Universidad Nacional de AsunciónFacultad de Ingeniería Trabajo Práctico: Elaboración de Antena Antenas Prof. Dra. Miki Saito Prof. Ing. Vicente Argüello Responsables: David Caballero Darío Delvalle Federico Gavilán Guido Valenzano Luque, Paraguay Mayo, 2011 . . . . . . . . . . . . .2. 2. . . .3. . . . . Lista de materiales y costos 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . Procedimiento . . 7. . . . 2. . . . Fotografías del proceso de elaboración de la antena 2 2 2 2 2 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 6 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 9 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . Objetivo 2. . . . .5. . .1. . . . . . . . . . . . Elaboración de la antena 6. . .3. . Antena parabólica Cassegrain . . .3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. . . . . . . . . . 2. . . . . . . . . . . . . 2. . . . . . .3. . .1. .1.3. . . . . . . . .3. . . . . . . . . .2. . . . . .2. . . . . Tipos de antenas parabólicas .3. . . . . . . . . 4. . . . . Ganancia . . . . . . .7. . . . . . . . . . .3. Antena parabólica Offset . . . . . . . Resultados . . . Herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . 2. .3. . . . .6. . . . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . Linea de transmisión . . . . . . . . Factor de efectividad . 6. . 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. . . . Distancia focal . . . . . . . . . . . Marco teórico 2. . . . . . . . . . . . . . .4. . . . . . . . . . . .1. . . . . . . . . . . . . . . 5. . . . . . . . . . Cálculos de la antena 4. . . . . . . . . . . . . . .1. . . . . . Construcción del dipolo . . Ángulo de apertura . . . . . . . . .Índice 1. . . . . . . . .3. . . . 3. . Conclusión Apéndice A. . . . Parámetros de la antena parabólica . . . . . . . . . 6. . . . . . . . . . . .2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. . Antena parabólica de foco centrado . . . . . . . . . . . . . . 2. . Equipos . . . . . . . . . . . 4. . . . . . . . . . . . . Anchura del diagrama de directividad 2. . Medición de la ganancia 6. . .4. . . . . . . . . . Introducción a las antenas parabólicas . Apertura . . . . . . . . . . . . . . . . . Relación f /d . Construcción del Reflector 4. . . . . . . 2. . . . .3. . . . . . . . . .2. . Su nombre proviene de la similitud a la parábola generada al cortar un cono recto con un plano paralelo a la directriz. Las antenas parabólicas pueden usarse como antenas transmisoras o como antenas receptoras[3]. Realizar la documentación del trabajo. eficiencia. una antena puede tener ganancia). [3]: 2. el 60 % llega al foco y se aprovecha. la asignatura de Antenas. ancho de banda. es decir. Marco teórico 2. La antena parabólica es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parabólico para conseguir una valores superiores de ganancia directiva. ancho de banda y rendimiento. y recíproco en cuanto a que las características de transmisión y recepción son idénticas. Introducción a las antenas parabólicas El Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) define una antena como «aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseñada específicamente para radiar o recibir ondas electromagnéticas» (IEEE Std. se reflejan y van a parar al foco –que están centrado en el paraboloide. Se suelen ver de tamaño grande. así como el proceso de creación de la misma. por lo menos no en el sentido real de la palabra (sin embargo. pasivo en cuanto a que en realidad no puede amplificar una señal. resistencia de radiación. aproximadamente de 1. A través de este trabajo se pretende: Poner en práctica de los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera. los más extendidos son los siguientes[4]. como la ganancia. 2 . Todas las ondas inciden paralelamente al eje principal. frecuencia de operación. Objetivo El presente trabajo tiene por objetivo la elaboración de una antena parabólica que opere a la frecuencia de 2. 2. y en particular. Una antena es un dispositivo recíproco pasivo.4GHz. pueden diferenciarse varios tipos de antenas parabólicas. el resto no llega al foco y se pierde debido principalmente a los efectos de spillover y bloqueo. directividad. etc. costos y mediciones que se consideren pertinentes. Desarrollar la creatividad. 2.1.2. que explique el funcionamiento y los fundamentos teóricos de las antenas parabólicas. Tiene un rendimiento máximo del 60 % aproximadamente. 145-1983)[1]. Tipos de antenas parabólicas Atendiendo a la superficie reflectora.5 m de diámetro.