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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA-XZTAPALAPA

DIVISION C.B.I.

INGENIERIA ELECTRONICA EN COMUNICACIONES

PROYECTO TERMINAL I YII

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF

ALUMNO: JAVIER ANDRES SEGURA BELLO

MEXIICO D.F. A S DE AGOSTO DE 1995

A mi Abuelo Jose y mi tia Mirian con quienes comparto este exito logrado

AGRADECIMIENTOS

A mi Padre y a mi Madre quienes siempre me apoyaron incondicionalmente y nunca perdieron la fe

A Mabel que en un momento dificil me dio luz

A Yezid que en su confianza y ayuda me respalde

A mi Tia Teresa y a Pedro quienes me brindaron algo porque seguir cuando todo era obscuro

A mi Tia judith que con sus consejos y firmeza me hizo pensar y actuar

A Juan Carlos mi Asesor de proyecto por los sabios consejos tecnicos, la guia siempre enfocada al avance, y por dejarme

solo cuando debia forzar mi cerebro.

CONTENIDO

CONTENIDO

CAPITULOS

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

INTRODUCCION

GEOMETRIA HELICOIDAL

MODOS DE RADIACION Y TRANSMISION DE HELICOIDES 3- 1

CONSIDERACIONES DE DISEÑO PRACTICO PARA ANTENAS HELICOIDALES EN MODO AXIAL 4- 1

PATRONES DE MODO AXIAL Y VELOCIDAD DE PROPAGACION DE ONDA EN HELICES MONOFILARES 5-1

PATRON DE VUELTA SENCILLA EN MODO AXIAL MONOFILAR 6-1

PATRONES COMPLETOS DE MODO AXIAL DE HELICES MONOFILARES 7- 1

CONDICIONES PARA POLARIZACION CIRCULAR Y RADIO AXIAL DE ANTENAS HELICOIDALES MONOFILARES EN MODO AXIAL 8-1

CARACTERISTICAS DE ANCHO DE BANDA DE ANTENAS HELICOIDALES MONOFILARES RADIANDO EN MODO AXIAL

APENDICE I

APENDICE I1

1-1

2-1

9- 1

10-1

11-1

12 TABLA I

13 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

14 BIBLIOGRAFIA

12-1

13-1

14-1

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF

PROYECTO TERMINAL I Y I1

ANTENA HELICOIDAL UHF (300Mhz - 3000Mhz) h = lm - lOcm

INTRODUCCI~N La banda UHF1 (ultra altas frecuencias), trabaja entre los 300 MHz y los 3000

MHz, utilizada para transmisión de televisión. Las antenas helicoidales tiene muchas aplicaciones. Utilizada en el Sputnlk 1 como “caballito de batalla” de las comunicaciones para telefonía, televisión y datos siendo utilizadas en satélites o estaciones terrenas. Muchos satélites climatológcos las incluyen como: Comsat, Fleetsatcom, GOES, Leasat, Navstar-GPS.

Los satélites Rusos también tienen antenas helicoidales como los tipo Ekran que son equipados con arreglos de 96 antenas helicoidales, llevadas hasta La luna y Marte en diferentes misiones. Su polarización circular, la gran ganancia y su simplicidad la hacen muy atractiva para aplicaciones en el espacio.

Les encontraron inmediatamente aplicación a las hélices, como en arreglos de 96 hélices y cada una de 11 vueltas en radiotelescopios como la que se muestra en la figura anterior. Operando a frecuencias de 200 a 300 MHz los arreglos median 50m de longitud y tenían una ganancia de 35 dB. Las Antenas Helicoidales tienen las siguientes aplicaciones: comunicaciones vía satélite para voz, video y datos. Se incluyen en satélites climatológicos y satélites de localización.

Figul p a 1. A !adio

50m de largo.

te1 una tabla de

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 1 - 1


Se empezó a hacer pruebas sobre un tipo de antenas que John D. Kraus tenía pensado realizar, aunque inicialmente tuvieron muchos problemas poco a poco se fueron aclarando. Todo indicaba que habían encontrado el eslabón entre antenas lineales y cerradas (loops), En 1946 se Kraus hizo algunas observaciones sobre las antenas helicoidales: a bajas fi-ecuencias (circunferencias helicoidales de AD), eran ondas estacionarias casi puras (VSWR -m) en toda la hélice (ondas de salida y reflejada casi iguales); al variar la frecuencia la distribución cambia dramaticamente. Para hélices de circunferencia lh, aparecen 3 regiones: cerca del final de la entrada, cerca del extremo abierto y los extremos finales. Una espira puede radiar en cualquier modo, de particular interés es el modo axial de radiación en el cual el campo es un máximo en la dirección del eje de la espira y esta polarizado circularmente o cerca de esta polarización. El modo axial de radiación ocurre cuando la circunferencia de la espira es del orden de 1 vez la longitud de onda. Para una espira dada, este modo de radiación persiste sobre un relativo amplio rango de frecuencia. Es notorio que los patrones de un conductor lineal corto, uno cerrado(1o lop) y una espira pequeña son iguales.

Figura 2. Satélite geoestaamario Fleetsatcorn con antenas monofilares m modo axial para transmisión v reoepción. Utilizados por las fuerzas

nulitares amencanas.

- ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 1-2


Usadas solas , en arreglos o como alimentación en reflectores parabólicos. De alta ganancia y fáciles de construir.


DIMENSIONES DE LA ESPIRA

Los siguientes símbolos se usaran para describir una espira: D = Diámetro de la espira C = Circunferencia de la espira = nD S = Espacio entre vueltas a = Ángulo de inclinación = arctang S h D L = Longitud de vuelta n = # de vueltas A = Longitud axial = nS d = diámetro del conductor en espira

El Diámetro D y la Circunferencia C se refieren al cilindro imagnario que da paso a través de la superficie a la línea central del conductor en espira. h significa la dimensión medida de la longitud de onda en el espacio libre.

