República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza ArmadaMaracay-Edo. Aragua UNEFA DISEÑO DE ANTENA DE LAZO DE CORRIENTE Prof. Jhony Molleja Integrantes: Hellen Mora CI 20096372 Oriana Alcina CI 20335406 Merlys Andrade CI 19725552 Melany Martinez CI 19793307 Huerta Rosmaury CI Maracay; Febrero 2011 Índice de contenido: Introducción (ROSMA) Generalidades La antena se define como aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseñada específicamente para radiar o recibir ondas electromagnéticas. Una antena de lazo consiste en un lazo de conductor de una o más espiras se podrían considerar como antenas de bajo costo y muy usadas, son relativamente sencillas y muy versátiles pueden ser diseñadas de diferentes formas circulares, rectangulares, triangulares y muchas otras configuraciones por su simplicidad en el análisis y construcción. El lazo circular es el más popular están hechas de un cable dispuesto en forma de círculo, este tipo de antenas son similares a un dipolo infinitesimal cuyos ejes son perpendiculares al plano de la antena, ya que los campos radiados por una antena de lazos circular o cuadrada tienen la misma forma matemática que un dipolo magnético infinitesimal. Podríamos mencionar cuatro características fundamentales de este tipo de antenas: pequeñas dimensiones, Mayor radiación en el plano de La antena, gran ancho de banda, eficiente como antena RX. Los rangos de frecuencia en los que generalmente se aplican las antenas de lazos van desde 3Mhz (HF) en adelante y pueden ser de dos tipos; eléctricamente grandes para los cuales su longitud total (numero de vueltas por la corriente en el lazo es constante y la antena tiene un patrón de radiación igual al de un dipolo. rectangular y formato losange (diamond). refiriéndonos a la figura 2 asumiendo que el conductor es muy delgado entonces la distribución de corriente está dada por: . Lo más conveniente para el análisis de la distribución de la corriente en la antena de lazo es establecer la posición simétricamente en el plano X-Y con Z=0. que podría encontrarse en cualquier parte del cuadro. y eléctricamente pequeñas las cuales su longitud total es menor que la decima parte de la longitud de onda. cuadrada.perímetro) es más o menos similar a la forma de onda. Estas antenas vienen de muchas formas circular. Las antenas de lazo por lo general son deficientes en modo emisor debido a que tienen muy baja resistencia de radiación. influenciara el diagrama de radiación. Ecuaciones de Antenas Loops o de lazo: El diseño corresponde a una antena de lazo con una longitud igual a λ (antena con longitud de onda completa) estas resultan muy útiles porque presentan valores razonables de ganancia e impedancia de entrada. Si las dimensiones del lazo son suficientemente pequeñas con respecto a la longitud de onda. Todas las formas proporcionan diagramas de radiación y ganancia más o menos equivalentes. La ubicación del punto de alimentación. por esto son usadas comúnmente en modo receptor donde prima más la relación señal-ruido que la misma eficiencia de la antena. si las dimensiones del lazo no son tan pequeñas en comparación con la longitud de onda la forma del patrón de radiación tendrá sus geometrías particulares. Distribución de corriente a lo largo de la antena de onda completa: Debemos principalmente comprender la distribución de corriente a lo largo del círculo de onda completa y como los campos resultantes se suman o se anulan. . Donde io es una contante.Figura 1. antena de lazo representacion del campo a un punto en el plano. Figura 2. Representacion de el lazo en el plano. Expresamos la representación de la geometría de la antena circular y observación de la geometría del campo lejano. Se obtienen los componentes del campo magnético: Para J=0 en los correspondientes componentes del campo eléctrico podrán ser escritos como: Densidad de potencia y resistencia de radiación: La resistencia de la radiación corresponde a las pérdidas de la antena durante la transformación de energía electromagnética a energía eléctrica La densidad de potencia compleja es dada por: ) Cuando esta ecuación es integrada sobre una superficie cerrada únicamente estos componentes radiales están dados por . Las cuales se expresan en coordenadas esféricas. 