Diseño y Construcción de una Antena Reflector Esquinado Cuadrado con Elemento Parásito para la Banda UHF

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA “Diseño y Construcción de una Antena Reflector Esquinado Cuadrado con Elemento Parásito para la Banda UHF” Autor: Ailicec Borges Benítez Tutor: Dr. Roberto Jiménez Hernández Consultante: Ing. Maikel Pérez Suárez. Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA “Diseño y Construcción de una Antena Reflector Esquinado Cuadrado con Elemento Parásito para la Banda UHF” Autor: Ailicec Borges Benítez E-mail: [email protected]. Tutor: Dr. Roberto Jiménez Hernández Prof. Titular, Dpto. de Eléctrica Facultad de Ing. Eléctrica. UCLV. E-mail:: [email protected]. Consultante: Ing. Maikel Pérez Suárez Empresa de Antenas E-mail: [email protected]. Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución".

(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 publicado 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. Departamento. Jefe. de. donde. se. defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “Somos lo que hacemos día tras días,. así que el éxito no es un acto es un hábito” Anónimo..

(5) ii. DEDICATORIA. Dedico este trabajo a mi abuela por brindarme todo su amor y apoyo para alcanzar mis sueños..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS Es mucho el trabajo realizado, muchos los momentos tristes, los de avances y de frustración. En este largo camino he contado con el apoyo incondicional de familiares y amigos, es por ello que deseo agradecerle: A mi abuela, por ser mi guía y mayor apoyo. A mi madre y mis tías que han depositado toda su confianza en mí. A mis amigos que me han dado impulso para seguir adelante. A todos los profesores que durante mi vida de estudiante han contribuido a mi formación. A todos, de corazón, muchas gracias..

(7) iv. TAREA TÉCNICA 1. Búsqueda bibliográfica y estudio de trabajos relacionados con el tema. 2. Análisis de los diseños realizados, basados en diferentes parámetros y criterios de diseño. 3. Obtención de los parámetros principales a partir del software empleado. 4. Comparación de los diseños, basados en los resultados teóricos. 5. Elección del diseño con mejores prestaciones. 6. Comprobación de los resultados teóricos con las mediciones prácticas.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. El presente trabajo se realiza, debido a la necesidad de medir las características direccionales de las antenas para la banda UHF. Se escogió realizar el diseño de una antena reflector esquinado con elementos parásitos y dipolo mariposa, dado que este tipo de antena presenta un ancho de banda aceptable, buena ganancia en esta banda, y los elementos directores proporcionan mayor directividad. En este documento se muestra, los principales parámetros y características de la antena a diseñar. Se recomienda un método de diseño, para hallar los parámetros fundamentales del dipolo mariposa. Se exponen los pasos a seguir, para el diseño del reflector esquinado y elementos directores. Comparándose mediante la simulación, el comportamiento de ROE, ganancia, F/B, e Impedancia, para las variaciones de los distintos elementos, dando una idea, de cuáles son los parámetros a tener en cuenta, para lograr un mejor resultado en las características del diseño. Escogiendo así, la antema más idónea para la banda UHF. Por ultimo se realiza la construcción de la antena, exponiendo los resultados de las mediciones realizadas a la misma, para validar los resultados teóricos de su simulación..

(9) vi TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO...................................................................................................................... i DEDICATORIA ...................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS........................................................................................................... iii RESUMEN ........................................................................................................................... v TABLA DE CONTENIDOS............................................................................................... vi INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 1 CAPÍTULO 1.. Estudio de la antena reflector esquinado................................................... 5. 1.1. Introducción .......................................................................................................... 5. 1.2. Antena Reflector Esquinado................................................................................. 6. 1.3. Patrón de radiación................................................................................................ 8. 1.4. Resistencia de radiación ........................................................................................ 9. 1.5. Parámetros de diseño del reflector esquinado ..................................................... 10. 1.6. Dipolo mariposa .................................................................................................. 12. 1.7. Elementos directores ........................................................................................... 13. CAPÍTULO 2.. Diseño y Simulación ............................................................................... 16. 2.1. Introducción ........................................................................................................ 16. 2.2. Diseño del dipolo mariposa................................................................................. 17. 2.2.1. Selección del diseño del dipolo mariposa ................................................... 18. 2.3. Diseño del reflector esquinado ............................................................................ 20. 2.4. Presentación del diseño seleccionado ................................................................. 21. 2.5. Simulación........................................................................................................... 22. 2.5.1. Resultados Comportamiento de la ROE...................................................... 22.

(10) vii 2.5.2. Resultados Comportamiento de la G y la (F/B) .......................................... 23. 2.5.3. Patrón de radiación...................................................................................... 23. 2.5.4. Impedancia de la antena .............................................................................. 24. 2.6. Diseño de los elementos directores ..................................................................... 25. 2.6.1. Impedancia de la antena .............................................................................. 26. 2.6.2. Resultados Comportamiento de la ROE...................................................... 27. 2.6.3. Resultados Comportamiento de la G y la (F/B) .......................................... 28. 2.6.4. Patrón de radiación...................................................................................... 29. CAPÍTULO 3.. Análisis de los resultados prácticos de la antena..................................... 30. 3.1. Introducción ........................................................................................................ 30. 3.2. Medición de la Antena ........................................................................................ 30. 3.3. Resultados prácticos ............................................................................................ 30. Conclusiones ................................................................................................................... 32 Recomendaciones............................................................................................................ 35 Referencias Bibliográficas .................................................................................................. 36 Glosario de Acrónimos........................................................................................................ 38 Anexo I Tabla utilizada para el diseño............................................................................... 40 Anexo II Presentacion de la antena prototipo ..................................................................... 41.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Las antenas son elementos imprescindibles en un sistema de radiocomunicaciones, ya que con su actuación como transductores de energía eléctrica en electromagnética y viceversa, son las interfase entre los subsistemas transmisor y receptor, utilizando el espacio libre como medio de transmisión. Caracterizar una antena consiste en determinar sus parámetros radioeléctricos de radiación e impedancia simulando las condiciones de la aplicación en donde ésta funcionaría, para verificar su eficiencia y aporte como elemento constitutivo dentro de un radio enlace. Una de las principales características de una antena es su patrón de radiación, ya que permite visualizar como ésta emite o recibe las ondas electromagnéticas en diferentes direcciones espaciales [8]. Los parámetros radioeléctricos de una antena lineal, pueden predecirse a partir de modelos teóricos y de técnicas de diseño o de análisis ya establecidas, incluso en programas de simulación. Sin embargo, dichas técnicas están sujetas a aproximaciones que limitan su aplicabilidad en determinados casos. Así mismo, cuando se hace un análisis teórico es difícil tener en cuenta los errores en la fabricación de las antenas, o determinar cómo pueden interferir el mástil, la estructura que soporta la antena, u otros elementos externos a ella. Otra opción sería obtener el patrón de radiación de forma manual, generando una señal de RF a la frecuencia de operación y realizando mediciones de intensidad de campo recepcionado para diferentes posiciones de la antena a prueba, para posteriormente graficar manualmente o utilizando alguna herramienta computacional, esto implica un proceso lento y tedioso, así como impreciso. Por todo esto, se hace necesario obtener los parámetros de las antenas lineales desarrollando un sistema que permita su medición de forma automática y precisa, bajo condiciones reales de operación, para que el interesado se concentre en el análisis de los resultados para ser usados en una aplicación determinada..

