Trabajo Colaborativo 3 Microodas

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍAS E INGENIERÍA MICROONDAS. Código 208018 2.013

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGICAS E INGENIERIA

TRABAJO COLABORATIVO 3 MICROONDAS

ELABORADO POR

ROSEMBERG MEDINA CASTAÑEDA

Código 5935332

ALEXANDRE RUIZ GAMBOA

Código 76318134

TUTOR

ING. REMBERTO CARLOS MORENO

MAYO DE 2013


INTRODUCCION

La teoría de las antenas surge a partir de los desarrollos matemáticos de James C

Maxwell, en 1854, corroborados por los experimentos de Heinrich R Hertz, en

1887, y los primeros sistemas de radiocomunicaciones de Guglielmo Marconi en

1897. Las antenas son las partes de los sistemas de telecomunicaciones

específicamente es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir

ondas electromagnéticas. Pueden clasificarse, dependiendo del uso a que van a

ser destinadas. Algunas de estas antenas son. VLF, LF, MF, HF, UHF y

microondas. Las características de las antenas dependen de la relación entre sus

dimensiones y la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o

recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la

longitud de onda las antenas se denominan elementales, si tienen dimensiones del

orden de media longitud de onda se llaman resonantes, y si su tamaño es mucho

mayor que la longitud de onda son directivas.

Acá se lograra ver y aplicar técnicas de diseño de una antena con el software

4NEC2 en el cual se crean y grafican las características de radiación, ganancia e

impedancia demostrando que la antena es un elemento que convierte la energía

eléctrica de alta frecuencia entregada por un transmisor en ondas

electromagnéticas que pueden viajar por el espacio, llevando la información hacia

uno o varios receptores de acuerdo a la eficiencia de radiación demostrado en el

diseño o su simulación digital. En el análisis matemático de las antenas, la

elección correcta del sistema de coordenadas es a menudo un factor importante

para simplificar las expresiones de los campos y corrientes electromagnéticos

asociados con el sistema de la antena. Dependiendo de la configuración

geométrica implicada, es una práctica común utilizar los sistemas de coordenadas

cartesianas, polares, cilíndricas o esféricas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_onda


OBJETIVO

Objetivo General

Implementar los conocimientos vistos en la unidad 3, en el diseño de antenas de

microondas mediante el software 4nec2

Objetivos Específicos

Utilizar herramientas de simulación y creación de diseño de antenas.

Conocer los cálculos realizados para el diseño de una antena.

Conocer la importancia los usos de estas herramientas y enlaces en la

construcción y diseños de antenas.


MARCO TEORICO

La antena de Yaqui es una antena direccional inventada por el Dr. Hidetsugu Yagi

de la Universidad Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda (de ahí al

nombre Yagi-Uda). Esta invención de avanzada a las antenas convencionales,

produjo que mediante una estructura simple de dipolo, combinado con elementos

parásitos, conocidos como reflector y directores, logró construir una antena de

muy alto rendimiento. La invención del Dr. Yagi (patentada en 1926) no fue usado

en Japón en un principio, ya que el diseño de la antena no fue para implementarse

en las comunicaciones sino para utilizarse en la guerra como un arma radioactiva.

Yagi experimentaba con ratones a los que sometía a fuertes ondas de radio que

eran concentradas gracias a la direccionalidad de la antena. Los resultados no

fueron buenos para Yagi y abandonó el proyecto. Sin embargo fue aceptada en

Europa y Norteamérica, en donde se incorporó a la producción comercial, de los

sistemas de difusión, TV y otros. El uso de esta antena en Japón solo comenzó a

utilizarse durante la Segunda Guerra Mundial, cuando fue descubierto que la

invención de Yagi, era utilizada como antena de radar por los ejércitos aliados.Las

antenas Yagi son arreglos sencillos de alambres que implican problemas de

distribuciones de corriente a lo largo de filamentos.

METODOS DE LOS MOMENTOS

Este método se basa en el concepto de reducir una ecuación funcional en una

ecuación matricial, y luego resolver la ecuación matricial por técnicas conocidas.

ECUACION INTEGRAL DE POCKLINGTON

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidetsugu_Yagi


MoM aplicado a un a un filamento de alambre (II): El alambre de divide en

segmentos de igual tamaño y se aproxima la corriente por medio de funciones


PATRON DE RADIACION Y SU IMPEDANCIA DE ENTRADA


Obtenemos: el Patrón de Radiación en el Plano E(theta) (mV/m), se puede

observar en el centro del plano la ubicación de la estructura de la antena vista

desde arriba y como el máximo punto de alcance está marcado como una línea a

125 Grados con 0.962 mV/m.


DESARROLLO DEL EJERCICIO

El primer pantallazo es el menú

Oprimir CTRL+F4 e ingresar los datos:


Vamos a settings NEC editor.

Luego apreciamos en la imagen anterior de la derecha el icono seleccionado edit

NEC input-file quien me nos da el acceso directo para ingresar los parámetros.

Ingresando alli no da varias pestañas de opciones las cuales son:

Frecuencia:

Tension: En la parte derecha definido por la palabra mag Longitude


s: Definimos los parámetros dados (parte izquierda symbols)

Distancia entre los elementos: En este caso tomamos la distancia entre elemento

1 y 2. (La definimos parte superior derecha interaction range).