Superficie imaginaria de la hélice cilindnca

Figura 3 . Hélice v dimensmes

asociadas

Figura 4. Relacih entre circunferencia.

espacio. longtud de weha v ánguio de

inclinación de una hélice.

Si una vuelta de la espira es desenrollada sobre un plano liso, la relación entre el espacio S. la circunferencia C, la iongtud de la vuelta y el ángulo de inclinación, son como se ilustra en el triángulo de la figura 4. Las dimensiones de una helicoide son convenientemente representadas por una carta de espaciamiento circunferencia. Sobre esta carta las dimensiones de una helicoide pueden ser expresadas en coordenadas rectangulares por el espaciamiento Sh y la

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 2- I


circunferencia Ch o en coordenadas polares por la longitud de una vuelta LA y el

ángulo de elevación a , cuando el espaciamiento es cero, a= O la helicoide se convierte en un loop, por otro lado. cuando el diámetro es cero, a = 90 la helicoide se convierte en un conductor lineal. De esta forma en la figura 4 el eje de ordenadas representa loops, el eje de las abcisas representa conductores lineales. El área entre los dos ejes representa el caso general de una espira.

PROYECTO TERMINAL. I Y I1

MODOS DE R A D I A C I ~ N Y TRANSMISI~N DE HELICOIDES En la discusión de la helicoide, es necesario distinguir entre los modos de

radiación y transmisión. El término modo de transmisiones usado para describir la manera en que una onda electromagnético se propaga a lo largo de una helicoide lnfiita constituyendo una línea de transmisión infinita o guía de onda. El término modo de radiación es usado para describir la forma general los patrones de campo lejano de una antena helicoidal finita. Nos interesan dos patrones en especial, el modo axial o haz de radiación (modo Rl), y el otro es el modo normal de radiación (modo Rho). El modo menor de transmisión para un conductor helicoidal tiene regiones adyacentes de cargas positivas y negativas separadas por algunas vueltas. Este modo es designado como el modo de transmisión To y la carga de distribución instantánea es como se muestra en la figura.

""""""

Vista terminal de las hélices

fig 5 . Distribucicin de cargas aproximadas sobre helicoides para diferentes modos de uansmisión.

El modo To es importante cuando la longtud de 1 vuelta es pequeña comparada con la longtud de onda (L << A). El modo de transmisión y el modo de radiación apropiados para hélices muy pequeñas se pueden describir como TORO. Para hélices de modo de transmisión de primer orden -+Ti, se dice que la longtud de onda en el espacio libre es de Ih. Para el caso en que (nL << A), el máximo campo de la helicoide es normal al eje de la helicoide para todas las dimensiones que cumplan con nL << h. Para ángulos de inclinación pequeños el modo de transmisión T1 tiene regones positivas y negativas cargadas separadamente por 1/2 vuelta. También se tiene que l a radiación de hélices con circunferencias del orden de Ih (Ch- I ) y # de vueltas (n

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 3-1


> I ) . es bien definido el haz como máximo en la dirección del eje de la hélice. esto se llama "modo axial de radiación" y se designa R1. Una helicoide radiando en el modo axial puede ser llamada como una "antena helicoidal de haz". El campo en la dirección axial de una helicoide radiando en el modo axial esta polarizada circularmente o muy cerca. Los modos de transmisión superiores a T 1, como T2 , T3 y T4 son valores permitidos para valores grandes de Ch. Para ángulos de inclinación pequeños la

carga aproximada de distribución alrededor de la helicoide para estos modos. En general el modo de radiación asociado con las dimensiones helicoidales cae dentro de ciertas áreas se llama multilobulado, otro ejemplo es el modo de cuatro lóbulos que ocurre cuando el espaciamiento es 1 longitud de onda y la longitud de una vuelta es 2 veces la longitud de onda ( a = 30" ).


CONSIDERACIONES DE DISEÑO PRACTICO PARA ATENAS HELICOIDALES SIMPLES EN MODO AXIAL

Las antenas helicoidales en modo axial son las más fáciles de construir. Los parámetros más importantes son: 1.- Ancho de haz 2.- Ganancia 3. - Impedancia 4.- Radio Axial El ancho de haz y la ganancia son independientes [ G a (l/HPBW2)], y los otros 2 parámetros son función del número de vueltas, el espacio entre vueltas (o ángulo de elevación) y la frecuencia. Para un ## dado de vueltas el comportamiento del ancho de haz, ganancia, impedancia y rad0 axial determinan la utilidad del ancho de banda.Los parámetros también son función del tamaño y forma del plano tierra, el diámetro del conductor helicoidal, la estructura de soporte de la hélice y el arreglo de alimentaciÓnE1 plano de tierra puede estar aterrizado (circular o cuadrado) con diámetro de lado de al menos 3M4 o el plano de tierra en forma de tasa poco profunda. Este arreglo reduce efectivamente el lóbulo de radiación lateral y trasero. Una onda sin el plano de tierra puede producir un haz Back-Fire.

d = \ 2 . 5 nSIX "

Plano de tierra en

(circular o cuadrado)

Lmea cuasal 50 f2

Figura 6. a)Antena helicoidal en modo axial m plano-tima plano bblano rlerra como tasa poco profunda c m j a de proposrto general m

alimmtacm% de cable coaxial de Scdl dlarreglo chum profimdo para reducv los lbbulos laterales Y el trasero.