(12) INTRODUCCIÓN. 2. A diferencia de otras ramas de la electrónica o de la informática las antenas tienen relativamente poca variación con el paso del tiempo. Estas son prácticamente las mismas desde hace más de cincuenta años y sus variaciones han sido relativamente menores. Poseen varias propiedades eléctricas que es necesario conocer para comprender todas sus posibilidades. Se han creado las antenas inteligentes, muy usadas en los sistemas móviles y para el scanner electrónico, así como las antenas planas y otros ejemplos de nuevas estructuras tecnológicas. Debido a la necesidad de medir las características direccionales de las antenas para la banda UHF, hemos escogido realizar el diseño de una antena reflector esquinado, dado que ella es simple para la aplicación con ganancia media, en la banda de UHF y la parte baja de SHF. Este tipo de antena proporciona un ancho de banda aceptable y buena ganancia en la banda UHF. Partiendo de que en nuestro centro no se han llevado a cabo investigaciones sobre el tema en cuestión con alimentador de dipolo mariposa y elementos parásitos, se ha encaminado el presente trabajo a su estudio y aplicación de forma práctica con el diseño y construcción de una Antena reflector esquinado cuadrado con estos elementos para la banda UHF, ofreciendo una respuesta con soluciones económicas factibles. La implementación de varios diseños permite realizar estudios más profundos y análisis comparativos, que en función de la disponibilidad de los recursos, logren ajustar el diseño para su mejor utilización y así continuar desarrollando otros nuevos teniendo en cuenta los resultados prácticos alcanzados y la confrontación con otros métodos y herramientas. La Antena Reflector Esquinado fue creada en 1938 por Kraus quien mostró que las características de radiación de un tamaño infinito se pude determinar analíticamente utilizando la teoría imagen si el ángulo de vértice es un sub-múltiplo de π. En la actualidad la teoría necesaria para la comprensión de una antena reflector esquinado se trata en nuestros planes de estudio, pero no con la profundidad requerida. A pesar del profundo análisis bibliográfico realizado se ha logrado la ubicación de este tipo de antenas pero se adolece en buena medida de los métodos de diseño que se emplean en cada caso, lo que representa la principal limitación de este trabajo. Entre los objetivos de este trabajo están el de diseñar, medir y construir los parámetros.

(13) INTRODUCCIÓN. 3. eléctricos de una antena Reflector Esquinado Cuadrado con elemento parásito y dipolo mariposa, basados en diferentes diseños de antenas y con la ayuda de software profesionales, así como elaborar un material que establezca recomendaciones para el diseño de este tipo de antenas, para mejorar ganancia, ancho de banda y coeficiente de radiación trasera exponiendo las generalidades del diseño, siempre que sea posible. Con el fin de poder dar un correcto cumplimiento a los objetivos propuestos para este trabajo, se han planteado un grupo de tareas técnicas y de investigación. Primero búsqueda, análisis bibliográfico y estudio de trabajos relacionados con el tema. Segundo elaborar un material en el que se exponga la teoría básica de antenas que soporta los diseños seleccionados, los resultados teóricos de los parámetros de antena obtenidos mediante los mecanismos computacionales utilizados en la simulación de las mismas, así como la discusión de sus limitaciones, la comparación de los diseños, basados en los resultados teóricos de sus parámetros fundamentales y la elección de un diseño que le de una solución sencilla, económica y factible al problema planteado. Por último se pretende realizar la comprobación de los resultados teóricos con las mediciones prácticas. El presente trabajo se ha estructurado en tres capítulos donde se abordan las siguientes temáticas: El capítulo1 Se dedica al estudio de la teoría básica de la antena reflector esquinado y se realiza un análisis del estado del arte de este tipo de antena, acorde a la recopilación bibliográfica. En el capítulo 2 se presentan los diseños escogidos y se obtienen los resultados de la simulación de cada diseño, haciéndose una comparación de sus parámetros fundamentales, escogiéndose el más factible para la solución del problema que se plantea inicialmente. En el capítulo 3 se presentan los resultados de las mediciones prácticas, los cuales se utilizan para validar los resultados obtenidos de la simulación. La estructura del presente trabajo también cuenta con conclusiones, recomendaciones y referencias bibliográficas citadas durante el texto. En las conclusiones se realizará un análisis crítico de los resultados obtenidos a partir de los objetivos que se trazaron inicialmente..

(14) INTRODUCCIÓN. 4. En las recomendaciones se orientarán acciones dirigidas a enriquecer el material y que permita una continuidad a este proyecto en el futuro. Las referencias bibliográficas constituyen un listado de la bibliografía consultada siguiendo la metodología vigente para este fin..

(15) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 5. CAPÍTULO 1. Estudio de la antena reflector esquinado. 1.1 Introducción El uso creciente de la banda de UHF y las frecuencias bajas de SHF para la comunicación, ha causado interés en la antena reflector esquinado, debido a que con ella se puede obtener ganancia media con una construcción relativamente simple. La influencia de la lámina reflectora con tamaño finito sobre el patrón de radiación de la antena reflector, fue investigada primero por Oliver y Sterr [15], usando el dominio del tiempo de diferencia finita “the finite difference time domain “(FDTD), método descrito por Taflove y muchos otros autores [16]. El método FDTD es una buena técnica para el estudio de la antena reflector esquinado con láminas reflectoras de tamaño finito. La precisión de la modelación FDTD ha sido verificada por comparación con otras técnicas numéricas y mediciónes experimentales. Estudios paramétricos han mostrado como los parámetros geométricos y la longitud de las láminas reflectoras influyen en la característica de radiación e impedancia. El dominio de tiempo de diferencia finita (FDTD), método de análisis electromagnético, ha revolucionado la manera de modelar muchos tipos de antenas, FDTD es un método ideal para predecir las características de radiación de la antena reflector esquinado. Dos códigos de análisis pueden ser usados para FDTD, el código 3-D es usado para la predeterminación del patrón de radiación de la antena experimental, este fue creado en la Universidad Queen Mary and Westfield (QMW), ahora para el estudio paramétrico es posible usar el código 2-D, mientras que la longitud de la antena reflector esquinado pueda ser tomada como infinita, esto reduce significativamente el tiempo de cómputo. El método de análisis que emplearemos para el diseño de la antena reflector esquinado es el creado por Kraus [10] en 1938 quien mostró que las características de radiación de un tamaño infinito se puede determinar analíticamente en forma aproximada utilizando la teoría imagen, si el ángulo de vértice es un sub-múltiplo de π..

