Analisis y diseño de antenas

Análisis, Diseño, Construcción y Medición de Antenas Helicoidales para 2.4 GHz sobre Aeroplataforma de Comunicaciones Globo-Antena (HAPS).
Hugo Durney W.1
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Jean-Yves Gautier C.2 Fernando Ulloa V.1

Universidad Tecnológica Metropolitana, Departamento de Electricidad. Av.José Pedro Alessandri 1242, Edif. Fac. de Ingeniería of. Nº19, Santiago, Chile. Fono : 56-2-7877071 ; Fax: 56-2-7877119;E-mail: hdurney@utem.cl ; cesar.castro.g@gmail.com
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Centro de Estudios Espaciales (CEE), Universidad de Chile Tupper 2007, 6° piso, Edif. Ingeniería Eléctrica Fono : 6981702, E-mail : jyves@ing.uchile.cl 1.1 Modelo general del sistema proyectado
El modelo general del sistema y escenario de cobertura en que estas antenas habrían de cumplir su rol se muestra en la figura 1, donde seestablecen las condiciones generales del esquema de radiocomunicación que el proyecto pretende implementar. Se aprecian 3 zonas de cobertura para acceso de usuarios dispuestas como celdas en 120° y limitadas cada una de ellas por un nivel típico de sensibilidad establecido como -80dBm (10 pW) para las interfaces inalámbricas más comunes de tipo 802.11b que se supone tendrán los usuarios en tierra. Eneste modelo de aplicación, la aeronave cuenta con un compartimiento de carga especialmente diseñado para llevar los equipos de radiotransmisión capaces de establecer la cobertura y enlace de las tres zonas de usuarios. Así el enlace principal, que consiste en un enlace direccional en base a un reflector parabólico centrado (en color rojo) conecta al switch (SW) nodal en la aeroplataforma con unacceso a Internet de banda ancha en tierra. Para ello se utilizarán equipos de norma 802.11g cuya velocidad nominal máxima es de 54 Mbps. A su vez, en el globo, el switch alimentará a tres access point (AP) que generan respectivamente las zonas de cobertura (definidas en azul) para brindar un servicio con compatibilidad de norma 802.11b, cuya velocidad nominal máxima es de 11 Mbps. Es importanteseñalar que lo observado en la figura 1 no constituye el único esquema de aplicación de esta infraestructura. De hecho, prescindiendo del enlace principal también tendría sentido el establecer una red local que permitiese enlazar equipos y usuarios ubicados ya sea dentro de la misma celda de cobertura o bien entre diferentes celdas, generando así una red inalámbrica de cobertura ampliada (wirelessWAN) bajo el globo. De esta manera, se distinguen dos enlaces que deben coexistir y operar simultáneamente para servicios que, aunque utilizan básicamente el mismo soporte de radiocomunicaciones, operan para distintos objetivos. Por ello es fundamental lograr minimizar la interferencia que pueda naturalmente surgir entre los distintos enlaces, ya sea interferencia por lóbulo principalsecundario ointerferencia entre antenas a través de sus lóbulos secundarios. Existirá un grado inevitable de interferencia al estar todas las antenas situadas en un entorno relativamente pequeño determinado por la estructura de soporte en el globo. Las estrategias básicas para mitigar dicha interferencia apuntan a lo siguiente: a) El enlace principal consta de una antena helicoidal dispuesta como alimentadoren un reflector parabólico. Debido a la expectativa de manejo óptimo del ancho de banda disponible, este enlace requiere mayor directividad y ganancia que los enlaces dedicados a ofrecer cobertura a los usuarios, los cuales deben ser menos directivos y administrar menores velocidades.

Resumen
El presente artículo resume aspectos relevantes del diseño e implementación de antenas helicoidalespara la banda de 2.4 GHz y los enlaces inalámbricos definidos para el modelo de cobertura del proyecto HAPS1. Se presentan y aplican los elementos teóricos para el diseño de las antenas y se contrastan los resultados obtenidos a través de modelos de simulación numérica con aquellos obtenidos experimentalmente a través de los procedimientos de medición y calibración aplicados en este desarrollo....