[2]. excepto donde las corrientes de alimentación al elemento de la antena se limitan a la modificación del patrón de transmisión.1.2.1. [5]. así como las habilidades técnicas y manuales necesarias en el proceso de elaboración. Antena parabólica de foco centrado La superficie de la antena es un paraboloide de revolución. de toda la energía que llega a la superficie de la antena. El reflector secundario posee un foco en común con el reflector parabólico.2. No es de forma parabolica propiamente dicha. sino a un lado del mismo (offset).3. el cual refleja la onda radiada desde el dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras.Figura 1: Geometría de una antena parabólica de foco centrado 2. En el caso del reflector parabólico Cassegrain el subreflector es hiperbólico. Antena parabólica Offset Se caracteriza por tener el reflector parabólico desplazado respecto del foco. Su forma es una sección de un reflector paraboloide de forma oval. Figura 2: Geometría de una antena parabólica Offset 2. de manera que el centro de fases del alimentador coincide con el foco secundario del hiperboloide. Utilizar una gran antena reflectora implica grandes distancias del transmisor al foco (y la imposibilidad de colocar equipos en él) por lo que una solución es emplear un segundo reflector o subreflector. una elevada potencia en el transmisor y un receptor de bajo ruido. El reflector principal refleja la radiación incidente hacia el foco primario. 3 . La superficie de la antena ya no es redonda. o refleja la onda recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas receptoras. Antena parabólica Cassegrain Se caracteriza por llevar un segundo reflector cerca de su foco.2. El punto focal no está montado en el centro del plato. El sistema de alimentación está situado en el foco secundario. Son más eficientes que las parabólicas de foco primario. sino oval y asimétrica (elipse).2. Este tipo de antenas presentan una gran directividad. Figura 3: Geometría de una antena parabólica Cassegrain 2.3.4.3. entonces d puede aproximarse a: d ≈λ G 1.3.5π (1) 2.2.5). Normalmente se utiliza un ángulo en torno a 60° para conseguir un campo eléctrico uniforme. Apertura Es el valor del diámetro de la circunferencia formada por los bordes de la parábola.1.3. 2. f = d 4 tan 2.3. [7]: Apertura (d ) Ángulo de apertura (β) Distancia focal ( f ) Factor de efectividad (η) Ganancia (G) Anchura del diagrama de directividad (2θ) 2.5. Ángulo de apertura Es el valor del ángulo formado por la línea focal y la que une el punto focal con el borde de la parábola. Distancia focal Es lo que mide la línea que une el vértice de la parábola con el punto focal.3. Factor de efectividad Es una constante a aplicar y es función de la perfección constructiva de la parábola (suele valer en torno a 0. los parámetros a considerar en el diseño son[6]. Parámetros de la antena parabólica Suponiendo una antena cuyo reflector es el paraboloide de revolución. Suponiendo que η toma un valor de 0. 4 β 2 (2) . Anchura del diagrama de directividad La anchura en el plano vertical es 2θE = 75 λ d ◦ mientras que la anchura en el plano horizontal es 2θH = 70 2. λ d ◦ β F β β F F β F f / Da = 1 β = 28º f / Da = 0.125 β = 127º Figura 4: Geometría del reflector parabólico para distintos valores de f /d 5 . S λ2 d2 4 la superficie del círculo formado por el borde de la parábola de diámetro d .25 β = 90º f / Da = 0.5. Reordenando la expresión. G = 4πη siendo. disminuye la distancia focal entre otros beneficios asociados.6.25 a 0. Relación f /d La elección del parámetro f /d es de suma importancia en los reflectores parabólicos debido a que esta relacionado con el ángulo de visualización del borde del reflector β.3.3. el ruido externo captado de la tierra.2.5. En la figura 4 se observa que al diminuir el valor de este parámetro el ángulo de visualización aumenta.7. se tiene: S =π G =η πd λ 2 2. Es habitual trabajar con la relación f /d entre los valores de 0. Ganancia En valores absolutos es aproximadamente (no en dB).5 β = 53º f / Da = 0. dentro de este margen disminuyen las perdidas por desbordamiento.3. pues fueron reciclados: Cable coaxial Conector N-hembra para chasis 6 . de (3) en (2). y utilizando para β el valor recomendado en [7] se tiene: f = d 4 tan β 2 = 0.5758 4 tan 62 2 = 0. De la ecuación (1) se tiene: d ≈λ G c = 1.5π 2.5758 2.2396[m] 4.5758[m] Por otro lado.5π f G 3 × 108 = 1.4 × 109 100 1. 14000 20000 15000 10000 5000 20000 4.1. Lista de materiales y costos 4.3.3. Ganancia de la antena: 20 dB. pues fueron reciclados: Estaño Cable industrial Caño Chapa Tornillo tirafondo 4. Construcción del Reflector Material Arcilla (14 unidades) Cartón (reciclado) Fibra de vidrio Resina para fibra de vidrio Masilla plástica (reciclado) Thinner Lija Pintura Costo (Gs). Cálculos de la antena Se desea construir una antena parabólica con las siguiente características: Frecuencia de operación f : 2.2.5π (3) d ≈ 0. Construcción del dipolo Los siguientes materiales no tuvieron costos.4034 (4) f = 0. Linea de transmisión Los siguientes materiales no tuvieron costos.4GHz. 5 pulgadas Estilete Taladro Mechas (recicladas) Costo (Gs).1. 