(16) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 6. 1.2 Antena Reflector Esquinado La antena reflector esquinado consta de dos laminas planas que se interceptan formando un ángulo α, el cual puede ser mayor o menor que 90 grados y se alimentan por un dipolo de media onda colocado a una distancia (S) del vértice normalmente sobre la bisectriz.. Fig. 1.1 Típica Antena Reflector Esquinado Los reflectores con ángulos 180, 90, 60 pueden ser analizados por el método de la teoría de imagen, ahora la antena con ángulos intermedios no pueden ser determinados por este método, sino solo por la teoría geométrica de la difracción. Analizando el reflector esquinado de 90 grados, podemos decir que existen tres elementos imagen 2, 3, 4 colocados como muestra la Fig. 1.2..

(17) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 7. Fig. 1.2 Reflector Esquinado con imagen La antena directora 1 y la imagen 3 tienen corrientes de igual magnitud. La fase de la corriente 1 y 4 es la misma mientras que la fase de la corriente 2 y 3 es igual pero desfasada 180 grados con respecto a las corrientes en 1 y 4. La forma del patrón de radiación es función del ángulo del reflector y de la distancia S. Si S se excede a 0,5λ puede obtenerse múltiples lóbulos. Este tipo de antena puede constar con elementos directores o parásitos frente al dipolo aumentando así la directividad y posiblemente la ganancia. El reflector con este ángulo tiene la propiedad de que la onda que incide es directamente reflejada en la fuente, como muestra la figura 1.3.. Fig. 1.3 Onda incidente en el reflector..

(18) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 8. 1.3 Patrón de radiación Las antenas están diseñadas, principalmente, para dar una distribución específica de energía en el espacio en función de los ángulos de dirección espacial, a la vez que se minimizan las pérdidas y las reflexiones. Esa distribución es expresada por el patrón de radiación de la antena. La distribución incluye una región de alta intensidad de radiación para iluminar un objetivo. Las radiaciones fuera de la dirección del haz principal deben ser severamente restringidas para evitar interferencias con otros sistemas o recibir interferencias desde otros. El nivel de los lóbulos laterales constituye el parámetro más delicado del diseño de antenas de haz formado. El patrón de radiación de la antena, el cual típicamente comprende un haz principal y una estructura de lóbulos laterales, es comúnmente representado como un trazo en dos dimensiones. El ancho de haz tiene gran importancia, ya que acorde a éste se logra tener la precisión en la orientación espacial deseada de la antena y el rechazo de las señales fuera de la región deseada. El ancho angular del haz principal del patrón de radiación de la antena, es caracterizado por el ancho del haz entre puntos de mitad de potencia (HPBW), que se define como el ancho angular total entre los dos puntos que están 3dB abajo del pico del haz principal[13]. El HPBW es dependiente de la distribución de iluminación en la apertura de la antena y la dimensión de la apertura en el plano en el cual el patrón es medido. Para la antena reflector esquinado a medida que disminuimos el ángulo del vértice la directividad tiende a incrementarse, aunque no necesariamente la ganancia, pero la antena va a crecer en tamaño y por tanto como la distancia S aumenta se obtendrían más lóbulos en el patrón de radiación como muestra la Fig. 1.4, lo cual no es lo mejor, lo ideal sería obtener un patrón de radiación con un lóbulo único..

(19) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 9. Fig. 1.4 Patrón de radiación según el valor de S.. 1.4 Resistencia de radiación Si la resistencia de pérdida del elemento direccional es cero la resistencia total sería. toda la. resistencia de radiación. La variación de la resistencia de radiación total de la antena es mostrada en la Fig. 1.5 en función del espaciamiento S para el reflector esquinado de 90 grados. En el análisis anterior se asume que los reflectores son perfectamente conductores y de extensión infinita, con la excepción que la ganancia con un reflector de conductividad finita puede ser aproximada con una debida elección de la resistencia de perdida del elemento alimentado..

(20) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 10. Fig. 1.5 Trazado de la resistencia de radiación en ohms contra espaciamiento del dipolo (S) en longitud de onda (λ).. 1.5 Parámetros de diseño del reflector esquinado La longitud de los elementos del reflector (H) puede ser igual o mayor que 0.6 λ, así logramos que la antena irradie muy poco hacia atrás, lográndose una directividad satisfactoria [10], si la longitud de H es reducida a un valor menor que 0.6 λ la radiación hacia los lados y atrás tiende a aumentar y la ganancia disminuye. Cuando H es reducida a un valor muy pequeño como 0.3 λ, la radiación es poco directiva y el reflector actúa como un director. Otra dimensión determinante es la distancia que existe entre el vértice de la antena y el dipolo (S), si S es muy grande aparecen lóbulos segundarios. Se toma como criterio para el diedro de 900 que 0.25 λ ≤ S ≤ 0.75 λ, pero genereralmente se toma hasta 0.5 λ, porque a partir de este valor comienzan a obtenerse lóbulos secundarios en el patrón de radiación y se pierden las características direccionales deseadas [7]. Por otro lado la S está relacionada con el ángulo del diedro (α=900 o 600) y el largo del reflector. Se toma como criterio que el largo del reflector sea L= 2S. La apertura del reflector esquinado usualmente es 1 λ ≤ D ≤ 2 λ, Ver Fig. 1.6 [2]..

(21) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 11. Fig. 1.6 Diseño de los parámetros del reflector esquinado. Para reducir la resistencia al viento y la cantidad de metal requerido, los reflectores pueden ser sustituidos por rejillas de alambres paralelos. La distancia entre elementos reflectores (G) no debe exceder a 0,2 λ, preferiblemente 0,1 λ las cuales se muestran en la figura 1.7.. Fig 1.7 Reflector Esquinado con rejillas. La alimentación de una antena es la parte más importante de la misma, para la antena analizada usaremos un dipolo de media onda, el cual puede ser doblado o tipo mariposa, en.

(22) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 12. este caso, usaremos el dipolo mariposa, ya que el mismo nos brinda una máxima flexibilidad en todo el rango de frecuencia de la banda UHF y aumenta apreciablemente el ancho de banda.. 1.6 Dipolo mariposa Este dipolo tiene una ganancia positiva porque él no. irradia igualmente en todas. direcciones. El ancho de banda se incrementa cubriendo toda la banda UHF. Consiste en dos triángulos que pueden ser confeccionado con lámina de aluminio de espesor aproximado de 0.0787 in (2 mm.) ver Fig.1.8, o pudiera ser de malla metálica de aluminio cuyos orificios sean siempre menores a 0.1λ. El dipolo mariposa de malla es más eficiente que el de lámina, así se reduce el peso del mismo y tiene menor resistencia al viento.. Fig. 1.8 Dipolo mariposa. Fig. 1.9 Patrón de radiación del dipolo..