8aN (cuadrado).La contribución de la potencia compleja Pr se puede obtener realizando la integral de superficie esta será De forma reducida esto es Tomando de esta solo la componente real se tiene la potencia radiada: Si se iguala la ecuación de Prad dada por de radiación se puede expresar Rr/2 y despejando Rr la resistencia Donde miestras que C=2πa =λ S=2πa Área de la antena [m2 ] λ Longitud de onda completa [m] Resistencia DC del conductor (Rdc) El conductor tiene una resistencia en función de la longitud y el diámetro. 2πaN (circular) dc R Resistencia del conductor [Ω] ρ Resistividad del conductor [Ω×m] (para el cobre ρ = 16. dada por: Donde: L Longitud total del devanado [m].78×10−9 [Ω× m] r radio del conductor [m] . Resistencia AC: Donde L Longitud total del devanado [m]. El circuito equivalente para la impedancia de entrada cuando el loop es usado como una antena transmisora. 8aN (cuadrado). 2πaN (circular) Rac Resistencia ac del conductor [Ω] μ 0 Permeabilidad del vacío (4π ×10−7 ) [H/m ] Intensidad de radiación y directividad: En donde la máxima eficiencia de apertura está dada por Perdidas de resistencia del lazo conductor: hf L • Modo de tansmisor: La impedancia de entrada de una antena se define por la razón entre voltaje y corriente en los terminales de la antena. La impedancia de entrada Zin es representada por . La reactancia inductiva XA del lazo es calculado usando la inductancia LA de: .Donde Rr resistencia de Radiacion RL perdidas de resistencia del lazo conductor XA Reactancia inductiva externa de la antena lazo ωLA Xi Reactancia interna de alta frecuencia del lazo conductor ωLi Suceptancia Br de el capacitor Cr E impedancia de entrada Z’in es igual La resistencia RL de un lazo conductor podría ser calculada usando diferentes técnicas. Lazo circular de radio a y radio del cable b: La reactancia interna del lazo conductor Xi podría ser encontrado usando la inductancia interna Li del loop para una sola espira podría ser dado aproximadamente por Donde l es la longitud y P el perímetro del alambre del lazo. • Modo Receptor: Asumiendo que el capo incidente es uniforme en el plano de el lazo. El voltaje de circuito abieto mantiene un movimiento circular en una direccion a lo largo del elemento esto podria estar escrito por: El plano de incidencia con el plano formado por el eje Z y el vector radical en el voltaje del circuito abierto podria ser representado con la magnitud del campo electrico y magnetico incidente La longitud efectiva de un solo lazo podria star escrita como Donde S es l area del lazo . Con esta longitud. Imedancia. la reactancia de entrada cae a un valor muy bajo. F: 2450MHz Calculaos la longitud de onda por medio de la siguiente Formula: λ=C/f λ=3x10-8/2. La antena tiene una ganancia cercana a 3.82dB del dipolo de onda completa pero mas alta que los 2. Diseño de la antena: El diseño se basa en una antena Loop o lazo de corriente a continuacion se presentaran las condiciones de diseño a tener en cuenta para su elavoracion. menor que los 3. ganancia y abertura: La resistencia de entrada de una antena de cuadros baja a aproxiadamente 100 Ohmios cuando a longitud del cuadro se aproxima a λ.45GHz λ=0.09dB.Antena de lazo y su equivalente en odo receptor.En estas condiciones la antena es muy util y tiene un ancho de banda razonable.1224 mts .15dB correspondientes al dipolo de media onda. 1824x10-3 .Se trabajara para una antena λ completo con lo cual obtenemos valores considerables de ganancias de ganancia e impedancia de entrada por lo que nuestras concideraciones de diseño seran tomadas a partir de este parametro en la cual se tiene: C= perimetro total del lazo C/π= Diametro del lazo D C/2π=Radio del Lazo a a= 0.0194 mtr D=0.038 mtr Calibre del alambre 2 mm Cable coaxial RG-58 de 50Ohmios Calculos: Resistencia de Radiacion: S=πa2=1. 