados. Casi todos los elementos que conforman la plataforma tecnológica que soporta los sistemas de radiación de las radiobases en el país son importados bajo el sello de KATHREIN. Nuestro país invierte en cada módulo un total de USD 2160.000. Para el sistema GSM 900 el modelo más implementado es el 730-368. (Anexo 2) Motivado en esta situación la Empresa de Antenas Villa Clara se ha proyectado en el desarrollo de prototipos de estos implementos de telecomunicaciones, que puedan ser utilizados en el mercado interno del país para ser fabricados en masa, generando así, fuentes de empleos y soberanía tecnológica, y que en gran medida contribuyan a un ahorro en las importaciones por este concepto. Actualmente existe una mesa de cooperación entre ANTENAS VC y UCLV en esta área. El prototipo de antenas sectoriales que se pretende implementar está acorde con los estándares de operación utilizados por ETECSA. 14.

(26) Las antenas sectoriales que se investigan en la UCLV, son basadas en tecnología de conjuntos de elementos lineales uniformes, con reflectores planos incorporados, que consiste en guiar y radiar ondas electromagnéticas mediante elementos alimentados resonantes a la frecuencias de trabajo tomando en consideración el factor de arreglo de dicho conjunto. En general, la estructura de la antena consiste básicamente en radiadores, dieléctricos, líneas de RF y un plano de tierra. Los modelos de análisis deben de presentar un patrón de radiación simulado que abarca aproximadamente 120 grados de cobertura en el plano azimutal, por lo que con un arreglo de 3 de estas antenas se pueden cubrir 360 grados de emisión.. 15.

(27) CAPITULO 2. Aplicación de las herramientas de análisis para aplicar al elemento de antena que se implementaría en los servicios. 2.1 Búsqueda de prototipos que respondan a las necesidades presentadas. En concordancia con las investigaciones realizadas en sistemas de antenas de la telefonía móvil en el mundo se pretende implementar uno o varios prototipos de antenas que respondan a los patrones de radiación de estándar internacionales para estos servicios, en este caso se trataría de lograr un prototipo que responda a esta exigencias, que irradie una cardioide con patrón de radiación en el plano H: 65º -90º grados y en el plano E: 10º-15º grados como aparece en la figura 2.1.. Fig. 2.1 Patrón generado por las antenas panel de telefonía móvil en el mundo. Las antenas mas utilizadas son las del tipo panel, conformada interiormente por un conjunto de elementos lineales “dipolos” ubicados de forma vertical sobre el eje Z, estos elementos resuenan en λ/2 de la frecuencia y están separados λ/4 de un reflector plano con ancho mínimo de λ/2 para conformar el lóbulo de ancho apropiado (entre 60º y 90º). Tipos de dipolos utilizados en las antenas sectoriales: 1. Dipolo abierto. 2. Dipolo plegado. 3. Conjunto de dipolos colineales. (Franklin) 16.

(28) 4. Parches. Para la realización de esta tarea técnica es necesario conocer las principales características de los sistemas de radiación de la telefonía móvil en nuestro sistema. • Sistema GSM • Banda de frecuencia 900 MHZ < f < 930 Mhz y 0.30 cm < λ< 0.34 cm landa • Potencia 100 watt. • Ganancia 9 dB< G < 15 dB. • El diagrama de radiación es en forma de cardioide con 120 grados por H y 15 grados por V. • Para la banda de trabajo el coeficiente de onda estacionaria (ROE es menor o igual que 1.5). 2.2 Elección del prototipo de antenas para Radiobases (BTS). Se plantea el diseño de un prototipo de Antena Sectorial para telefonía móvil basado en tecnología planar, que opere en la banda de 900 MHz. Fueron estudiados diferentes métodos matemáticos para el diseño de antenas planas, el propósito fundamental es lograr un prototipo que se adapte al diseño y que permita a su vez ser evaluado por el software de simulación. El modelo Franklin fue el escogido en primer lugar por su sencillez , esta antena parte de la generación de antenas AMOS , donde han tenido antecedentes en WiFi por aficionados , pero hasta la actualidad no se han implementado en servicios de telefonía móvil, para determinar los valores preliminares de la estructura; y mediante simulación se ajustaron las dimensiones de la alimentación, a fin de obtener las características de radiación e impedancia requeridas que aseguren la compatibilidad con las operadoras de telefonía móvil del país. Esta antena es un arreglo de cuatro dipolos colineales, cada uno media longitud de onda con separaciones centro a centro de λ/4 con plano reflector rectangular separado de estos λ/4. 17.

