Antena helicoidal 2.4 Ghz Diseño
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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones ANTENAS 2011 ANTENA HELICOIDAL (2.4GHz) Byron Ganahazpa #1 #1 Profesionales en formación, Universidad Técnica Particular de Loja Loja, Ecuador RESUMEN: El presente trabajo tiene como finalidad describir el diseño de una antena helicoidal una frecuencia de (2.4GHz), para ello se tomaran en cuenta algunos parámetros tanto en el diseño como en la construcción de la misma, estos son: su diámetro, la separación entre dos vueltas, el número de vueltas, y la frecuencia para la cual debe funcionar. INTRODUCCIÓN 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. [1] Este tipo de antena sus características principales como: polarización circular, impedancia y ganancia sobre un rango de frecuencia de banda ancha; la han convertido en una de las más utilizadas en la actualidad, sobretodo en comunicaciones. En la mayoría de los casos las hélices son usadas como plano a tierra. El plano a tierra puede tomar diferentes formas. Una es para la tierra a del piso del palto. Típicamente el diámetro del plano a tierra está en un valor de 3λ/4. Sin embargo, el plano a tierra puede también estar formado en la forma de una cavidad cilíndrica. En suma, 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 a tierra. Existen algunas ventajas en cuanto a este tipo de antenas, la helicoidal, como se dijo anteriormente, posee una polarización de tipo circular la que 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 el las espiras. [2] DISEÑODE LA ANTENA La configuración geométrica de un hélice consiste usualmente de N vueltas, el diámetro D y la separación S entre cada espira. La longitud total de la antena es mientras la longitud total del alambre es de donde es la longitud del alambre entre cada giro y es la circunferencia de la hélice. Otro parámetro importante es el ángulo de separación que es al ángulo formado por la línea tangente a la hélice del alambre y un plano perpendicular a l eje de la hélice. El ángulo de separación esta dado por la siguiente ecuación Cuando el ángulo está entre , entonces forma una verdadera hélice con la circunferencia mayor que el cero pero menor que la circunferencia cuando la hélice es reducida a un vuelta ( ).
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Este es un proyecto sencillo de una antena helicoidal.
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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones
ANTENAS 2011
ANTENA HELICOIDAL (2.4GHz)
Byron Ganahazpa#1
#1Profesionales en formación, Universidad Técnica Particular de Loja
Loja, Ecuador
RESUMEN: El presente trabajo tiene
como finalidad describir el diseño de una
antena helicoidal una frecuencia de
(2.4GHz), para ello se tomaran en cuenta
algunos parámetros tanto en el diseño
como en la construcción de la misma, estos
son: su diámetro, la separación entre dos
vueltas, el número de vueltas, y la
frecuencia para la cual debe funcionar.
INTRODUCCIÓN
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. [1]
Este tipo de antena sus características
principales como: polarización circular,
impedancia y ganancia sobre un rango de
frecuencia de banda ancha; la han
convertido en una de las más utilizadas en
la actualidad, sobretodo en comunicaciones.
En la mayoría de los casos las hélices son
usadas como plano a tierra. El plano a tierra
puede tomar diferentes formas. Una es para
la tierra a del piso del palto. Típicamente el
diámetro del plano a tierra está en un valor
de 3λ/4. Sin embargo, el plano a tierra
puede también estar formado en la forma
de una cavidad cilíndrica.
En suma, 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 a tierra.
Existen algunas ventajas en cuanto a este
tipo de antenas, la helicoidal, como se dijo
anteriormente, posee una polarización de
tipo circular la que 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
el las espiras. [2]
DISEÑODE LA ANTENA
La configuración geométrica de un hélice
consiste usualmente de N vueltas, el
diámetro D y la separación S entre cada
espira. La longitud total de la antena es
mientras la longitud total del
alambre es de
donde es la longitud del
alambre entre cada giro y es la
circunferencia de la hélice.
Otro parámetro importante es el ángulo de
separación que es al ángulo formado por
la línea tangente a la hélice del alambre y
un plano perpendicular a l eje de la hélice.
El ángulo de separación esta dado por la
siguiente ecuación
Cuando el ángulo está entre ,
entonces forma una verdadera hélice con la
circunferencia mayor que el cero pero
menor que la circunferencia cuando la
hélice es reducida a un vuelta ( ).
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Las características de radiación de la antena
pueden estar variando controlando el
tamaño de sus propiedades geométricas
comparado a la longitud de onda.La
impedancia de entrada es críticamente
dependiente en la ángulo de separación y el
tamaño del alambre conductor,
espacialmente casi del punto de
alimentación, y este puede estar adjuntarse
ccontrolando sus valores.La polarización
general de la antena es elíptica.
CÁLCULOS
Las fórmulas tomadas en cuenta para los
cálculos de la antena helicoidal son
tomados de los diseños del Ingeniero Luis
Celi, los cuales son las siguientes: [2]
Fig. 1 Parámetros geométricos de la
antena helicoidal
Para el Diseño de nuestra Antena hemos
considerado la Frecuencia central para la
banda de 2.4 GHz (canales de wife), la
misma que va desde 2412 MHz a2467
MHz.De estas dos frecuencias calculamos
la media geométrica, que será la frecuencia
central de nuestra antena.
Esta es de: 2448 MHz.
En la antena helicoidal tendremos en
cuanta:
C= Longitud circunferencia de la hélice.
S= Distancias entre vueltas.
L= Longitud de la antena.
D= Diámetro antena.
Lo= Longitud para una vuelta.
l = Longitud total del cable. [3]
Donde
Impedancia de la antena
Simulaciones de la antena Helicoidal.
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Fig. 2 Diseño y diagrama de radiación de la antena helicoidal
Fig. 3 Diagrama polar de la Antena helicoidal.
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Fig. 4 Carta de Smith (Impedancia de la Antena)
Como se puede observar en las simulaciones la Ganancia de la antena es de 13.5 dB.
Presentando en su Diagrama polar un lóbulo principal de radiación.
En la carta de Smith podemos notar que la antena aún no se encuentra acoplada. Este acople lo
podremos realizar, ya en el diseño mecánico o practico de la Antena helicoidal.
Diseño Mecánico de la Antena
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Presentación Final de la Antena
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Conclusiones
La antena helicoidal es muy eficiente
debido a: su polarización circular, su
ganancia, la cual crece en proporción al
número de espiras(hasta un valor
determinado), además el costo de su
implementación es muy bajo.
Para la construcción de esta antena, se
debe tener muy en cuenta parámetros
como: su diámetro, la separación entre
vueltas, el número de vueltas, de esta
forma, se garantizará el funcionamiento
de la misma.
REFERENCIAS
[1]Análisis, Diseño, Construcción y
Medición de Antenas Helicoidales para 2.4
GHz sobre Aeroplataforma de
Comunicaciones Globo-Antena (HAPS)
[En línea] disponible en:
<http://www.haps.cl/documentos/05.pdf>
[consulta 27-12-2010]
[2] ANTENAS HELICOIDALES. [En
línea] disponible en:
http://telecomunicacionespracticas.blogspot
.com/2011/02/antenas-
helicoidales.html[consulta 27-12-2010]
[3] Introducción a WiFi, estándares IEEE
802.11. [En línea] disponible en:
http://es.kioskea.net/contents/wifi/wifiintro.
php3
Constantine A. Balanis, Antenna Theory.-
3ra Edición, capítulo 10. pp. 566-576.
[consulta 29-12-2010].