10. 4. Se fija el caño sobre el reflector con tornillos. Elaboración de la antena Una vez calculado todos los parámetros de la antena se procede a la construcción de la misma de la siguiente manera: 1. Diseño y corte del molde de la parábola sobre cartón. Equipos Analizador de espectro Generador de señales Un par de antenas dipolo Conectores y accesorios 7 .4. Preparado de una tira de cartón para el borde de la antena. además se suelda el dipolo al cable coaxial RG-59 y se introduce en el interior del caño. Con masilla plástica diluida se pinta el paraboloide en varias capas.4. Trabajado de la arcilla hasta obtener el paraboloide delimitado por el molde de cartón. 9. 7. 3. Se coloca la fibra de vidrio sobre el molde y se aplica la resina. 5. 10000 - 5. 2. Medición de la ganancia 6. 6. 6. Se construye el dipolo utilizando cobre de cable industrial y se lo monta en el foco con un soporte de caño. 8. Herramientas Material Pincel de 1 y 1. Una vez seca la masilla se lija y se procede al pintado con pintura metálica. Se desmonta la fibra del molde de arcilla y se lija los excedentes. Se suelda el cable coaxial a un conector de tipo N-Hembra el cual se cubre con un aislante de caucho. Se calcula la ganancia de la antena mediante la fórmula: G medida = G parabólica −G dipolo 6. a la vez que otorgarnos las habilidades técnicas y manuales necesarias en el proceso de evaluación. Asimismo. 8 . 7. 6. Resultados La ganancia medida en el laboratorio fue de: G medida = 13. Se realiza la medición de potencia recibida en el analizador de espectro. Procedimiento 1. 4.4GHz.3. también pudimos poner en práctica los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera.6. Este trabajo nos ayudo bastante a adquirir conocimientos concretos acerca de este elemento tan útil en las telecomunicaciones. y otro al analizador de espectros. Se vuelve a realizar la medición de potencia recibida en el analizador. Se desconecta el dipolo del analizador.4GHz.55 % error = 7. de modo a que ambos trabajen a 2. 3. tales conocimientos nos serán de provecho en nuestra futura vida profesional. Se ajustan la longitud de las antenas dipolo para operar a una frecuencia de 2.2. Conclusión Las antenas parabólicas son de suma importancia en las telecomunicaciones de larga distancia. y se conecta la antena parabólica elaborada. fueron plasmados en este informe. satelitales y en las cuales se necesitan grandes cantidades de ganancia de señal.69[dBd] Con lo cual se tiene un error de: G dato −G medida × 100 G dato error = 31. Por otro lado. así como los adquiridos en la asignatura de Antenas. Se ajusta la frecuencia de operación del generador de señales y el analizador de espectro. permitió desarrollar la creatividad para diseñar y confeccionar una antena sencilla y ecónomica. 2. 5. cuidando de mantener la misma polarización (horizontal). Se conecta un dipolo al generador. Los detalles de los cálculos y el proceso de construcción. Esperamos que sea de utilidad para cualquiera que lo consulte. Barcelona: Marcombo. 2011.com/2011/05/11/tipos-de-antenas-parabolicas/. URL: http : / / es .wikipedia. Inf. Tipos de Antenas Parabólicas.org/w/ index. Armando García Domínguez. wordpress. Antena parabólica. Ricardo Amarilla y col. 2003. Antena. Antenas parabólicas. México: Pearson Education. 2010. 1986. Barcelona: Edicions de la Universitat Politècnica de Catalunya. 2002. 2011. wikipedia. Anakarinaw.org /w/ index. [4] [5] [6] [7] 9 .php ?title= Antena_parab% C3% B3lica &oldid= 46492917. Cálculo de antenas. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. URL: http : / / anakarinaw . Antenas. Colaboradores de Wikipedia. Wayne Tomasi.Referencias [1] [2] [3] Angel Cardama Aznar y col. téc. Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Asunción. Colaboradores de Wikipedia. 2011. URL: http://es.php?title=Antena&oldid=46596167. Apéndice 10 . A. se coloca la fibra de vidrio. Sobre éste. Fotografías del proceso de elaboración de la antena Figura 5: Confección de la matriz parabólica de cartón. que permite moldear la arcilla. 11 . Figura 6: Confección del molde de arcilla con forma parabólica. 12 .Figura 7: Molde de arcilla terminado. Figura 8: Confección del reflector parabólico de fibra de vidrio. 13 . sin pintar. Figura 10: Reflector parabólico terminado.Figura 9: Vista trasera del reflector parabólico hecho de fibra de vidrio. Figura 11: Vista del dipolo. 14 . Figura 12: Vista lateral de la antena terminada.