Antena Helicoidal Wifi 2.4 GHz

DEFINICIÓN
La antena helicoidal fue inventada por el físico John Kraus en 1947. Según él lo describe, su idea surge al escuchar la presentación de otro físico acerca de cómo un electrón que es lanzado por una “hélice”, o solenoide, de cierto ancho amplifica las ondas viajando por medio de él. Al ver esto decidió hacer pruebas para probar si esta misma teoría podía ser aplicada a las ondaselectromagnéticas.
La antena helicoidal, es una configuración práctica de una radiación electromagnética, que está formada por un hilo de alambre espiral formando una hélice. Es una evolución del monopolo vertical, en la cual ha sido modificado para tomar la forma de un solenoide.
Este tipo de antenas sus características principales como: polarización circular, impedancia y ganancia sobre un rango defrecuencia de banda ancha, la han convertido en una de las más utilizadas en la actualidad, sobretodo en comunicaciones.
La hélice es usualmente conectada al centro del conductor de una línea de transmisión coaxial en el punto de alimentación con el conductor exterior o malla de la línea atada al plano tierra.
Existen algunas ventajas en cuanto a este tipo de antenas, la helicoidal, por supolarización circular permite independencia entre la calidad de los enlaces y la orientación de las antenas.
El elemento reflector aporta una seguridad para la relación delante-atrás. Otra ventaja es que se puede implementar a bajo costo y además, se aumenta la ganancia ampliando las espiras.
DISEÑO DE LA ANTENA
La configuración geométrica de una hélice consiste usualmente de N vueltas, el diámetroD y la separación S entre cada espira. La longitud total de la antena es L = NS, mientras la longitud total del alambre es Ln = NL0 = N donde L0 = es la longitud del alambre entre cada giro y C =D es la circunferencia de la hélice.
Otro parámetro importante es el ángulo de separación que es el ángulo formado por la línea tangente a la hélice del alambre y un plano perpendicular al eje de lahélice. El ángulo de separación esta dado por .
Cuando el ángulo está entre 0° y 90° entonces forma una verdadera hélice con la circunferencia mayor que el cero pero menor que la circunferencia cuan la hélice es reducida a una vuelta (
Las características de la radiación de la antena pueden estar variando controlando el tamaño de sus propiedades geométricas comparado a la longitud de onda. Laimpedancia de entrada es críticamente dependiente en el ángulo de separación y el tamaño del alambre conductor.
CÁLCULOS DE PARÁMETROS DE LA ANTENA
Las formulas tomadas en cuenta para los cálculos de la antena helicoidal son tomado de los cálculos teórico de la Ingeniera Diana Londoño.

Para facilitar el cálculo de los parámetros de la antena se utilizo el software “HelixCalc” sobre JavaScript,introduciendo los parámetros de frecuencia, número de vueltas N y pasos de una vuelta en función de λ, obtenemos los parámetros completos de la antena.

Al Calcular los parámetros con estos datos:



Al hacer la conexión de la antena en el laboratorio para realizar medidas, podemos verificar cuan directiva resulta ser la antena Helicoidal y como el lóbulo de mayor amplitud se encuentra entrelas frecuencias de 2,3 GHz y 2,5 GHz aproximadamente, donde resulta en su frecuencia de operación especificada en el diseño es de 2,4 GHz.

Especificamos su patrón de radiación, y además verificamos que este se define como la representación gráfica de la distribución de energía en el espacio. El patrón se obtiene al graficar la magnitud del campo lejano E, a una distancia constante del elementoradiador.

CONSTRUCCIÓN DE LA ANTENA
1. Se diseña un Reflector plano tierra circular con una lamina de cobre, en nuestro caso una baquelita de una cara, en cuyo centro se fija un conector tipo N para la alimentación del conductor:

2. Se diseña un formato computarizado (para mayor precisión) de los pasos de la hélice y luego se fija sobre un tubo de diámetro 4.3 cm, para nuestro caso el...