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 4- 1

PROYECTO TERMINAL I Y 11

El Tamaño del tubo conductor (en forma de espira) no es decisivo y puede estar en el rango de 0.005h a 0.05h. La hélice puede soportar un poco de aislador radial montado en el dieléctrico axial o en la vara o tubo de metal con un pequeño diámetro por una o más varillas longtudinales dieléctricas montadas al rededor (aseguradas directamente al conductor helicoidal), o un tubo &eléctrico delgado con el cual la hélice es cortada. La hélice puede ser alimentada axial o periféricamente o de algún lugar conveniente en la base de la estructura del plano tierra con el cable coaxial conectado a la hélice y a la salida del enlace conductor del plano tierra. Con alimentación axial, la impedancia terminal (resistiva) esta dada dentro del 20% Por

R = 140Ch (a) mientras que con alimentación periférica Baker2 dió el valor dentro del 10% corno

con la restricción de 0.8 5 CA 51.2

12"s al 14Oyn24 Con una impedancia terminal conveniente (resistiva) se pueden tener valores deseados menores que 50Q y mayores que 150S2, se puede hacer un acoplamiento adecuado con un cable coaxial de 50Q. Se puede hacer con varios tipos de alimentación, pero la más conveniente es la alimentación periférica. Se va aterrizando gradualmente la hélice al plano de tierra, donde hay un pequeño espacio entre el plano de tierra y el tubo conductor que ocupa la lámina dieléctrica. La altura apropiada de la lámina dieléctrica (o el grosor de la lámina) esta dada por (fig.7)

Figura 7. a)transici& de la h t l w a la linea coaxial gradualmente adelgazada. b) seaon transversal

'D. E. Baker. "Diseño de unpedanoas de banda ancha para al~menucion periferia de Antenas heliooidales." slntposio de aplicanon de antenas. Universidad de Illino~s. Septmnbre de 1980.



W h =

..

[ 377 I ( J Z O ) ] - 2

Donde w = Ancho de la parte terminal del conductor h = Altura o grosor de la lámina dieléctrica

E r = Permitividad relativa de la placa dieléctrica Z o = Impedancia característica de la placa dieléctrica

Plano tierra en forma de tazim

Direccih

I v VF T ( ( j

A la frecuencia

1 vueha enrollada

Fig 8. Dimensiones tipicas del plano tima. La velocidad de fase relativa p cambia automáticamente con el cambio a la condicih de md-fire(+

= 0')am una superganancia sobre un rango de freaencia de una odava.

Basado en un gran número de patrones medidos, que se hicieron durante 1948 y 1949, se encontraron las siguientes relaciones empíricas

HPWB (ancho de haz a potencia media) = 52

chJ%


esfera (4 1 253). produce l a relación de la directividad aproximada. considerando el efecto de los lóbulos menores y los detalles de la forma del patrón.

I1 = 12c nS 2 / z a

Fig: 9 Antena 150 Cl. tubo cmdudor de 0.02)L de

diámetro. X d e s e que la malla del plano tierra tiene condudores radiales v circulares. ambos son esenciales. (construida por el autor.)

Fig. 10. Antena Iklicoidal m soporte c i l m d r i c a plastico. 6 I 2 vueltas. plano tierra de tasa m&ilica. alimmtacih de 50Q (acoplamiento.

jngulo de inclmación de 12.8". 1 3 W R , 2. Conszruida para banda I ;HF de TV para los canales del 25 al 83 (524 a 890 MHz). y VSWR

1.2 para los canales dcl 27 al 75 (548 a 842 MHz).

Tomando las restncciones para O. 8 < < 1.15



12"< a< 14" y n > 3 .

Las ganancias para hélices con diferente ángulo de inclinación y en función de la longitud de la hélice se representan como LA nSh y frecuencia. Sin embargo las

ganancias más altas se obtienen por un incremento en el número de vueltas, el ancho de banda tiende a ser pequeño. Las ganancias grandes ocurren entre el 10% y el 20% sobre el centro de frecuencia para el cual CA = 1, que también depende del diámetro

axial del tubo. Se pueden usar ángulos de inclinación tan chlcos como 2" y tan grandes como 25", pero los óptimos están entre de 0.21 a 0.25 con CA = l .

C, = .66 c \= .73 275 MHz 300 MHz

Fig, 1 1 .Patrones medidos para antenas helicoidales de 6 vueltas v 14' de hgulo de inclinacih. Estos patrones son caraderisticos de antenas

radiando en el modo axial para circunferencias en el rango de 0.73 a 1.221..

El patrón, radio axial y la impedancia (VSWR) se desempeñan como función de la frecuencia para antenas helicoidales monofilares en el modo axial. El radio axial es el valor medido en la dirección axial de la hélice. El radio de onda estacionario es el valor medido en un cable coaxial de 53S2. La sección transformada de hi2 a lo largo de la frecuencia central se localiza en la parte terminal de la hélice para transformar la resistencia terminal de 130 a 53S2. Considerando este patrón, la polarización y la impedancia característica representa un muy buen desempeño sobre un rango de frecuencia ancha para una antena de haz polarizada circularmente.



20

1 5

dB

10

5

o

r N i m i o de vueltas Numero dc'vueltas

0.7 O R o 9 1.0 1.1 1.2. 1.3 1.4

Frecuencia relativa (o circunferencia. Ch )

Fig. 12. Ganancias de Curvas medrdas para antmas helicoidales monofilares en modo axial como funciin de la h e n c i a relativa para

difaentes números de vueltas. y ángulo de inclinación de 12.8"

El grosor de las paredes laterales del tubo, así como el soporte dieléctrico pueden afectar el desarrollo de la antena. Usando el VSWR como criterio se sabe que la frecuencia relativa en el modo axial varia de 0.72 sin tubo a 0.625 con tubo, para un radio de l. 15. Así la permitividad relativa E (con tubo) = 1.32

(1. U2) haciendo la resistencia terminal en la frecuencia centro de 130sZ

(= 150 / f i ) . Un cálculo hecho por Baker convirtió éste valor en 50Q con un VSWR < 1.2 (p , ( - 20 dB), con un ancho de banda de 1.7 a 1. Al alambre de la hélice conductora se le hace un surco devanándole la mitad del grosor con un torno controlado por una computadora.