(29) La alimentación presenta mejores características en cuanto a rigidez mecánica en el punto de alimentación y acoplamiento de impedancia es la correspondiente a un diseño del sistema de alimentación con una impedancia resultante en su centro de 200 ohms lo cual permite situarle un transformador de impedancia con relación de transformación de 4:1, ver la figura 2.2 con vistas a lograr un excelente acople entre los brazos de la antena y la línea de transmisión.. Fig. 2.2 Antena tipo Franklin. 2.3 Adaptador de impedancia “Balun” El balun, además de su función de simetrización de la corriente, también puede transformar niveles de impedancias. La relación de impedancias se denota así: n: m, los balunes, usados como adaptadores de impedancias, son reversibles. Por lo tanto, 1:4 es lo mismo que 4:1. La potencia que puede transmitir un balun depende tanto de la geometría como del material con el que está construido. •. Si se usa un balun con núcleo de ferrita, pasada cierta potencia, el material se recalienta; si la temperatura sobrepasa la Temperatura de Curie del material, el balun pierde sus propiedades.. •. Para evitar este problema, algunos baluns se hacen con núcleo de aire; sin embargo, el precio a pagar es que a potencia igual, es preciso construir bobinas demasiado grandes para ser prácticas.. El balun no genera potencia. En cambio, todo balun tiene pérdidas. Llamamos pérdidas de inserción a aquellas sufrida por la señal a la salida del dispositivo. Una pérdida de inserción típica en un balun es de 0,3 dB. (6) 18.

(30) Balun de cable coaxial. 1.1.1 En nuestro caso usamos este tipo de balun, aquí la adaptación de impedancias se logra mediante la conexión de cables coaxiales cortados a una longitud múltiplo de λ/4. Estos baluns funcionan en un rango muy estrecho de frecuencias (algunas unidades por ciento), lo que los convierte de hecho también en filtros. •. Los baluns de cable coaxial son utilizados en VHF y UHF, ya que en HF las longitudes de cable (algunas decenas de metros) no serían prácticas.. En cambio, en VHF o UHF se usan longitudes de cable entre algunos centímetros y un metro de largo. Este transformador de acoplamiento está constituido por cables coaxiales RG-213. ver la figura 2.3. Fig. 2.3 Adaptador de impedancia “Balun” con relación de transformación 4:1 Este balun es de media longitud de onda (λ/2). El conductor central del cable coaxial hace contacto eléctrico en cada extremo a una de las conexiones equilibradas para un alimentador o un dipolo. Uno de estos terminales se debe conectar con el conductor interior del alimentador coaxial principal. Los tres conductores exteriores se deben conectar juntos. Esto entonces forma un balun de 4:1 que trabaja en una banda de frecuencia estrecha. (9) Como prototipo final, se planteó un arreglo de cuatro dipolos colineales, cada uno media longitud de onda con separaciones centro a centro de λ/4 con plano reflector rectangular separado de estos λ/4. 19.

(31) Dimensiones completas incluyendo el reflector, recomendadas para la antena Franklin. Longitud de onda: = 299.8 / f (MHz) metros: 0.328 mts A=0.320λ, B=0.574λ, C=0.543λ, D=0.158λ, E=0.180λ, F=0.032λ. Diámetro del alambre: d= 0.0162λ Reflector: ALTO=3.70λ, ANCHO=0.50λ Medidas del Balun: P= 0.5 * v (factor de velocidad de la línea) v= 0.66 for RG58, RG213, RG8 etc. v= 0.83 para CFD200 2.4 Software implementado para el diseño de antenas. Existen en la actualidad diferente Software o programas que son de gran utilidad a la hora de analizar desde el punto de vista eléctromagnetico una antena determinada, sus procesos son confiables y de alta velocidad, entre ellos tenemos: Manna-Gal, Matlab, Qy4, 4nec, Eznec, Feko. Pero tienen limitantes como son el acceso, ya que algunos no se encuentran gratis en Internet, como es el caso del Feko y Eznec, de acuerdo con las características del 4nec , alta velocidad de proceso, no consume gran cantidad de recursos de memoria, fácil de implementar, además 4nec2 es un programa completamente libre, 4Nec2x es una mejora del mismo, mediante sus herramientas se pueden crear, ver, optimizar y comprobar 2D y estructuras de geometría de la antena de estilo 3D y se generan, patrones de radiación del campo lejano y cercano de las antenas. 2.5 Procesos de análisis con el paquete utilitario 4nec. 2.5.1 Diseño y simulación la antena Franklin sin reflector a 914 MHz. En la tabla 2.1 se muestran los valores de las dimensiones de dicha antena.. Elemento A. 104.90 mm. Elemento B. 188.272 mm. Elemento C. 178.104 mm. Elemento D. 51.820 mm. 20.