(23) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 13. Se ha demostrado en la práctica que el ángulo del triangulo del dipolo mariposa juega un papel importante en determinar la impedancia de la antena, lo cual hay que tener en cuenta para lograr una buena adaptación de impedancia para reducir al mínimo las perdidas en el acople de impedancia (ROE) en dependencia de la línea de bajada al receptor, por lo que definiremos lo siguiente: a) En el caso de Cinta (300Ω) el ángulo sería 600. b) En el caso de usar coaxial de 75 Ω sería de 70 grados o mayor. Por otro lado las hojas del dipolo mariposa pueden ser dobladas a 900 o a un ángulo menor en dependencia de la frecuencia llegando hasta 450, a saber disminuir el ángulo en dependencia de que aumente la frecuencia o mantenerse planas.. 1.7 Elementos directores La antena reflector esquinado puede tener uno o varios elementos aislados llamados, elementos parásitos. La corriente que circula en el elemento alimentado irradia un campo electromagnético, el cual induce corrientes en los "elementos parásitos" de la antena. Las corrientes inducidas en esos elementos reirradian también campos electromagnéticos que a su vez inducen corrientes en los demás. Finalmente la corriente que circula en cada uno de los elementos es el resultado de la interacción entre todos los elementos. La amplitud y la fase de cada corriente dependen de la posición y de las dimensiones del elemento correspondiente [4]. El campo electromagnético irradiado por la antena en cada dirección será la suma fasorial de los campos irradiados por cada uno de los elementos. Esta suma es complicada, porque la amplitud y la fase de la corriente que circulan en cada elemento son diferentes. Además, como la distancia a cada elemento depende de la dirección del punto de medida del campo, la suma dependerá de la dirección..

(24) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 14. Fig. 1.10 Principio de superposición aplicado a los campos electromagnéticos generados por los elementos de la Uda-Yagi.. El ejemplo más simple es: una antena con un elemento alimentado y un solo elemento parásito. Se toma como fase de referencia la fase de la corriente que circula en el elemento alimentado. La fase de la corriente que circula en el elemento parásito dependerá de la distancia entre los dos elementos y de la longitud y diámetro de este último. La magnitud también dependerá de los mismos parámetros, pero en menor medida. Coloquemos el elemento parásito delante del elemento alimentado a una distancia de λ/10 (donde. es la longitud de onda) y ajustemos su longitud para que la corriente tenga un. retardo de fase de [180˚-(360˚/10)]=144˚. En ese caso, el cálculo muestra que la corriente en el elemento parásito es 1,19 veces la corriente en el elemento alimentado. El campo radiado hacia atrás será la suma del campo producido por el elemento alimentado más el campo producido por el elemento parásito. Pero éste último ha radiado con un retardo de 144° y como debe recorrer una distancia adicional de λ/10 sufrirá un retardo adicional de 36°, lo que hace que, hacia atrás, los campos emitidos por los dos elementos estarán en oposición de fase. En cambio, hacia adelante, el campo emitido por el elemento parásito,.

(25) CAPÍTULO 1. ESTUDIO DE LA ANTENA REFLECTOR ESQUINADO. 15. ganará 36° (en lugar de perderlos) y su retardo de fase no será más que 144˚-36˚=108˚. La suma fasorial de los dos campos será máxima. Este tipo de elemento parásito, situado delante del elemento alimentado y que refuerza el campo hacia adelante, se llama director. Los elementos situados detrás y que refuerzan el campo trasero se llaman reflectores. Generalmente se ponen uno o varios directores. Se calculan las posiciones y las dimensiones de manera que las fases de las corrientes resultantes sean tales que la adición de los campos sea mínima hacia atrás y máxima hacia adelante. Para aumentar la directividad de la antena reflector esquinado colocaremos elementos directores delante del dipolo, eléctricamente, el costo de esta directividad es una disminución de la parte resistiva de la impedancia de la antena..

(26) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 16. CAPÍTULO 2. Diseño y Simulación. 2.1 Introducción Las señales de UHF, debido a sus características físicas de transmisión, son inherentemente menos eficientes en su conversión de ondas electromagnéticas a señales eléctricas utilizadas por el receptor de TV, y están sujetas a más pérdidas debido a las condiciones de propagación que las señales de VHF. Por lo antes mencionado la recepción de UHF requiere más atención en el diseño e instalación de la antena. La diferencia más evidente entre las antenas de VHF y UHF es el tamaño, un dipolo de media onda para el canal 2 será 10 veces más grande que para el canal 28. El objetivo principal de este capítulo es el de diseñar una antena reflector esquinado con elementos directores y dipolo mariposa, para la obtención de una ganancia de 11 a 13 dBi y lóbulo único. Además de elaborar un material que establezca recomendaciones para el diseño de este tipo de antenas para mejorar ganancia, ancho de banda, y coeficiente de radiación trasera, se exponen las generalidades para el diseño. Dicho lo anterior, se procede en este capítulo a mostrar especificaciones sobre los diseños seleccionados como objeto de análisis, y se presentan los resultados obtenidos en su simulación..

(27) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 17. 2.2 Diseño del dipolo mariposa Para realizar el diseño de la antena propuesta es necesario partir del dipolo doblado. Este dipolo es más económico y la obtención de los materiales necesarios es mas fácil, por otro lado nos da fiabilidad en la predicción de su comportamiento, se obtiene buena ganancia, presenta relativamente alta impedancia, pero su limitación fundamental es que es cortado para una sola frecuencia, sin embargo con el dipolo mariposa se aumenta el ancho de banda lográndose un mejor comportamiento de las características de impedancia y directivas para todo el rango de frecuencia, así como una buena ganancia para esa banda, además de aumentar la (F/B), todo esto se puede lograr mediante la modificación de distintos parámetros en el dipolo como son: la longitud del dipolo, el ángulo del triángulo, el espacio de aire del punto de alimentación, así como el ángulo de inclinación, si es doblado. No existe una fundamentación teórica hasta el momento para diseñar el dipolo mariposa. Se proponen valores a la longitud del dipolo en función de la longitud de onda (λ), simulando continuamente para ver el comportamiento del mismo, y así llegar a un diseño adecuado en cuanto a ROE, ganancia, ancho de banda y coeficiente de radiación trasera(F/B). El dipolo mariposa puede ser recto o doblado como ya se había mencionado en el capítulo anterior, el diseño seleccionado se realiza con el dipolo doblado ya que con este se obtienen mejores resultados en cuanto a la ganancia y la razón de onda estacionaria. Es necesario puntualizar que el ángulo del triángulo del dipolo juega un papel fundamental a la hora de obtener los principales parámetros, así como el espacio de aire del punto de alimentación, ese espacio de aire no debe ser mayor que λ/10, según el valor tomado, el cual varía el comportamiento de ROE y la impedancia del punto de alimentación, buscando así un buen acople de impedancia con la línea de 300 ohm, ver Fig. 2.2. En el próximo epígrafe, se explica sobre estos posibles cambios, y lo que implica hacer los mismos para el comportamiento de la antena..