efl

4-6 ANTENA HELICOIDAL PARA UHF


PATRONES DE MODO AXIAL Y VELOCIDAD DE FASE DE PROPAGACI~N DE ONDA EN HÉLICES MONO FILARES

Una primera aproximación en una antena helicoidal monofilar radiando en el modo axial, es el asumir que tiene una única onda viajera de amplitud uniforme a lo largo del conductor. Por el principio de la multiplicación de patrones, el patrón del campo lejano de la hélice es el producto del patrón de una vuelta por el patrón de un arreglo de n puntos isotrópicos(donde n equivale al # de vueltas). Cuando la hélice es larga (es decir nSA)l) es mucho más nítido que el patrón de

vuelta sencilla, entonces hay facilidad para determinar el patrón de campo lejano total. Entonces el patrón del campo lejano aproximado de una hélice grande esta dado por el patrón de arreglo. Asumiendo ahora que la variación de campo lejano esta dada por el patrón de arreglos y la diferencia de fase entre las fuentes del arreglo, que es igual a la fase sobre la longtud de una vuelta L~ para una onda

viajera sencilla, esto es sencillo de obtener, aproximando la expresión para la velocidad de fase requerida para radiar en modo axial. Este valor de velocidad de fase es usado para calculo de patrones.

Fig, 13. Arreglo de fuentes isotrbpicas. cada fuente representa 1 vuelta de la hélice

El Patrón de arreglo o factor de arreglo E para un arreglo de n fuentes de puntos isotrópicos esta dado por

sin(n ry I 2)

sin( ry I 2) E =

conn=#defuentesy ry=S,cos++6 donde S, =2nSIR En nuestro caso



donde p = v'c' = velocidad de fase relativa de propagación de onda a lo largo del conductor helicoidal, v velocidad de fase a lo largo del conductor helicoidal y c la velocidad de la luz en el espacio libre. Si los campos para todas las fuentes están en fase en un punto en el eje de la hélice ( 4 = O), la radiación será en modo axial. Para los campos que e s t h en fase (condtción end-fire), se requiere que

y = -2nm donde m = 0,1,2,3 ,... El signo menos resulta de que la fase de la fuente 2 es retardada por ( 2xLA) / p con

respecto a la fuente l. La fuente 3 se retarda con respecto a la fuente 2, etc. Con la relación 4 = O, tenemos

" - SA + m P

con m = 1 y p = 1, tenemos Ln-Sn=1 o L - S = A

Esta es la relación aproximada entre la longtud de vuelta y el espacio requerido para que una hélice radie en el modo axial. Con m = 1 es apropiado para que una hélice opere en modo de transmisión de primer orden (TI ). Cuando m = 2 el modo de transmisión apropiado es T, , etc. M

L

corresponde al orden de modo de transmisión en el que esta radiando la hélice el máximo campo en la dirección del eje. Con m = O no es realizable hasta que p exceda la unidad desde que m = O y p = 1 tenemos que L = S. Esta es la condición para un arreglo end-fire de fuentes isotrópicas exitada por un alambre recto conectándola ( a = 90). Sin embargo el campo en la dirección axial de un alambre recto es cero, entonces no va a radiar en modo axial en este caso, Retornando el caso para m = ly resolviendo para p tenemos

LA SA + 1

P =

que se puede expresar como


PROYECTO T E R M I N A L I Y I1

1 P =

sen a + [(cos a) / c ' ~ ]

Esta ecuación nos da la variación requerida en la velocidad de fase relativa p como

una función de l a circunferencia CA para campos en fase en la dirección axial. Se

muestran curvas para diferentes ángulos de elevación. Estas curvas nos indican que

cuando la hélice esta radmndo en modo axial - (Cn (- el valor de p < I (: 3 para m = 1 tenemos

P = SA + [(2* + 1) / 2 4

Otro método de encontrar la velocidad de fase relativa p en una antena helicoidal radiando en modo axial es con el ángulo medido do en el cual el primer mínimo o

nulo ocurre en el patrón de campo lejano. Este corresponde al primer nulo en el factor de arreglo, el cual es vo,entonces

y = - ( 2 z m + y o )

1.4

1.3

1.2

1.1

1 .o

.9

.8

.7

.6

P

, I

.6 .7 .8 .9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Circunfmenna. C

1-


PROITCTO TERMINAL I Y I1 ~~

para m = 1, tenemos

zAa (I= SA cos@, + 1 +( f 274

En general cada modo de transmisión se propaga con diferente velocidad cuando las ondas de más de un modo de transmisión están presentes la velocidad de fase resultante llega a ser función de la posición a lo largo de la hélice y puede variar bastante.

3 4

4 3 Cuando - ( CA ( - la velocidad de fase se mide en la región entre la tercera y la

sexta vuelta corresponde al modo de transmisión í'j .

Cuando la circunferencia CA ( - el modo To se obtiene en casi toda la hélice

Cuando CA excede los - hay cambios abruptos que corresponden a la transición del

modo de transmisión To a TI.

Cuando C1 esta sobre - o un poco más la velocidad de fase medida se aproxima al

valor asociado con el modo de transmisión TI. Como CA se

incrementa más lentamente la velocidad de fase relativa se incrementa de una forma lineal, siendo lo más cercano a la curva teórica del incremento de la condición de

directividad. Cuando CA alcanza los - en un modo de transmisión alto (T2) se hace

presente haciendo que se disperse un poco la curva. Sin embargo la radiación no es mucha en el modo axial.