(32) Elemento E. 59.04 mm. Elemento F. 10.496 mm. Elemento G Diámetro. 26.568 mm 5.33136 mm. Alambre Balun RG-213. 108.24 mm. Tabla. 2.1 Datos de diseño Una vez procesados los datos obtenidos manualmente del diseño preliminar, se le introdujeron al programa seleccionado 4nec por el modo Geometric Edit. (Ver la figura 2.4). Fig. 2. 4 Diseño de la antena Franklin en el Geometric Edit Los resultados del análisis aplicando la simulación con el paquete utilitario 4nec se muestran en las figuras desde la 2.5 a la figura 2.9. 21.

(33) Fig. 2.5 Resultados de comprobación de segmentos.. Fig. 2.6 Patrón Horizontal Normalizado. 22.

(34) Fig. 2.7 Patrón Vertical Normalizado. Fig. 2.8. Fig. 2.9. Una vez obtenidos los resultados, se procede a incorporarle un reflector. En esta ocasión se le adiciona una lamina de aluminio de 2.2 mm de espesor, de 1236.6 mm x 164.0 mm y separado a una distancia mínima de 26.568 mm. Nota: A este prototipo se le incrementa las dimensiones F, G e I, como muestra la figura 2.10. 23.

(35) Fig. 2.10 Esquema de una antena Franklin con reflector incorporado. Sus dimensiones fueron calculadas por las expresiones de diseño para la frecuencia de 914 MHz centro de banda de operación de la tecnología GSM 900 MHz.(Ver la tabla 2.2) Elemento A. 104.90 mm. Elemento B. 188.272 mm. Elemento C. 178.104 mm. Elemento D. 51.820 mm. Elemento E. 59.04 mm. Elemento F. 10.496 mm. Elemento G Diámetro. 26.568 mm 5.33136 mm. Alambre Reflector. 1213.6 x 164.0 mm. Balun RG-213. 108.24 mm. Tabla. 2.2 Datos de diseño. 2.5.2 Diseño y simulación la antena Franklin con reflector a 914 MHz. Una vez procesados los datos obtenidos manualmente del diseño preliminar, se le introdujeron al programa seleccionado 4nec por el modo Geometric Edit. (Ver la figura 2.11). 24.

(36) Fig. 2.11 Diseño de la antena Franklin en el Geometric Edit Los resultados del análisis aplicando la simulación con el paquete utilitario 4nec se muestran en las figuras desde la 2.12 a la figura 2.17.. Fig. 2.12 Comprobación de segmentos 25.

(37) Fig. 2.13 Patrón Horizontal Normalizado. Fig. 2.14 Patrón Vertical Normalizado 26.

(38) Fig. 2.15 Patrón de Radiación en 3D. Fig. 2.16 Patrón de Radiación en 3D. 27.

(39) Fig. 2.17 Patrón de Radiación en 3D 2.5.3 Corrida de frecuencia en el rango de 879 MHz hasta 959 MHz. Se realiza la simulación de la característica de frecuencia de la antena en el ancho de banda de operación acorde a las figuras 2.18 y 2.19.. Fig. 2.18 ROE y Coeficiente de Reflexión. 28.

(40) Fig. 2.19 Ganancia y Relación F/B El interfaz de parámetros generales correspondientes del 4nec se muestra en la figura 2.20.. Fig. 2.20 Parámetros generales 2.5.4 Simulación de la antena Franklin con reflector a. 879 MHz 29.

(41) Los patrones normalizados obtenidos se muestran en las figuras 2.21 y 2.22. Fig. 2.21 Patrón Horizontal Normalizado. Fig. 2.22 Patrón Vertical Normalizado. 2.5.5 Simulación la antena Franklin con reflector a 959 MHz 30.

