Trabajo Colaborativo 3 Microondas

Actividad No. 14: Trabajo Colaborativo No. 2
-Diseño y simulación de antenas-

INTRODUCCION

Preparar al estudiante para la implementación de una antena Yagi de 4 elementos que trabaje a la frecuencia de 1,2GHz caracterizada con sus parámetros básicos, y la simulación con el software 4NEC2X , que implemente el Método de los Momentos y cuya función sea simular las características deradiación y otros parámetros de antenas Yagi.

Con el programa de simulación 4NEC2X se halla el patrón de radiación y la impedancia de entrada de la antena. Con la antena Yagi implementada y con su puesta a punto de funcionamiento, se validan los resultados simulados.
Se recomienda las Lecturas Complementarias de la Unidad 3, para la recolección y organización de la Información y en aquellos ítemsdonde se necesite una verificación de cálculos utilizando el recurso virtual Simulación Cálculos de Antenas .

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OBJETIVOS

* Diseñar con el simulador 4NEC2X una antena YAGI de 4 elementos

* Aprender a operar el simulador 4NEC2X.

MARCO TEORICO

CÁLCULO DE ANTENAS TIPO DIPOLO Y YAGI

Los ejemplos de cálculo de antenas que siguen sólo tienen por objeto mostrar el funcionamientode algunos casos y el origen de la ganancia y de la impedancia. Los cálculos son aproximados y no tienen en cuenta, por ejemplo, el grueso de los elementos de la antena, que aquí son considerados como finos. Tampoco se tiene en cuenta la influencia de la Tierra. Las longitudes de los dipolos y sus separaciones son arbitrarias y no tienen tal vez ninguna utilidad en la realidad. Los cálculosobtenidos con los programas dados como enlaces externos son probablemente más útiles en la práctica.

Salvo indicación contraria, todos los ángulos están en radianes.

* Dipolo cuarto de onda

Una antena o "cuarto de onda" es una antena de de largo colocada verticalmente sobre un plano dieléctrico o conductor que le sirve de reflector.

La imagen de la antena parece recorrida por unacorriente que tiene el mismo sentido que la de la antena real. El conjunto forma una antena pero que solo radia, por supuesto, hacia arriba. Es preferible que el plano sea conductor, porque un dieléctrico solo refleja bien las ondas electromagnéticas que cuando la incidencia es rasante.

Pero en el buen lado del reflector (hacia arriba) el campo eléctrico y luego la potencia por metro cuadrado es elmismo que el producido por un dipolo alimentado con la misma corriente. Pero como la potencia total es la mitad de la que emitiría el dipolo , la resistencia en serie de la impedancia de la antena es igual a la mitad de la resistencia de un dipolo . Es decir ohmios, ya que la parte reactiva también esta dividida por dos. La ganancia de la antena es la misma que la de un dipolo o sea 2,14 dBi.Cuando la tierra no es utilizable, como en un vehículo, se puede utilizar el techo metálico de este mismo como plano de tierra. En otros casos se puede simular un plano de tierra con una rejilla conductora o simplemente con varillas radiales al pie del cuarto de onda. Ese tipo de antena se llama ground-plane. Modificando la inclinación de las varillas se modifica también el diagrama de radiación y,por supuesto, la impedancia.

La antena y su imagen forman un dipolo que solo radia hacia arriba.
* Dipolo con diedro reflector

Si, en lugar de colocar una superficie plana como reflector, se utiliza un diedro formado por superficies o rejillas metálicas las ondas emitidas por el dipolo se reflejan una o dos veces en las superficies y el resultado es equivalente a añadir antenas imágenessuplementarias. En el ejemplo de la derecha, el ángulo escogido para el diedro es de 90°. Eso hace aparecer dos imágenes de un solo reflejo y otra de dos reflejos. Si el ángulo hubiese sido 60° habrían aparecido 5 imágenes: 3 negativas y dos positivas.

De izquierda a derecha:
-- Dipolo con un diedro reflector. El ángulo del diedro es de 90°.
-- En punteado las imágenes de las superficies...