(28) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 18. Fig. 2.2 Principales parámetros del dipolo mariposa Esta figura muestra las principales consideraciones para diseñar el dipolo mariposa. Es bueno aclarar que no son directivas, sino recomendaciones para lograr lo que se desea en el diseño. Debido a la experiencia alcanzada, no existe un único criterio de diseño para el dipolo mariposa.. 2.2.1 Selección del diseño del dipolo mariposa Para. seleccionar el ángulo del triángulo (α) se tiene presente el tipo de línea de. alimentación al receptor. En este caso usaremos cinta bifilar de 300Ω, por su accesibilidad en nuestro país y su fácil instalación. Los ángulos seleccionados serían menores o iguales que 60 grados. Las pruebas realizadas variando los ángulos muestran que a medida que disminuye el mismo, se pierde en ganancia, y además, se logra aumentar la impedancia. Se escogió el dipolo con ángulo del triángulo de 45 grados, porque a pesar de no tener la mejor ganancia, su valor nos da una solución de compromiso con respecto a los ángulos superiores a él, además aumenta la F/B, y también su impedancia. Esta elección se realiza de acuerdo a lo que se quiera lograr en el diseño. Los parámetros analizados no van a aumentar o disminuir a la vez los diferentes parámetros. Si mejora el comportamiento de uno, el otro puede empeorar, quedaría a elección del diseñador lo que desea sacrificar. También es necesario comprobar como se comportan los diferentes parámetros para el ancho de banda completo, porque puede pasar que el que ofrece mejores resultados en la ROE, los valores de (F/B) y la ganancia no son los más adecuados para la banda..

(29) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 19. Se escogió para la longitud (L) del dipolo un valor de 0.92 λ, con vistas a cumplir con los parámetros de ROE, ganancia y F/B. Para ello, se realizó la simulación para ver el comportamiento de los mismos con distintas longitudes, no obstante se recomienda empezar con un valor de 0.45λ. Después de las pruebas y simulaciones realizadas con la longitud del dipolo se puede ver que a medida que aumentamos la longitud del dipolo este va a aumentar su ganancia. El dipolo mariposa empleado es doblado como se había mencionado, se tomó un rango de inclinación para este ángulo (θ) de 90 a 180 grados. Se ha comprobado, que a medida que aumenta el ángulo de inclinación, se pierde en ganancia, además de disminuir la impedancia. El ángulo seleccionado en el diseño es de 90 grados. Otro parámetro importante para seleccionar es el espaciamiento de aire del punto de alimentación (a), se escogió un valor de 0.08λ (0.04 m), a medida que incrementamos el espacio de aire de la alimentación, la impedancia del punto de alimentación aumenta y además disminuye la ganancia. Para este valor específico, comparado con 0.04λ (0.02 m) ofrece un aumento en la F/B, y como no cambia mucho su comportamiento en cuanto a los demás parámetros se opta por él. A continuación se muestra el diseño seleccionado y sus características en la Fig.2.3.. Fig. 2.3. Ángulo del Triángulo del dipolo a 45 grados. Este diseño presenta una ROE de 1.56, ganancia de 10.44 dBi y F/B de 2.28 dB..

(30) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 20. 2.3 Diseño del reflector esquinado El reflector esquinado tiene su fundamentación teórica para el diseño de sus dimensiones. Sus parámetros pueden variar en dependencia de lo que desea lograr el diseñador. Se emplea el reflector con rejilla de alambres paralelos, como se mencionó en el capítulo anterior. Con este modelo se reduce la cantidad de metal requerido para su construcción, disminuyendo además, la resistencia al viento. Para comenzar el diseño, se elige la frecuencia central a la que se desea operar, que en este caso es de 600MHz. Teniendo esta frecuencia, se procede a hacer los cálculos para hallar el espaciamiento (S), al cual debe estar colocado el dipolo, la longitud del brazo del reflector (L), la cantidad de rejillas que este emplearía, así como su longitud (H), y el espaciamiento entre las mismas (G). Para obtener un diseño que cumpla con los parámetros que el diseñador desea, primero se parte de las dimensiones mínimas para cada longitud. Para hacer las pruebas correspondientes, es necesario tener definido el dipolo, es decir por lo menos uno básico, para poder simular y hacer comparaciones de los cambios realizados. En este caso se realizó con el dipolo mariposa antes descrito. Se escogió una S de 0.5λ, a partir de este valor, se comienzan a obtener lóbulos secundarios, sin embargo, en las simulaciones realizadas, este valor no muestra casi lóbulos secundarios en el patrón de radiación comparado con 0.25λ y 0.35λ. Es importante resaltar que a medida que se incrementa S, la parte resistiva de la impedancia del punto de alimentación de la antena y la ganancia aumenta debido a que se debilita el acoplamiento electromagnético entre el dipolo y el reflector. La longitud de las rejillas es de 1.8λ, el valor inicial que se tomó fue de 0.6 λ, para llegar a este valor, se incrementó progresivamente la longitud de las rejillas. Los resultados de las simulaciones muestran que al aumentar la longitud de las rejillas del reflector, aumenta la parte resistiva de la impedancia de la antena, así como el coeficiente de radiación trasera y es más directiva, claro, esto tiene sus limitaciones, mientras mas grandes sean estos valores, es más cara la antena. Por otra parte, el espaciamiento entre las rejillas se tomó de.

(31) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 21. 0.1λ. Mientras menor sea el espaciamiento entre las mismas, el reflector se comporta como si fuera una lámina, captando así la mayor cantidad de señal. En el próximo epígrafe se muestra el diseño elegido, con las características descritas, así como los resultados que ofrece la simulación.. 2.4 Presentación del diseño seleccionado A continuación se presenta el diseño de la antena reflector esquinado con dipolo mariposa doblado, es un diseño relativamente sencillo, de dimensiones asequibles para su fabricación y montaje, de poco peso, y que ha sido implementada para ser alimentada con línea bifilar (Zo = 300Ω). Para escoger el diseño, se tuvo en cuenta el comportamiento del dipolo con el reflector. Las dimensiones de los dipolos y el reflector se determinaron previamente en los epígrafes anteriores. El diseño escogido es para el dipolo con ángulo del triangulo de 45 grados como muestra la Fig. 2.4.. Fig. 2.4 Antena reflector esquinado con dipolo mariposa (ángulo de 45 grados).