(42) Los patrones normalizados obtenidos se muestran en las figuras 2.23 y 2.24. Fig. 2.23 Patrón Horizontal Normalizado. Fig. 2.24 Patrón Vertical Normalizado. 31.

(43) Conclusiones parciales. Una vez procesado los datos de diseño en el Software y obtenido de éste, resultados alentadores, se procede a la construcción de un prototipo de antenas que responda esencialmente a los datos de diseño para su estudio, análisis y validación.. 32.

(44) CAPITULO 3. Construcción del prototipo y su validación. 3.1 Introducción. En comunicaciones inalámbricas, las antenas con diagrama de radiación relativamente ancho en el plano horizontal son a menudo necesarias. En nuestro trabajo se usan las antenas con dipolos orientados verticalmente con vistas a lograr el patrón de radiación horizontal deseado en forma de cardioide, y estrecho en el plano vertical. El patrón de radiación exigido espacialmente en este caso, puede ser ofertado por la antena Franklin, la cual fue procesada en le capitulo anterior. Este tipo de antena de alambre ha sido usado con anterioridad, principalmente, en polarización horizontal, desde los mismos orígenes de la radio en ondas medias, ondas cortas y se ha conocido como la antena de Franklin. Esta antena tiene algo más de 12 dBi de ganancia y un lóbulo de radiación horizontal de 120 grados y 15 grados en la vertical, haciéndola una muy buena alternativa para cubrir sectores amplios. Otra característica destacable es que también posee lóbulos de radiación secundarios importantes con lo que se logra dar cobertura a los equipos que están cerca de la base de la antena. La relación de ondas estacionarias (ROE) se mantienen por debajo de 1,5:1, en toda la banda. 3.2 Construcción mecánica de la antena. Materiales utilizados Materiales utilizados en el prototipo 1. Aluminio en lamina de 1215.0 mm. de largo x 164 mm x 2 mm de grueso. 2. Alambre de cobre 4.4 mm: 1500.00 mm. 3. Barra de teflón de 20 mm de grueso. 4. Tornillos métrica 3.0 mm: 12 unidades 5. Tornillos métrica 6.0 mm: 4 unidades 6. Cable coaxial RG-213: 50.00 mm 7. Conector N hembra para RG-213: 1 unidad. 33.

(45) 8. Estaño con fundente para soldadura 0.5 mm: 100 mm. 9. Tirafondos de 4.0 mm x 15.0 mm : 4 unidades 10. Brida plástica de 4.0 mm x 25.0 mm: 2 unidades El prototipo de antena fue elaboraba totalmente de forma artesanal como muestra la figura 3.1.. Fig. 3.1 Antena construida 3.3 Mediciones de las pérdidas por retorno En este proceso se utilizan los equipos e instrumentos que se muestran en las figuras de la 3.2 a la 3.4. 34.

(46) Fig. 3.2 Analizador de espectro marca HAMEG con frecuencia de trabajo hasta 1.5 GHz.. Foto 3.3 Antena panel Franklin construida, con reflector incorporado.. Fig. 3.4 Puente de mediciones de pérdida por retorno Se establece la posición de prueba como muestra la figura 3.5.. Fig. 3.5 Posición de pruebas. Pruebas realizadas a la antena. 35.

(47) Los resultados a la frecuencia de 879 MHz se muestran en la figura 3.6. Fig. 3.6. Prueba a la frecuencia 879 MHz Resultado: - 10 dBm procesado el dato: ROE: 1.924 Los resultados a la frecuencia de 914 MHz se muestran en la figura 3.7. Fig. 3.7. Prueba a la frecuencia 914 MHz Resultado: - 15 dBm procesado el dato: ROE: 1.433 Los resultados a la frecuencia de 959 MHz se muestran en la figura 3.8. Fig. 3.8. Prueba a la frecuencia 959 MHz 36.