568pH .89nH Li =6.7898x10-3 Resistencia Ohmica: perdidas de resistencia del lazo conductor hf L P=1.1011Ohmios Lazo circular de radio y radio del conductor d LA =51.1938Ohmios Directividad del Lazo: Maxima ficiencia de Apertura: Aem=1.7x10-8 Ohimios-m µ=4πx10-7 d=diametro RL=0.Rr=0. Se establece la frecuencia y el programa arroja el correspondiente cálculo de la longitud de onda para este diseño se establece un lazo e perímetro 12.45GHz.Simulacion: Para evaluar parametros de nuestra antenas como diagrama de radiacion impedancia de entrada etc evitando calculos engorrosos se uso un simulador de antenas 4NEC2 PROCEDIMIENTO Diseñar una antena loop lambda completo con una frecuencia de 2.14 cm de la cual es mostrada a continuación: .24 cm y por consiguiente un diámetro de 3. Antena diseñada en el plano ZX . El cuadro muestra los cálculos arrojados por el simulador en donde se presentan valores de impedancia de entrada de la antena así como su ROE el cual se considera aceptable para el funcionamiento de la antena su eficiencia de radiación es de 100% mostrando ganancias en dB que están relacionadas con los apartados teóricos analizados previamente. . A continuación se muestra el patrón de radiación representada en un diagrama polar. su radiación de potencia esta en el orden de 100w para 1V aplicado también presenta valores de voltaje y corriente así como información de la frecuencia usada. Visualización en tercera dimensión de nuestra antena de lazo . Antana y su correspondiente Patron de Radiacion: . . Impedancia de la Antena en su representación en la carta de Smith. .Expresamos el patron de radiacion de la antena mostrando valores en decibelio isótropo la cual se trata de una unidad para medir la ganancia de una antena en referencia a una antena isótropa teórica. y al cual también transmite las señales recibidas desde el espacio. Este valor de dBi corresponde a la ganancia de la antena ideal (teórica) que irradia la potencia recibida de un dispositivo al que está conectado. sin considerar ni pérdidas ni ganancias externas o adicionales de potencias. 9MHz con los siguientes resultados: .Perdidas de retorno: Para la simulación se generó un barrido de frecuencia desde 3MHz hasta 3. Para un barrido de frecuencia desde 3MHz hasta 10MHz se genera el siguiente resultado: . Representación de los valores para las redes de adaptación de la antena: . Construccion de la Antena Loop Materiales a utilizar: • Pinzas • Cautin • Estaño . • Jumper • Base .• Silicon • Alambre de Cobre de 2mm de diametro. • Conector Hembra SMA • Cable coaxial RG-58 • Regla y exacto . Primero se tomo la medida del cabre de cobre a usar el cual seria de 12. ambos hilos no deben tocarse en esta zona. . Se separa el material aislante o recubrimiento de plastico del cable con una medida de λ/4 se separa la malla que recubre el segundo plastico aislante el cual fue retirado dejando expuesto el nucleo del coaxial en este caso cable de cobre el cual se solda con el uso del cutin a una de las terminaciones o patitas de la antena y el hilo hecho con la malla que recubre el interior del cable se solda a la otra pata de la antena.Procedimientos de contruccion: El procedimiento es bastante sencillo si se tienen todos los materiales necesarios y conocemos las caracteristicas fisicas de la antena a diseñar. Una vez realizado esto se prodece a trabajar con el cable coaxial para realizar el balum que adaptara nuestra antena.24cm moldeando con el mismo el lazo. Se cubre con cilicon para proteger y fungir como aislante y a su vez para asegurar que no exista contacto entre ambos cables. Tenemos ya parte de la antena completa. . nuestra antena de lazo de corriente esta lista para ser usada en un dispositivo router.Solo resta colocar en el otro extremo el conector SMA hembra Y listo. . RESUMEN CONCLUSION (ROSMA) . Referencias Bibliograficas Balanis.html http://www.com/radio/antena-delta-loop-ondacompleta. J.pdf . 2ª ed.A.net/xe3rn/loop. Referencias en linea: http://www. Haynes. New York. 1990. Antennas. Antenna Theory: Analysis and Design.htm http://www. (1982).qsl. (2001).cl/conocimientos/avanzado/antenas_pr%E1ctica. C.angelfire. Nueva York: John Wiley & Sons. Capitulo 6. McGraw-Hill.htm http://www.com/electronic/jagp/sem7/loopcom2.D. Kraus.apuntesdeelectronica. T. Capitulo 5.astronomos.