2

3 2

3

3

4

4

3

La aproximación del patrón de campo lejano de una hélice mono filar radiando en modo axial esta dado por el factor de arreglo de n fuentes de puntos isotrópicos, cada fuente remplaza una vuelta de la hélice. El factor de arreglo normalizado es

sen(nrC// 2 )

2n sen( V I 2) E = sen


El factor de normalización es sen( xí 2n) en vez de Un desde que el incremento de

directividad de la condición de end-fire se asumió que existía. Para la hélice dada SA y LA son conocidas y podemos calcular p de ecuaciones anteriores. \v se obtiene

en función de 4. Un pequeño cambio (5 YO) en la velocidad de fase produce un cambio drástico en el patrón.


PATRÓN DE VUELTA SENCILLA EN MODO AXIAL MONOFILAR

Desarrollaremos expresiones para patrones de campo lejano de vuelta sencilla de una hélice monofilar rahando en modo axial. Se asume que la vuelta sencilla tiene una onda viajera uniforme a lo largo de la antena. El producto del patrón de vuelta sencilla y el factor de arreglo da el patrón total de la hélice. Una hélice circular se puede tomar aproximadamente como una sección transversal cuadrada. La diferencia entre las hélices de sección circular y cuadrada es muy pequeña. El campo total de una vuelta sencilla es la resultante de las 4 pequeñas componentes, de una antena lineal como se muestra en la figura.

Fig I S . HClice cuadrada usada en c á l c u l o s de patr6n dc weka sencilla

El área de la hélice cuadrada es igual al de la hélice circular, entonces 7

L

donde g es mostrado en la figura. El campo magnético lejano para un elemento lineal con una onda viajera uniforme, multiplicada por la impedancia intrínseca 2 de el espacio libre. Siendo y = ( 3 x / 2) + u + 4, t = O y h = g / cos u obtenemos la expresión $ para la componente de E del campo lejano en el plano xz debido al elemento 1 de la

hélice cuadrada, como sigue: 41 *


PROYECTO TERMINAL, I Y I1

IOPZ con k =- A = ~ - ~ C O S Y B = wg 2 'nrl 2 PC cosa

Las expresiones para E p , E43, debido a los elementos 2, 3 y 4 de vuelta

cuadrada, se obtienen de forma similar. Para obtener E de vuelta sencilla de sección cuadrada se obtiene sumando los

campos de los cuatro elementos. Cuando una hélice de sección transversal circular es calculda como, L = XD /coso!

mientras que una hélice de sección circular cuadrada es L = 4b. Sin tomar en cuenta los elementos 2 y 4 l o cual es una buena aproximación cuando a y 4 son pequeñas se simplifica considerablemente la expresión. Tomando esta aproximación con k =I y r, = constante, obtenemos

4T

E k-senBA/(-BA) $ T = A

sen y

sen y ' +k- senBAJ/[ -BA'-2&B + x ( S h cos$ +AD, sen$) A' 1

La ecuación anterior da el patrón aproximado de la componente $ de campo lejano en el plano xz de vuelta sencilla de una hélice de sección transversal circular.

En el caso de la componente 0 de campo lejano en el plano xz, únicamente las componentes 2 y 4 contribuyen. con k = 1, la magnitud aproximada 0 del patrón de campo lejano de una hélice de vuelta sencilla con sección transversal circular la vemos como :

sen y "sen BA"coso! IE, 1=2 I * senL[ X( S, cos4 - AD, sen+) - 2&B] AI ' ( 1 - senZ a cos2 + ) , ~ 2 2


PROYECTO TERMINAL I Y II

PATRONES TOTALES EN MODO AXIAL DE HÉLICES MONOFILARES

Por el principio de multiplicación de patrones el patrón de campo lejano total de una hélice radiando en el modo axial es el producto del patrón de vuelta sencilla y el factor de arreglo E. Entonces la componente total 4 de E del campo eléctrico

constante de una hélice de sección transversal circular es 4

E + = E E +T La componente total de 8 de Eo

Eo = EmE

LOS patrones de E y EO son muy parecidos, sólo con una pequeña diferencia en

el patrón de vuelta sencilla. Solamente el patrón de vuelta sencilla se calcula para hélices pequeñas, ya que para las más grandes es suficiente con una aproximación de algún componente de algún campo.

4

i I L Medido

I

Fig 16. Comparación de patrones cumpl~los (produdo del patrón de vuelta sencilla v el fador de arreglo) $:on patrones medldos para 12". y

helices de 7 vueltas. m CJ. = 1 .O7 radiando m el modo axial.



Los patrones de campo lejano de una hélice radiando en le modo axial pueden ser calculados con una buena aproximación conociendo las dimensiones de la hélice y la longtud de onda. El valor de la velocidad de fase relativa puede ser calculada para la condición de incremento de la directividad de las dimensiones de la hélice y el número de vueltas. El efecto del plano tierra en el patrón de modo axial es pequeño si esta en l a última parte de unas pocas vueltas, además de la onda que regresa a la hélice y la onda de salida del lóbulo posterior, son pequeños.

Entonces el efecto del plano tierra se puede descuidar, con la única salvedad de que la hélice sea muy pequeña ( nSA < 1 / 2)

El patrón aproximado de una hélice en modo axial es muy fácil de calcular, incluyendo el efecto aproximado del patrón de vuelta sencilla asumiendo que esta dado por cos 4 . Luego el patrón de radiación total normalizado se expresa así:

E = ( s e n a ) 90 sen(ny/ / 2) cos # sen( v/ / 2)

con n = número de vueltas y

y = 360°[SA(1-cos~)+(1/2n)]


CONDICIONES Y RADIO AXIAL PARA POLARIZACI~N CIRCULAR DE ANTENAS HELICOIDALES MONOFILARES EN MODO AXIAL

Determinaremos el radio axial en la dirección del eje de la hélice, como también las condiciones necesarias para la polarización circular. En la figura se pueden apreciar las componentes que se van a calcular del campo eléctrico E E a lo largo de la hélice en la dirección del eje Z. Se asume que la

hélice tiene una onda viajera sencilla y uniforme. La velocidad de fase relativa es p. El diámetro de la hélice es D y el espacio entre las vueltas es S. El ángulo 5 es medido en el eje xz. Las coordenadas del punto Q pueden ser especificadas como, 5 Y = .