(48) Resultado: - 16 dBm procesado el dato: ROE: 1.375 3.4 Proceso de medición del patrón de radiación. Como antena receptora se usó la antena dipolo mostrada en la figura 3.9. Fig. 3.9 Antena de medición AMC/1 Procedimiento. Estas mediciones de la antena nos permitió la obtención de valores respecto al patrón de radiación de potencia lejano, en las frecuencias de 879 , 914 y 959 MHz validando los resultados del análisis por simulación de la antena , la cual posee un buen comportamiento en el rango de 879-959 MHz. En la actualidad las pruebas respecto al patrón de radiación se realizan en sofisticadas “cámaras anecóicas de pruebas RF”. Sin embargo, generalmente, estas no están a nuestro alcance. Por cuanto se recurre a otras formas más experimentales y menos precisas que nos pueden proporcionar una visión bastante satisfactoria respecto a como trabaja la antena. Para ello se requiere algunos equipos básicos como: un generador de señales u oscilador, un analizador de espectros, una antena de referencia y algunos cables coaxiales. El procedimiento es de sumo cuidado y requiere de paciencia, dependiendo sobre todo de la precisión que requiramos en los datos. Para iniciar, en lo posible hay que cerciorarse de que no exista interferencia, sobre todo si es variable, en el lugar que vamos a realizar las mediciones con respecto a la frecuencia en la cual trabaja la antena a medir. Para antenas que trabajen en las bandas de UHF y SHF también debe tenerse un sutil cuidado con los acoples de impedancia puesto que a dichas frecuencias la influencia de factores como el tipo de conectores o cables utilizados se maximiza.. 37.

(49) Primer paso: Se procedió a armar el sistema de medición, se tuvo en cuenta que la variación fuera leve de acuerdo a si la antena a medir es para transmisión o recepción. Para la transmisión se colocó el generador de señales conectado a la antena panel (fig. 3.10) y la recepción en un extremo y la antena de referencia conectada al analizador de espectros en el modo de recepción en el otro (fig. 3.11). Desde el generador de señales se envío una portadora en la frecuencia central de la antena de prueba.. Fig. 3.10 Generador de señales y antena a probar. Fig. 3.11 Analizador de espectros y antena receptora. Segundo Paso: Luego se procedió a medir la señal radiada con el analizador de espectros en los planos E y H, para lo cual, generalmente primero, se localizó el punto de mayor radiación y se realizaron algunas pruebas sencillas respecto a la polarización. Luego se procedió a medir el campo E variando el ángulo, puede ser con espaciamientos de 15° para el plano vertical. Realizar variaciones con menor o mayor ángulo nos permitirá obtener un 38.

(50) diagrama más o menos detallado, pero a su vez, para un ángulo pequeño aumenta considerablemente el número de mediciones. A continuación se sigue con el plano H, del cual se aconseja realizar unas 4 mediciones para ángulos separados entre 45 y 30 grados, debido a que el diagrama de radiación en ese plano tiene variaciones considerablemente menores. Se tuvo el cuidado de no afectar las mediciones al moverse en las inmediaciones de antena mientras se mide. Tercer Paso: Los datos fueron procesados y agrupados en las tablas anteriores y graficados en coordenadas polares. 3.5 Comparación entre los resultados simulados y medidos. 3.5.1 Mediciones del patrón de radiación horizontal a 879 MHz. En la figura 3.12 se muestran los resultados correspondientes a 879 MHz.. Figura 3.12. Patrón de radiación horizontal. En azul, el simulado y en rojo las mediciones. 3.5.2 Mediciones del patrón de radiación horizontal a. 914 MHz. En la figura 3.13 se muestran los resultados correspondientes a 914 MHz.. 39.

(51) Figura 3.13. Patrón de radiación horizontal. En azul, el simulado y en rojo las mediciones. 3.5.3 Mediciones del patrón de radiación horizontal a 959 MHz En la figura 3.14 se muestran los resultados correspondientes a 959 MHz.. 40.

(52) Figura 3.14. Patrón de radiación horizontal. En azul,el simulado y en rojo las mediciones. 3.5.4 Mediciones del patrón de radiación vertical a 879 MHz. En la figura 3.15 se muestran los resultados correspondientes a 879 MHz.. Figura 3.15. Patrón de radiación vertical. En azul , el simulado y en verde, las mediciones. 3.5.5 Mediciones del patrón de radiación vertical a 914 MHz En la figura 3.16 se muestran los resultados correspondientes a 914 MHz.. 41.

(53) Figura 3.16. Patrón de radiación vertical. En azul,el simulado y en verde, las mediciones.. 3.5.6 Mediciones en el patrón de radiación vertical 959 MHz. En la figura 3.17 se muestran los resultados correspondientes a 959 MHz.. Figura 3.17. Patrón de radiación vertical. En azul, el simulado y en verde, las mediciones. 42.