(32) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 2.5. 22. Simulación. En la simulación de las diferentes variantes de las antenas se utilizó el software utilitario MMANA. Sólo se tomarán en cuenta los resultados más significativos como son los de la ROE, la G, la (F/B), el Patrón de radiación y la Impedancia de la antena.. 2.5.1 Resultados Comportamiento de la ROE Es frecuente en muchos diseños de una antena, que la ROE tome valores entre 1 y 2, sobre todo en antenas transmisoras. El valor más alto que toma la ROE en este rango de frecuencias es de 2.62 sin embargo, teniendo en cuenta lo difícil que es mantener este parámetro en límites adecuados a lo largo de un ancho de banda tan grande son aceptados estos resultados, además el comportamiento de la antena no puede ser el mismo para todo el rango de frecuencia. A medida que se aleja de la frecuencia central, este va a cambiar su comportamiento. Ver Fig. 2.5. Fig. 2.5 ROE vs frecuencia.

(33) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 23. 2.5.2 Resultados Comportamiento de la G y la (F/B) Para valorar una parte importante del desempeño de una antena existen dos parámetros importantes, la ganancia y la (F/B). En la Fig. 2.6 se muestra su comportamiento para distintos rangos de frecuencia.. Fig. 2.6 G y (F/B) vs frecuencia.. 2.5.3 Patrón de radiación. Fig. 2.7 Patrón de radiación..

(34) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 24. Como se observa es un patrón que presenta direccionalidad en el sentido positivo del eje “x” y su lóbulo principal está conformado, aunque se puede lograr que sea más directivo.. 2.5.4 Impedancia de la antena. Fig. 2.8 Impedancia vs frecuencia Aquí podemos ver como la parte real se va acercando lo más posible a 300 ohms y la imaginaria va mejorando su valor y se acerca a cero. Las características de la antena pueden mejorar si colocamos elementos directores. Estos elementos, de longitud progresivamente menor alejándose del dipolo excitado y espaciadas a distancias precisas, hacen que la onda siga el camino correcto hasta llegar al elemento excitado, además influyen sobre la impedancia de la antena. Con cada elemento parásito que se le agrega (por delante) aumenta la direccionalidad de la antena y más cerrado es el ángulo de recepción, aumentando la impedancia de la antena, así como la ganancia, lográndose obtener un haz más formado hacia la dirección deseada..

(35) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 25. 2.6 Diseño de los elementos directores Para llegar a un valor deseado para los elementos directores, primero se establece un criterio de diseño para los mismos, partiendo del criterio para las antenas Uda Yagi [12]. (Ver anexo). La longitud del primer director es 4% menor que la del dipolo, si existe un segundo elemento director, éste sería 3% menor que el primer director, la separación entre el dipolo y el primer director típica es de 0.1λ y el espaciamiento entre los directores puede llegar hasta 0.25λ [4]. Hay que tener en cuenta que la antena reflector esquinado no es una antena Uda-Yagi, por tanto no se toma estrictamente el criterio de diseño de la misma. Se hicieron variaciones en las longitudes antes descritas para ver el comportamiento de la misma. En el capítulo anterior se mencionó que el costo de ganar en directividad es la disminución de la parte real de la antena, pero existen determinadas características de los elementos directores que pueden revertir este problema como son la separación del dipolo y el primer director y el espaciamiento entre los mismos, de existir más de un director. Se tomó para la separación entre el dipolo y el primer director 0.18λ (0.09m), se puede concluir que a medida que aumentamos esta separación, aumenta la impedancia de la antena, así como su ganancia. No podemos aumentar esta separación arbitrariamente sin tener en cuenta el comportamiento de la antena para los otros parámetros. La elección de cualquier valor por el que diseña debe ser teniendo en cuenta hasta donde puede llegar para no sacrificar en gran medida los otros parámetros. La longitud de los directores son de 0.3λ (0.150m), 0.29λ (0.148m), y 0.292λ (0.146m). Las simulaciones arrojaron que al disminuir la longitud de los directores, ésta antena se va a comportar más directiva, dado que el lóbulo principal será menos ancho y por tanto mas enfocado en una dirección lineal. La separación de los directores juega un papel importante, esta debe ser mayor que la separación entre el dipolo y el primer director, para este caso se tomó de 0.2λ (0.1m), ya que al aumentar la misma, la impedancia de la antena se incrementa así como su ganancia, siempre teniendo en cuenta que una mejoría en estos parámetros significaría el deterioro de los otros. La Fig. 2.9 muestra la antena con elementos directores..

(36) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 26. Fig. 2.9 Antena reflector esquinado con dipolo mariposa y elementos directores. En el próximo epígrafe se muestran las gráficas para la antena analizada con los elementos directores.. 2.6.1 Impedancia de la antena. Fig. 2.9 Impedancia vs. Frecuencia.

(37) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 27. En esta gráfica se demuestra la ventaja de elementos directores, como se nota comparada con la gráfica sin los mismos, hay un aumento de la impedancia, acercándose aún más la parte real a 300 ohms y la imaginaria a pesar de sus cambios, el comportamiento mejora y tiende a cero en la segunda mitad del rango de frecuencia.. 2.6.2 Resultados Comportamiento de la ROE. Fig. 2.10 ROE vs. Frecuencia Aquí podemos ver como la ROE disminuye para todo el rango de frecuencia, por ejemplo en la gráfica del epígrafe anterior para la frecuencia de 450 MHz toma un valor de 2.62 aunque fue variando el mismo y se mantuvo por debajo de él, es bueno aclarar que para la frecuencia de 600 MHz tomó un valor de 1.39, sin embargo, con los elementos directores, el comportamiento es mucho mejor, para la frecuencia de 450 MHz toma un valor de 2.56, valor que disminuye para todo el rango de frecuencia y no llega a 2.5. Para la frecuencia de 600 MHz la ROE toma un valor de 1.19..

(38) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 28. 2.6.3 Resultados Comportamiento de la G y la (F/B). Fig. 2.11 G y (F/B) vs. Frecuencia.. Como se puede observar si aumenta la ganancia disminuye la (F/B), de forma general, y comparando los resultados de la simulación con elementos directores, podemos ver como con la inclusión de los mismos en la antena, mejora el comportamiento de la ganancia y (F/B). En este caso, la ganancia llega a tener un valor de 14.36 dBi, mientras que en el otro diseño llega a 13.07 dBi. La (F/B) mantiene un comportamiento más estable para el rango de frecuencia, dado que en la segunda mitad del rango de frecuencia, ésta comienza a disminuir su valor, llegando a 19.25dB, mientras que sin directores este valor es de 17.95 dB. Podemos concluir que con elementos directores, la ganancia y (F/B) incrementan su valor..

(39) CAPÍTULO 2. DISEÑO Y SIMULACIÓN. 29. 2.6.4 Patrón de radiación. Fig. 2.12. Patrón de radiación.. Ya se había logrado con el otro diseño formar el lóbulo principal, la inclusión de elementos directores provoca que el lóbulo principal sea menos ancho, ganando así directividad en la antena. En este capítulo, se recomienda un método de diseño para hallar los parámetros fundamentales del dipolo mariposa, se exponen los pasos a seguir, para el diseño del reflector esquinado y elementos directores. También se observa el comportamiento de ROE, ganancia, F/B, e impedancia, en un rango de frecuencia, mediante las gráficas expuestas en el capítulo. Se puede concluir, que se logra cumplir con los objetivos planteados para el capítulo, dado que se logra diseñar una antena reflector esquinado con elementos parásitos y dipolo mariposa para la banda UHF , con un rango de ganancia entre 11 y 13 dBi y lo más directiva posible..