B Y 4

ly

Fig 17. Componentes de los c a m p o s en el eje de la hélice.

El punto I) esta a una distancia I del punto terminal T (se observa en las figuras 17 y 18), tenemos las siguientes ecuaciones

h = I sen a

Z p - h = Z - I sena P S r 5

a = arctan - = arccos-

r<= I cosa nD I



I Hélice mdudora

Fig. 18. Foma en al que se c a l c u l a n los campos en la direccih z

Con Zp como la distancia del origen al punto p en el eje 2 . En el punto p la componente 4 de E del campo eléctrico para una hélice de n 4 vueltas es:

'I

Fig.19. Hélice vista con el eje zposit~vo.

Con E, como la constante que comprende la magnitud de corriente de la hélice.

1

P Cuando a = O. la hélice se convierte en un círculo y y = -- y la ecuación anterior

después de algunas manipulaciones algebraicas queda como



con 5 que ha cambiado y donde

k =prq = iA[sena--!-)

y la integral se convierte en

con

De manera similar tenemos la componente 8 de E~ del campo eléctrico en el punto

P.

Sustituyendo de la misma manera tenemos

La condición para la polarización circular en la dirección del eje Z es:

El radio esta dado por



De acuerdo a la polarización circular e n la dirección axial de la hélice de un número integral de vueltas, k debe ser igual a +l.

- '4 - _ _ j

Ee -

k indica que Eg Y E 4 están en cuadratura de tiempo-fase

Entonces el radio axial AR es

manipulando algebráicamente

LA s e n a - - ;I En las anteriores relaciones el radio axial se puede calcular de la longitud de vuelta LA y el ángulo de inclinación a de la hélice y la velocidad de fase relativa p.

Si introducimos el valor de p en la condición de campos en fase. encontramos que AR = l . De otra manera la condición de campos en-fase es también la condición para polarización circular en la dirección axial. Resolviendo para p tenemos

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 8 1


que es la condición para campos en fase(conocida como condición de end-fire). Deducimos finalmente que la velocidad de fase indica que (I es seguida más cercanamente de la relación para directividad incrementada que la relación para campos en fase. Introduciendo p para la condición de directividad incrementada, tenemos

2 n + 1 AR (en el eje) =. -

2n

2 n + 1 AR (en el eje) =. -

Donde n es el número de vueltas de la hélice, si n es grande el radio axial se aproxima a la unidad y la polarización es casi circuiar.El radio axial es independiente de la fi-ecuencia o circunferencia CA .

Usualmente, sin embargo, el radio axial medido se incrementa más rápidamente de lo que CA decrece a valores menores que 3/4. Esta diferencia es porque al calcular

el radio axial se descuida la onda posterior en la hélice. este hecho es reducido cuando en el modo axial, la hélice radiadora trabaja a bajas frecuencias o para

circunferencias pequeñas C < - , la onda posterior es importante.

La onda posterior en la hélice produce una onda reflejada en el plano tierra con al dirección opuesta al campo de rotación que produjo por la salida de la onda viajera en la hélice. Esto hace que el radio axial se incremente más rápidamente que lo indicado. Para hélices grandes donde no se toman como números integrales de vueltas, se tienen diferentes consideraciones:

-La radiación en la dirección axial de una antena helicoidal con ángulo de

( a 3

elevación y número integral de 1 o más vueltas será de polarización circular si k = -1 (campos en fase o condición de end-fue ordinaria).

-La rahación en la dirección axial de una antena helicoidal con bgulo de elevación y un gran número de vueltas es polarización cercana a circular si k es cercano a -1.

PROYECTO TERMINAL 1 Y I1

CARACTER~STICAS DE ANCHO DE BANDA DE UNA ANTENA HELICOIDAL MONOFILAR RADIANDO EN MODO AXIAL.

La antena helicoidal de haz tiene propiedades inherentes de banda ancha, patrones de procesamiento deseable, impedancia y polarización características sobre un relativo rango ancho de frecuencia. El ajuste de la velocidad de fase hace que se sume el campo de cada vuelta cercano a estar en fase en la dirección axial cuentan para la persistencia del modo axial de radiación sobre un rango de frecuencia de 2 a 1.

Si la velocidad de fase fuese constante en función de la frecuencia, los patrones de modo axial se obtendrán sólo sobre un angosto rango de frecuencia. La impedancia terminal es relativamente constante sobre el mismo rango en frecuencia por la gran atenuación de la onda reflejada en el open-end de la hélice.

La polarización casi circular sobre el mismo rango de frecuencia porque la condición de campos en fase es también condición para polarización circular.

Como se muestra en la figura, las dimensiones de una hélice en el espacio libre en longitudes de onda, se mueve a lo largo de una línea constante de ángulo de inclinación como función de la frecuencia.

Si F, es la frecuencia límite más baja del modo axial y F2el límite de frecuencia más

alto. La frecuencia central F,esta definida como Fo = ( F1 + F2 ) / 2 .

Las propiedades de una antena helicoidal de haz están en función del ángulo de inclinación. El ángulo optimo de elevación es el ángulo resultante en un máximo rango de frecuencia F2 - Fide el modo axial de radiación. Para determinar un

ángulo óptimo, el patrón, impedancia y polarización características de antenas helicoidales puede ser comparado con el espaciamiento.