(54) 3.6.Repercusión económica del trabajo Un panel de radiación de antenas sectorial para radiobases de la telefonía celular en la norma típica GSM 900 MHz, tiene un valor estimado en el mercado mundial del orden de $720.00 USD. El panel de radiación propuesto en este trabajo con características similares de radiación y de impedancia tiene un costo total incluyendo el radomo de $40.00 USD lo cual reporta el país un ahorro de $680.00 USD por cada panel de radiobase.. Conclusiones del capítulo. Con este capítulo se logra mostrar los resultados obtenidos en la investigación realizada los mismos se ponen en manos de los especialistas de la Empresa de ANTENAS VC para la continuidad y perfeccionamiento del trabajo.. 43.

(55) CONCLUSIONES 1.- Se logró el diseño, análisis, construcción y validación de una antena que posee algo más de 12 dBi de ganancia, un lóbulo de radiación horizontal de 120 grados y 15 grados en el lóbulo vertical, siendo una muy buena alternativa para cubrir sectores amplios. Además se lograron lóbulos de radiación secundarios importantes, con lo que se da cobertura a los equipos que están cerca de la base de la antena. 2.- La razón de ondas estacionarias (ROE) se mantienen por debajo de 1,5:1 en toda la banda de frecuencia de trabajo. Sus características de radiación e impedancia responden a las exigencias para ser implementadas en un servicio de telefonía móvil. 3.- Se logró la construcción y validación del prototipo de antena que responde a lo al análisis de las características de radiación e impedancia simulados en el software utilizado.. RECOMENDACIONES Para darle continuidad científica al tema se propone: 1. Continuar la investigación sobre otros elementos de antenas que pudieran ser utilizados en el diseño de radiadores sectoriales, como los dipolos doblados, abiertos y parches. 2. Proponer a la industria el diseño del radomo que cubriría la antena. 3. Continuar la investigación sobre la base del diseño de estas antenas para la tecnología GSM 850 MHz que se nos avecina.. 44.

(56) REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS (1) Farley, Tom ´American heritage of invention & technology ’3, (2007). ISSN 8756-7296 pp. 8–19.¨ Sitio Web: www.es.wikipedia.org. Acceso 4 de mayo 2010. Cortés, Ángel «30 años del primer móvil». Noticiasdot.com. (2003).. Sitio Web:. www.es.wikipedia.org .acceso 4 de mayo 2010. (2) La telefonía móvil y celular. Pdf. Sitio Web www.mundodescargas.com.apuntestrabajos. página principal. Acceso 28 de abril. (3) Generaciones de la telefonía móvil: doc .30941380 Sitio Web. www.scribd.com. Historia del teléfono móvil. Acceso 6 de mayo 2010. (4) R.A. Soni, R.M. Buehrer, and R.D. Benning, An Intelligent Antenna System for CDMA 2000,” IEEE Signal Processing Magazine, vol. 19, no. 4, pp 54-67, July 2002. Sitio Web es.wikitel.info/wiki. página: Antenas_inteligentes. (5)Estación Base, Telefonía Móvil. Sitio Web es.wikipedia.org. página principal .Acceso 3 de mayo 2010. (6)Procom. Antenas de Estaciones Base. Sitio Web www.procom.dk. página principal Acceso 2 de mayo 2010. (7) Antenas. Antenas sectoriales .pdf 1. Sitio Web www.wicom.com.ve.página principal. (8) Balanis, C.A. (1982). Antenna Theory: Analysis and Design. 2ª ed. Nueva York: John Wiley & Sons. Análysis of the Radiating Pattern for Linear Antenna Arrays. Sitio Web. www.revistaciencia.uat.edu.mx. página principal. Acceso 7 de mayo.. 1.2 (9) Sevick Jerry (W2FMI.)Construyendo Baluns: Diseños prácticos para el experimentado., 1994. Sitio Web www.worldlingo.com. página principal Balun. Acceso 10 de mayo.. 45.

(57) Anexos. Anexo (1). Catálogo. recibido de la KATHREIN, para la realización del Trabajo de. Investigación.. 46.

(58) Anexo (2) Panel utilizado en las radiobases de telefonía móvil en la norma GSM-900 MHz.. 47.

(59)