Antena elicoidal

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Antena Helicoidal

Se decidió diseñar e implementar, la construcción de una antena, ya que para poder tener un mejor rango de alcance entre la UCP y la silla de ruedas robótica, se necesita aumentar la ganacia de la misma, por consiguiente se diseña una antena Helicoidal ya que su construcción es fácil, y su costo es bajo.
Las fórmulas para los cálculos de la antena helicoidal, son sacadas dellibro de Contantine A. Balanis, capitulo 10, en la figura se observa la antena helicoidal con sus variables, donde D es el diámetro de la antena, S la distancia entre cada espira, L el largo de la antena, asumiendo las formulas del libro de Balanis, lo primero que se halla es λ.

 

Las unidades de los resultados de todas las fórmulas están expresadas en metros, obteniendo λ, se halla eldiámetro de la antena:
 

El diámetro de la antena según la fórmula es de 3.97 cm, pero para aspectos prácticos es complicado construir la antena con ese diámetro, ya que se utilizará de un tubo de PVC para su construcción, para esté caso el tubo que se encuentra comercialmente es el de 4.3 cm, los cálculos en adelante se harán con esté valor de diámetro, para tener resultados más aproximados.
Comose ve en el triangulo de la figura, C es la circunferencia de cada hélice, y está expresada por medio de la siguiente formula

Basándose en el libro de Balanis el ángulo α tiene que estar entre 0º < α < 90º, se asume como:

Luego se halla el valor de S
 

El valor de S es la distancia entre cada hélice, para esté caso se aproxima a 4.0 cm., para facilidad en la construcción de laantena, finalmente, se asume un número de vueltas N, para hallar la ganancia que tendrá la antena, se utiliza la formula.
 

La ganancia de la antena helicoidal el de 10 dbi, teniendo en cuenta que la ganancia de las de fábrica del router es de 2 dbi, se garantiza un mayor rango de cobertura al sistema. Para hallar el L, que es el largo que tiene la antena es:
 

La antena tendrá un largo de 56cm, según el libro de Balanis el grosor del cable puede ser de 1 mm, por lo que se utiliza alambre de cobre de calibre AWG 14., que mide un poco mas de 1 mm de grosor. La impedancia de la antena está dada por, la formula:
 

 
Pero está impedancia es bastante alta ya que se le acoplará una línea de transmisión de 50 Ω de impedancia, por lo tanto se conecta un stub para acoplar la línea detransmisión.

En el libro de Neri Vela en el capitulo 2, de líneas de transición acoplan las impedancias de la siguiente forma, utilizando la formula

 
La impedancia del stub es de 86.6 Ω, que para efectos prácticos y reales se aproxima a 90 Ω, con una distancia de λ/4 de la antena a la línea de transmisión. Para el reflector de la antena en el libro de Balanis se calcula como 1.1 λ, lo cual daun reflector de unos 13 cm de diámetro.

Para la construcción de la antena helicoidal, después de hacer los cálculos respectivos, se procede a la construcción de la misma, para esto se necesita los siguientes materiales:

• 0.60 metros de tubo de PVC de 40 mm del que se utiliza en desagües.
• 1 tapa de 40 mm de PVC. (tapón para el tubo de PVC).
• 1 tapa de 150 mm de PVC (o una pieza deplástico grueso o madera de similares dimensiones).
• Un círculo de 130 mm de diámetro o una pieza apropiada de aluminio o similar.
• cable de cobre esmaltado de 1 mm de diámetro (AWG 14).
• Un conector tipo N de montaje en panel.
• Una lata de aluminio.

El primer paso en la construcción de la antena es cortar el tubo de PVC del largo que se necesita, que en esté caso es de 60 cm, una vezcortado se procede a la elaboración de una plantilla que sirve de guía para la hélices de la antena, esto se hace con una hoja de papel, teniendo en cuenta el ángulo que es de 16º, y la distancia entre cada hélice como se ve en la figura:

 

Luego se enrolla el cable de cobre por la guía de la plantilla para esto se utiliza un buen pegante, se recorta de la lámina de metal el círculo de 13 cm...
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