1 n = 10" /

L Linea wnstante del ángulo de inciinaciixl

c.4

S" o.:

f .L

c. 0.2

o. 1

o. 1 O. 2 O. 3 0.4 O. 5

Fig. 20. Fspaciamientodiametro trazado para hélices con el desempaio medido para hélices monofilares.

Los tres contornos indican la región de patrón satisfactorio, valores de impedancia y polarización determinados por medidas en hélices de varios ángulos de elevación en función de la frecuencia. Un patrón satisfactorio se considera cuando tiene un lóbulo mayor en la dirección axial y un lóbulo relativamente menor. Dentro del contorno del patrón, los patrones tienen esta forma y tienen un ancho de haz a potencia media esta entre 6Ooy 30'. Dentro del contorno de la impedancia (en al figura se puede observar), la impedancia terminal es relativamente constante y puramente resistiva de 100 a 150 0. Dentro del contorno del radio axial. el radio axial en la dirección del eje helicoidal es menor que 1.25. Se ve que todos los contornos están en la línea para la cual

D A = J 2 S A + 1 I ?T



O' 15' 30'

Espaciamento en longrtudes de S 1.

Fig 2 l . Diferentes modos de operación an función de las hensiones de l a s hélices (diimaro. espacio entre vueltas y ángulo de inclinaLl(m).

En función de la Gecuancia la se mueve a lo largo de una linea de un ángulo de mclinacih constante. A lo largo d e l eje vertical l a s hélices se

comporta como l o o p y a lo largo del eje horizontal se oomporta como amdudor lineal.

Esta línea puede ser vista como el límite superior para el modo de haz. Un ángulo de inclinación de 12 o 14" puede aparecer como óptimo para hélices de 1.6h al centro de fiecuencia.

Un buen modelo puede ser una hélice de 14",6 vueltas, el diámetro de la hélice de 0.3 lh a la frecuencia central(400 MHz). El diámetro del conductor de 0.02h. Los patrones medidos entre 275 y 560 MHz se presentan en la siguiente figura.

En la siguiente figura se muestran el ancho de haz a potencia media. el radio axial y el radio de onda estacionaria como función de la circunferencia de la hélice.

PROYECTO TERMINAL I Y IT

Cimmfkencia. h

Fig 22. Las curvas muestran el HPBW para las oompmentes de ambos campos. el radio axial y el VSWR con cable de 53R como funcih de

la lkeecuencia relativa (o circunferaLia (X). Tendencia de la resistancia relativa R y readancia S.

Las antenas helicoidales de haz tienen conductores continuos de ondas viajeras, esto para estructuras periódicas con período igual al espacio entre las vueltas. Ahora veremos la aproximación de la estructura periódica de una forma más general.

La Antena Helicoidal monofilar en modo axial alternando entre fase y frecuencia, es un dispositivo bello y simple en el que se puede cambiar fase o frecuencia. Rotando la hélice continuamente f veces por segundo presenta una radiación a una frecuencia F k f dependiendo de la dirección de la rotación.

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 9 -4


30' O" I 30' \ I

%- Barrido del lobulo

/o

5s' SO!! i

I " I

CP

4 P . M a n o derecfia

e P.Mano izquierda

'c IIP

lhl

PROYECTO TERMINAL I Y II

CANALES PARA LOS CUALES ESTA DISEÑADA LA ANTENA HELICOIDAL

Tomamos las frecuencias inferior y superior de la banda

CANAL 22

Ancho de Banda 5 18-524 MHz F = 519.25 MHz + 3.58 MHz (necesario para el color) F = 522.83 MHz

CANAL 69

Ancho de Banda 802-806 MHz F = 801.25 MHz + 3.58 MHz (necesario para el color) F = 804.83 MHz

Tomamos l a frecuencia central como

522.83 +804.83 2

F = = 663.83 MHz

Tomamos la Longitud de onda como

C 3* 10' x="= = 0.45 6.6383* 10'

ANTENA HELICOlDAL PAR4 UHF I o- I


METODO DE CONSTRUCCION DE LA ANTENA

Para aplicaciones de diseño general de la antena helicoidal se pueden usar las siguientes dimensiones; todas las dimensiones pueden ser expresadas en téminos de longitudes de ondas al centro de frecuencia de operación.

Diámetro: D = .32h Espaciamiento: S = .22h Diámetro del plano tierra: G 2.8h Diámetro del conductor: d = .02h Espaciamiento entre el plano tierra y la primera vuelta g= Sf2 = .12h

ANTENA HELICOIDAL P.4R.4 UHF I O - ?


Programa de simulación de una antena helicoidal. Esta hecho en CMM.

#include <graphics.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.b #include <conio.h> #include <dos.h> #include <math.h> #include <string.h>

#define PIXEL - COUNT 1000 #define DELAY-TIME 100 #define PI 3.14159

void marco(); void escala(void); void radios(); void circulas(); int grafica(float arr[],char *e); void datos();

struct resultados{ int FI 13601 ; float ET1360); float EF[360]; 1 resultado;

float 1,n; float D,C,d,G,rl,r2,ax; float A,L,S,VSWR,HPBW,BWFN,alf,etl,et2; float dir,E,f,S1,DI,C1,L1,res,p,AR,psi,maximo; char op='s'; int FI; float AN,AP,BN,APP,k,GIV,GP,GPP,EFrl,EFil,EFr2,EFr3,EF~,EF,ET;

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 1 1 - 1

PROYECTO TERMINAL I Y If

void entrada()