Luego vamos a settings, tomamos la opción geometry edit quien nos permitirá ver

la equivalencia de la frecuencia y mostrar el resultado final del ejercicio, vamos a

la parte derecha opción frecuencia.

Primero desarrollar el modelamiento de la antena con el uso de Notepad Editor, el

cual nos permitirá escribir un algoritmo de las características de la antena que

deseamos diseñar o crear:


Ya con el programa realizado, realizamos la apertura en el software 4nec2 y

visualizamos los datos obtenidos:

Al abrir el algoritmo se abre también el plot geometry, el cual nos muestra la

ubicación de la antena en el plano XYZ, y el patrón de radiación:


También podemos visualizar la carta Smith de la antena diseñada:

Un dato también útil es la gráfica de relación de las impedancias, ganancias y

SWR


Tambien podemos encontrar el equivalente del circuito RLC de la antena:


Y por

último la gráfica en 3D de la antena en un terreno abierto y su patrón de radiación:


Si que remos comprobar en el caso de un enlace, procedemos a simular un

enlace con el uso de dos antenas del diseño realizado, con el programa en línea

propuesto en la guía y el aula virtual:

El punto de resonancia de una antena es la frecuencia a la que la parte imaginaria de la impedancia se anula (se hace 0). Esto ocurre a la frecuencia a la que la

antena tiene una longitud eléctrica de 4/

Frecuencia seleccionada = 1200 GHz

fc /0

λ0= (3Exp8 m/seg.) / 1.2 GHz.

λ0= 0,25 mts. Calculamos la longitud de la antena L = 0,95 * λ0/4. L = 0,95 * 0,0625 mts. L = 0,059375 mts = 5,94 cm Ingresamos los parámetros: Frecuencia de trabajo = 1200 MHz Tensión de Alimentación = 1 V. Número de elementos = 4


Número del elemento Activo = 2 Radio de los elementos = 0.005 metros. Ingresar las longitudes y distancias de los elementos. 1 = 0.114 metros 2 = 0.108 metros 3 = 0.1 metros 4 = 0.1 metros Distancias entre los elementos 1 y 2 = 0.0415 metros 2 y 3 = 0.0365 metros 3 y 4 = 0.0415 metros

Se ingresa la frecuencia de trabajo

Frecuencia de Trabajo = 1200Mhz


Se ingresan los valores de voltaje entre los elementos activos:

Oprimir la tecla F3 para obtener el grafico.

Oprimir la tecla F9, para obtener un plano grafico 3D.


Luego se selecciona la opción RUN GEOMETRY CHECK


Ya con los datos correctos ingresados se graba el archivo con el nombre y en la

ubicación deseada y luego se puede cerrar la ventana de edición y trayendo al

frente la ventana “Main” (principal) en la cual se pueden obtener los cálculos

correspondientes a la antena construida, haciendo clic sobre el botón de la barra

de menú que se ve como una calculadora de color verde “Calcúlate new output

data”.

Ingresamos valores finales, este es su diseño geométrico antes del resultado final


Como resultado final obtenemos:

En la figura anterior se observan dos ventanas, una es la principal con los datos

completos obtenidos para los parámetros de la antena Yagi ingresados al

programa, entre estos se pueden nombrar algunos como:

Eficiencia: 100%

Impedancia 144 Ω a 24.7 Grados.

SWR: 3.26

Wavelength = 0.25 m


CONCLUSIONES

Mediante la realización de este trabajo aplicamos y entendimos los temas vistos

en todas las unidades del curso microondas especialmente la unidad 3, con la

ayuda del programa 4NEC2, pudimos obtener los resultados esperados, mediante

el cual diseñamos la antena y visualizamos su funcionamiento y demás datos de

suma importancia la hora de poner en funcionamiento una antena, para el uso en

las microondas.

Se logro ver que la antena yagi recibe energía por una línea de transmisión

de alimentación y radia corrientes parasitas las cuales son inducidas por

acoplamiento mutuo.

Logramos identificar las partes de la antena que se compone de un reflector

(parte trasera), un elemento activo y uno o más elementos en la dirección

de envió/recepción.

Se observo que las antenas yagi tienen baja impedancia de entrada y

ancho de banda relativamente estrecho.

Se logro ver que la antena yagi no tiene un nivel complejo de

implementación por su sencillez pero logran una alta ganancia.


BIBLIOGRAFIA

Moreno, Remberto. Modulo de Microondas. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Corozal Colombia. 2011.208 p. Cardama, Ángel. Antenas. Univ. Politèc. Catalunya. 2002 .470 p.

Miranda, Jose. Ingeniería de Microondas: Técnicas Experimentales. Madrid.;

Pearson Educación, 2002.365 p.

Tomasí, Wayne. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas Madrid.; Pearson

Educación, 2003.948 p.

http://www.google.es/search?hl=es&tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22%C3%81ngel+Cardama+Aznar%22

http://www.google.es/search?hl=es&tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22Wayne+Tomas%C3%AD%22

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Trabajo Colaborativo 3 Microodas