(40) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS PRÁCTICOS DE LA ANTENA. CAPÍTULO 3.. 30. Análisis de los resultados prácticos de la antena. 3.1 Introducción Seleccionar la antena adecuada para la recepción o transmisión de señales de TV, puede ser una tarea engorrosa, debido a la variedad de posibilidades que ofrece cada diseño. Los aspectos a tener en cuenta, a la hora de escoger una antena para TV, son los parámetros y características abordados en el capítulo 2, los cuales fueron tomados en cuenta para el análisis de los resultados de las simulaciones realizadas a los diferentes diseños. Además no se puede olvidar la distancia de cobertura de la antena, es decir, la máxima distancia entre la antena transmisora y receptora a la que todavía esta última es capaz de captar la señal con calidad. También puede ser tomado en consideración sus características constructivas de acuerdo al lugar de emplazamiento. El objetivo de este capítulo, es exponer los resultados de las. mediciones prácticas. realizadas, a la antena Reflector Esquinado con elementos parásitos y dipolo Mariposa escogida, para validar los resultados teóricos de la simulación.. 3.2 Medición de la Antena Para realizar las mediciones prácticas, primero es necesario la fabricación física del prototipo, que permita corroborar los resultados teóricos obtenidos en la etapa experimental, con los prácticos de las mediciones físicas realizadas al mismo. La fabricación de la antena se realizó en la Empresa de Antenas de Villa Clara. Las dimensiones de la misma fueron dadas exactas por el diseño propuesto, para lograr el mejor resultado posible. (Ver anexo). Las mediciones de campo pueden realizarse usando el equipo adecuado como el medidor de intensidad de campo, analizador de espectro, etc..

(41) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS PRÁCTICOS DE LA ANTENA. 31. Estas mediciones prácticas, es más conveniente realizarlas con la antena en modo de recepción, dado que con el modo de transmisión se necesitaría un generador de potencia para poder trasmitir. Como la antena de prueba es recíproca, las características del modo de recepción son idénticas a las del modo de transmisión en la antena. La antena debe cumplir un primer requisito, es que la medición se realice a una distancia suficientemente grande para cumplir la condición de campo lejano. Otra condición es la altura a la cual se debe medir, para minimizar las reflexiones indeseadas desde el suelo, la antena se colocó a una altura de 5 metros. Los parámetros que describen mejor el comportamiento de la antena, es el patrón de radiación, la ganancia, la directividad, eficiencia, la impedancia, la distribución de corriente y la polarización. Se dispone en la Empresa de Antenas de Villa Clara del medidor de intensidad del campo, con el mismo se puede medir la intensidad el campo eléctrico de la antena. Para realizar esta medición la antena debe haber sido acoplada al medidor por la “toma de la antena”, luego se escoge la banda en la que está el canal de TV a medir, posteriormente se fija el canal mediante sus dos selectores, dependiendo de la banda donde se encuentre el mismo, el valor de la intensidad del campo se da en dB (µv/m). El medidor tiene dos escalas, una para VHF y otra para UHF, en este caso se selecciona para la banda de UHF. De no ser suficiente el valor de plena escala se pueden utilizar los atenuadores implementados en el instrumento, entonces la medición final sería la suma de lo que muestra la aguja y el valor del atenuador seleccionado.. 3.3 Resultados prácticos Las mediciones realizadas fueron hechas a las frecuencias en las que se transmiten los canales de Santa Clara, se ofrecen los datos de estos transmisores en la tabla 3.1..

(42) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS PRÁCTICOS DE LA ANTENA. Ch. Pt (kW). Frecuencia. Tipo. de Patrón. (Mhz).. Antena. Radiación. 32. de G(dBi). 14. 20. 470-476. Dipolo- Panel. Omnidireccional 16.5. 20. 20. 506-512. Dipolo- Panel. Omnidireccional 16.5. 57. 0.3. 728-734. Dipolo- Panel. Omnidireccional 3. Tabla. 3.1. Datos de los transmisores para los canales de Santa Clara. A continuación se muestran en la tabla 3.2 los valores correspondientes a cada canal para el lugar en el que se realizó la medición de intensidad de campo expresados en dB (µv/m).. Lugar de la medición. Ch 14. Ch 20. Ch 57. Empresa de Antenas.. 88. 91. 70. Tabla 3.2. Valores de intensidad de campo de la Antena Reflector Esquinado.. Para realizar un análisis de los resultados de las mediciones de la antena es necesario partir de un punto de referencia, en cuanto a valores deseados de la magnitud medida. Estos valores ofrecidos por Radio Cuba, y que corresponden a una recepción de la señal con calidad son los siguientes: para los canales 14 y 20 el valor de campo mínimo es de 65 dB (µv/m) dado que se encuentran en la banda IV, esta banda posee una gama de frecuencia de 470-582 MHz..

(43) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS PRÁCTICOS DE LA ANTENA. 33. Para el 57 el valor de campo mínimo será de 70 dB (µv/m), este canal se encuentra en la banda V con gama de frecuencia de 582-960 MHz. Se puede afirmar que las mediciones prácticas realizadas a la antena muestran que la recepción para los canales 14 y 20 es muy buena, en los dos casos la magnitud de campo se encuentra entre 88 y 91 dB (µv/m) respectivamente de 65 dB (µv/m) que debe tomar como mínimo. La recepción del canal 57 es muy buena también, el valor arrojado por la medición fue de la mínima que puede tomar este canal que es de 70 dB (µv/m), es necesario aclarar que este resultado es satisfactorio dado que el canal 57 es trasmitido solo con 300 W de potencia. Como se puede observar estos valores arrojados por las mediciones no corresponden a los de la simulación ya que en la simulación se obtiene la ganancia de antena y en la medición se obtiene la intensidad del campo eléctrico en la zona lejana o de radiación.. Estos resultados pudieron ser mucho mejores, debido a que las condiciones de las mediciones no fueron las más idóneas, estas se realizaron con las condiciones atmosféricas no ideales, además la antena se colocó solo a una altura de 5 metros. Mientras más grande sea esta altura, mejor será el comportamiento de la antena, porque se evitan completamente las reflexiones indeseadas desde el suelo, también las reflexiones provocadas por obstáculos como paredes y edificios. Lo ideal para la medición, es seleccionar un campo abierto para la realización de la misma o un tejado como sitio de medida. El diseño de una antena reflector esquinado y de otros tipos de antenas conlleva a un proceso largo y difícil, dada la cantidad de parámetros, que se deben tener en cuenta para obtener un prototipo con ganancia, ROE, F/B óptimas para recibir o trasmitir con calidad, las señales de televisión. La selección de toda antena depende de las condiciones particulares de cada destino final como son: el entorno geográfico en el que va a ser instalada, la distancia hasta la torre de transmisión, la presencia de otras antenas transmisoras en la vecindad que puedan ser fuente de interferencias, etc, de forma tal que la elección depende del cliente. El objetivo de este capítulo se cumplió satisfactoriamente,.

