DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA ANTENA DIÉDRICA CON

ACOPLADOR “GAMMA-MATCH”

RESUMEN: El presente trabajo tiene como objetivo primordial el diseño y la construcción de una antena con reflectores diédricos y un acoplador “Gamma-Match”, con una frecuencia de operación de 420MHz.

Índice de términos: dipolo, diédrica, ROE, Gamma-match.

I. INTRODUCCIÓN

Una antena es un dispositivo (conductor metálico) diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.1

La antena con reflectores diédricos fue inventada y patentada por J.D Kraus, utilizando un reflector diédrico formado por dos planos que se intersectan a un ángulo que puede ser de 90°, 60° o 45° pero el más utilizado suele ser de 90°, los reflectores tiene forma de parrilla hechas de varillas conductoras. La separación entre las varillas deben ser del orden de 0.1 λ, y la longitud de los reflectores debe ser de alrededor de 2λ, para así asegurar las características adecuadas de la antena.Este tipo de antena se emplea en transmisión como en recepción y su ganancia depende del ángulo entre los planos reflectores y de la distancia del dipolo al vértice del diedro. La ganancia típica de esta antena con ángulo de 90° es de 10 dB y de 12.5 dB cuando el ángulo es de 60°. 2

Fig. 1 Antena diédrica. Tomado de [en línea]. http://fralbe.com/2008/12/09/diseno-de-una-antena-diedrica-

para-uhf/

Acoplador Gamma-Match es un sistema de ajuste de impedancias asimétrico entre el cable y el elemento excitado, que forma una sección de línea y una capacidad en serie.Este tipo de acoplador es el más utilizado por su eficiencia y facilidad de construcción ya que se realiza con los mismos materiales que se construye la antena.Con esto se construye un capacitor variable, que al insertase un tubo dentro de otro se logran capacidades prácticas para poder acoplar antenas que presentan reactancias inductivas, es decir se utilizan para cancelar la reactancia que posee toda antena y con ella lograr una sintonía a la frecuencia de trabajo y bajo valor de ROE. 3

La variación de impedancia se produce al variar la distancia ente el dipolo y él tuvo de adaptación.

Fig. 2 Acoplador Gamma-Match Tomado de [en línea]. http://www.qsl.net/xe1rm/tecolo95.html

El ROE, la Razón de onda estacionaria, es una medida de la energía enviada por el transmisor que es reflejada por el sistema de transmisión y vuelve al transmisor.4

El shunt es la pieza de aluminio que une el elemento excitado (antena) y el Gamma-Match, para poder realizar el análisis del acoplador se debe variar el tamaño del shunt con el fin de saber cuál es su mejor tamaño en función del ROE 3.

II. DISEÑO

Diseño de la antena diédrica con 11 reflectores y un director (dipolo simple) para frecuencia de 420MHz

Se diseñará una antena con reflectores diédricos tomando como referencia de frecuencia central los 420MHz. Así los cálculos para la antena son los siguientes.

La frecuencia central es:

f C=420 MHz

Dada esta frecuencia la longitud de onda esta en:

λ= cf C

= 3 x108

420 x106

λ=0.714 m

La distancia entre los reflectores es igual:

0.1 λ=7.14 cm

La longitud de los reflectores es igual:

0.6 λ=42.84 cm

La longitud del director es igual:

0.5 λ=35,7 cm

La separación tomada entre el centro de los reflectores y el dipolo simple (director) es de:

0.35 λ=24,99 cm

Diseño de acoplador Gamma-match

La longitud de onda es: λ=0.714 m

La longitud del dipolo es la longitud de onda menos el 5% dividida para 2:

L=0.95 λ2

L=0.95(0.714)

2

L=0.339 m=33.9 cm

La longitud del Gamma-Match es del 10% de la longitud de onda

L=0.1 λ

L=0.1 (0.714 )

L=7.14 cm

III. CONSTRUCCIÓN Los materiales utilizados los describimos en la tabla 1

Tabla 1.Materiales utilizadosDescripción V. total

15 mTubo para antena

$ 13.00

2 mCable coaxial RG-8

$ 6.00

3 Conectores $ 4.50

10Tornillos con tuerca

$ 2.00

1 Estaño $ 1,501 Cautín $ 5,30

Total 32,30

Construcción de la antena

Se procede primeramente a cortar los materiales:

- 2 reflectores grandes- 11 reflectores para cada boom- el dipolo simple

Se cortan de acuerdo a los cálculos realizados anteriormente.Después se realiza los orificios en los reflectores grandes a la distancia calculada, se los une dejando entre ambos un ángulo de 90 gradosLuego se une en la mitad de los reflectores grandes el eje del dipolo, el dipolo simple y se coloca los 11 reflectores en cada boom

Fig. 3 Antena Diédrica

Construcción del Gamma match

Para la construcción del gamma match se utiliza los mismos materiales de la antena y cable RG-8.

Se corta 12cm de tubo, se realiza una L donde se suelda un conector hembra, se coloca en la antena, soldamos alambre coaxial pelado dejando solo el aislante y el alambre de cobre interno, luego se suelda el extremo del cable con el conector y con el shunt se procede a acoplar el dipolo con el gamma match.

Fig. 4 Acoplador Gamma-Match

Fig. 6 Shunt para el Acoplador Gamma-Match

IV. Diseño finalEl diseño final de la antena juntamente con el acoplador podemos observarlo en la figura 3.

Finalmente podemos observar Los datos obtenidos de la antena conectada al Medidor de ondas estacionarias en la figura

Fig. 5 Medidor de ondas estacionarias.

V. CONCLUSIONES

Se concluye que aumentar la frecuencia de operación, la longitud de la antena disminuye.

Un valor de ROE igual a uno implica que la antena está completamente adaptada y un 100% de la potencia está siendo transmitida. Esto solo ocurre en un caso ideal, no siendo así en la realidad.

Para realizar la medición ROE, el cable coaxial conectado al analizador de ondas estacionarias debe estar bien soldado para que no exista variación al momento de visualizar los resultados.

La longitud del cable debe ser lambda medios o un múltiplo de este.

La estructura de la antena de estar bien ensamblada.

VI. REFERENCIAS1. ANTENA, [en línea] Disponible en:

<<http://es.wikipedia.org/wiki/Antena

2. ANTENA DIÉDRICA, [en línea] Disponible en: <<http://books.google.com.ec/books?

id=y5s3XIaE46UC&pg=PA390&lpg=PA390&dq=antena+diedrica&source=bl&ots=7LuMlozUZ8&sig=hU59BeO0q0QxGWT30ub8u5OLcF8&hl=es&sa=X&ei=X331UMTWF4rm9ASDoIDICA&sqi=2&ved=0CEMQ6AEwAw#v=onepage&q&f=false

3. REVISTA EN CORTO CIRCUITO, [en línea] (Edición N.-18) Disponible en: <<http://www.utpl.edu.ec/revistacortocircuito/ediciones/EnCORTOCIRCUITO_N18(Agosto09).pdf

4. RAZÓN DE ONDA ESTACIONARIA, [en línea] Disponible en: <<http://es.wikipedia.org/wiki/Raz%C3%B3n_de_onda_estacionaria