(44) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS PRÁCTICOS DE LA ANTENA. 34. ya que se logró validar los resultados teóricos de la antena analizada con respecto a los valores de intensidad de campo mínima dadas por Radio Cuba para cada canal de TV en la banda de UHF en Santa Clara..

(45) Conclusiones y Recomendaciones. 35. Conclusiones 1. La implementación del dipolo mariposa es un proceso viable que mejora el comportamiento de las características de la antena para todo el ancho de banda a diferencia del dipolo doblado. 2. Con el análisis comparativo de los parámetros de las antenas (longitud de los diferentes elementos, espaciamientos entre los mismos, ángulo de inclinación, etc.), se puede seleccionar el diseño óptimo (en cuanto a ganancia, ROE, F/B, patrón de radiación e impedancia) para satisfacer las necesidades del cliente. 3. En el presente trabajo se logra el diseño, simulación y construcción de la antena reflector esquinado con elementos parásitos y dipolo mariposa, con el empleo de los materiales necesarios para su fabricación, evitando el gasto innecesario de recursos.. Recomendaciones 1. Se recomienda realizar mediante el estudio y diferentes pruebas, la fundamentación teórica del dipolo mariposa para hallar los principales parámetros del mismo.. 2. Continuar realizando nuevos diseños teniendo en cuenta los resultados prácticos alcanzados y la confrontación con otros métodos y herramientas.. 3. Que el presente trabajo sirva como fuente de estudio e información para estudiantes de esta Facultad, debido a que presenta información sobre la teoría y el diseño de antenas Reflector Esquinado con Elementos Parásitos y Dipolo Mariposa..

(46) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 36. Referencias Bibliográficas. [1] BALANIS, C. A. (1996) Antennas Theory, Analysis and Design, New York, Wiley. [2] Balanis, C.A. (2005) .Antenna Theory: Analysis and Design, third edition, John Wiley & Sons, pp 883-884. [3] Burberry, R.A (1992) “VHF and UHF Antennas”, IEEE Electromagnetic Wave Series 35, Peter Peregrinus ltd., 113-114. [4] Electrónica (2000)"Antenas de televisión". Disponible en: http://www.electronica2000.com/temas/antenas.htm [5] GHEZZI, M. R. (2006) "Antenas"[En línea].Disponible en: http://www.solred.com.ar/lu6etj/tecnicos/handbook/index.htm/ [6] IN PRACTICE, R. R. (1998) "Folded Dipoler for VHF/UHF yagis"[En línea].Disponible en: http://www.ifwtech.co.uk/g3sek/dig-yagi/dipoles.htm [7] Johnson, R.C. And Jasik, H.: (1984).”Antenna Engineering Handbook”, second edition, McGraw-Hill Book Company. [8] JORDAN, E. C. (1978) "Ondas Electromagnéticas y Sistemas Radiantes", Segunda Edición, Madrid, Paraninfo. [9] Junior, A.G.M. (2005) “Algoritmos Genéticos Aplicados y Síntesis de antenas”. Disponible en: www.ene.unb.br/antenas/Arquivos/amauri.pdf . [10] KRAUS, J. D. (1966) “Antennas”, Edición Revolucionaria, pp328- 336. [11] KRAUS, J. D. (1988) Antennas, New York, McGraw-Hill. [12] León, D.S (1969) "Antenas de televisión", tercera edición, Madrid, Paraninfo. [13] Montevideolibre (2007) “antenas y diagramas (patrones de radiación)”. Disponible en: http://www.montevideolibre.org/manuales:libros:wndw:capitulo_4:antenas_y_diagramas [14] Northwestern (2003) "Initial three-dimensional finite-difference time-domain"..

(47) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 37. Disponible en: http:// www.ece.northwestern.edu/ece faculty/taflove/Paper77.pdf [15] OLVER, A.D., and STERR, U.O. (1997) “Study of corner reflector antenna using FDTD”.pp.334–337.Disponible en: http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=/iel3/4812/13333/00608585.pdf?arnumber=608585. [16] Sterr, U.O. Olver, A.D. And. Clarricoats, P.J.B (1998): “Variable beam width corner reflector antenna”. Disponible en: www.iee.org/publish/support/auth/elsamp.pdf o’ http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=/iel4/2220/15043/00683778.pdf?arnumber= 683778. [17] TAFLOVE, A.: (1995) “Computational electrodynamics” (Artech House, Norwood, MA,). [18] WAIT, J.R.: (1954) “On the theory of an antenna with an infinite corner reflector”, Can. J. Phys. Disponible en: http://pubs.nrc-cnrc.gc.ca/rp-ps/issueDetail.jsp?jcode=cjp&vol=32&is=6&lang=eng [19] XE3RN, W. (2006) "Diseño de Antenas"[En línea].Disponible en: http://www.qsl.net/xe3rn/antenas.htm.

(48) GLOSARIO DE ACRÓNIMOS. 38. Glosario de Acrónimos. 3D. Tres dimensiones.. 2D. Dos dimensiones.. (F/B). Front to back rate (razón front to back o frente/espalda).. G. Ganancia de la antena.. (G). Distancia entre elementos reflectores. ROE. Razón de onda estacionaria.. SHF. Super High Frequency (super alta frecuencia). TV. Televisión.. UHF. Ultra High Frequency (ultra altas frecuencias).. VHF. Very High Frequency (muy altas frecuencias).. Vs. Versus (contra).. Zo. Impedancia característica.. λ. Longitud de onda.. FDTD. The finite difference time domain (dominio del tiempo de diferencia finita).. QMW. Queen Mary and Westfield.. S. Distancia entre el vértice de la antena y el dipolo.. L. Largo del reflector.. D. Apertura del reflector esquinado..

(49) GLOSARIO DE ACRÓNIMOS. H. Longitud de los elementos del reflector.. HPBW. Ancho del haz entre puntos de mitad de potencia.. (α). Angulo del triángulo del dipolo mariposa.. (L). Longitud del dipolo.. (θ). Angulo de inclinación del dipolo mariposa.. (a). Espacio de aire de la alimentación.. W. Watt.. 39.

(50) ANEXO. Anexo I Tabla utilizada para el diseño. Tabla 10.6 del libro de texto [Antenna Theory Analysis and Design Tomo 2].. 40.

(51) ANEXO. Anexo II. Presentación de la antena prototipo. 41.

(52)