{ printf("\nDe el valor de la frecuencia (MHz): If); scanf("%e",&f); fflush(stdin); printf("\nDe el número de vueltas (n): "); scanf("o/e",&n); mush(stdin); printf("\nDe el espacio entre las vueltas (S) en m: 'I);

scanf("%e",&S); fflush(stdin); printf("\nDe el valor del diámetro de la circunferencia"); printf(" helicoidal (D) en m: "); scanf("%e",&D); fflush(stdin); printf("bDe el valor del perímetro de la Circunferencia en m: 'I); scanf("o/oe",&C); fflush(stdin); printf("bDe el valor del diámetro del conductor helicoidal (d) en m: 'I); scanf("(!4oe",&d); fflush(stdin);

float nummax(float arr[]) { int i=O; float max; max=arr[i); for(i=O;i460;i++) if( max<arr[ i]) max=arr[il; return( max); 1

void calcula()


PRObTCTO TERMlNAL I Y 11

f=f* 1000000; 1= 300000000/f; si = sn; cl = cn; DI = D/l; A =n*S; alf = atan(S/(PI*D)); a l e a l p 180/PI; L = S/sin(alPPY180); ~ 1 = Ln; HPBW = 52/(Cl*sqrt(n*Sl));

BWFN = 115/(Cl*sqrt(n*SI)); VSWR = (l+G)/( 1-G); dir = 12*Cl*Cl*n*Sl; res = 140*C1; p=LY(Sl+l); AR =LI*(sin(alPPI/180)-l/p); if(AR<O) AR=AR*-l;

void tabla(char ap)

int i; clrscr(); if (ap='s'llap='S') printf("\nfi EF ET E EFT ETT");

else printf("\n Espere un momento por favor");

BN=Dl*sqrt(PI*PI*PI)/(2*p*cos(alPPI/180));


PROYECTO TERMINAL 1 Y I1

for( FI=O,i=O;FI<=359;FI+=l ,i++)

{ k=l ; GN=27O+alf+FI; if(GN>360)

GN=GN-360; GP=9O-alf +FI; if(GP>360)

GP=GP-360; GPP=acos(sin(alPP~l80)*cos(FI*P~180)); GPP=GPP*180/PI; if(GPP>360)

GPP=GPP-360;

AN=~-P*COS(GN*PI/~~O); AP=l-p*co~(GP*PU180); APP=~-P*cos(GPP*PI/~~O); psi = 51*( l-cos(FI*PI/180)); psi = 360*( 1/(2*n)+psi); E = sin((90/n)*2*PU360)*cos(FI*2*PU360)*sin((n*ps~~)*2*~~360)/ sin((psi/2)*2*PI/360);

ET=2*sin(GPP*PI/180)*sin(BN*APP*PI/l80)*cos(alPP~180)/ (APP*sqrt( I-sin(alPPI/180)*sin(alfkPI/180)*cos(FI*PI/180)* cos(FI*PY180)))*sin((PI*(Sl*cos(FI*PI/l80)-


PROYECTO TERMINAL I Y I 1

sqrt(PI)*DI*sin(FI*PI/I80))-2*sqrt(PI)*BN)/2*P1/180); if(i=22) { if (ap-"s'Ilap=-'S')

printf("\n Oprima cualquier tecla"); op=getch();

printf("\nfi EF ET E EFT ETT"); i=l;

I I if (ap="s'l(ap=="S') I

printf("\n%03d %lO.Sf YOlO.8f %.Sf %o.lOf %.10f', FI,EF,ET,E,pow(EF*E,2),pow(ET*E,2));

I resultado.FI[ FI]=FI; resultado.ET[FI]=pow(ET*E,2); resultado.EF[FIJ=pow(EF*E,2); 1

void imprime()

printf("\n\tFrecuencia (Hz)= %f',f); printf("\n\tNúmero de vueltas (n) en m= %f",n); printf("\n\tEspacio entre vueltas (S)en m= %f',S); printf("\n\tDiárnetro helicoidal (D)en m= %f ',D); printf("\n\tPerímetro de la circunferencia (C)en m= %f ' ,C); printf("\n\tDiámetro del conductor helicoidal (d)en m= %f ',d); printf("\n\tLa longitud de onda (1ambda)en m= %f',l); printf("\n\tLongitud Axial (nS)en m= %of ",A); printf("\n\tResistencia Terminal (R)= %f ",res); printf("\n\tAncho de haz a potencia media (HPBW)= %f ",HPBW);



printf("\n\tAncho de haz en los primeros nulos (BWFN)= '%f ",BWFN); printf("\n\talpha = %f ",alf); printf("\n\tLongitud de vuelta (L)en m= %f ",L); printf( "\n\tDirectividad = "!f ",dir); printf("\n\tRadio axial (AR)= %f ",AR); print€("\n\tLa velocidad de fase relativa (p) = %Uf',p);

I

int grafica(float aux[],char *e)

/* request auto detection */ int gdriver =DETECT, gmode, errorcode; int ai,i,x,y,px,py,maxx,maxy,color,seed; float ax,ay,ox,oy,gx,gy; char msg(801; /* initialize graphics and local variables */ initgraph(&gdriver,&gmode, "");

/* read result of initialization */ errorcode = graphresult();

/* an error occurred */ if (errorcode != grOk) { printf("Graphics error: %s\n", grapherrormsg(errorcode)); printf("Press any key to halt:"); g e W ) ;

/* terminate with an error code */ exit( 1);

I setbkcolor( 1); /*Divide la pantalla*/ maxx = getma=() + 1; maxy = getmaxy() + 1; ox=maxx/3.5; oy=maxy/2; setcolor( 15);



marco(); radios(); circulas(); escala(); sprintf( msg,e, 15); outtextxy(ox-5,30, msg), gx=ox; gY=oy; for(i=O;i<360;i++) /*

aux[i]=aux[i]/maxirno;

9

Dibuja la gráfica*/

ax=aux(i]*sin(i*PI/180); x=ax* 160; if (x>=ox)

if( x-ox) x=ox; else x=ox+x;

else x=ox-x; ay=aux[i]*cos(i*PI/180); y=ay * 160; if (y>=oy) if( y=oy )

y=oy; else y=oy+y; else Y'OY -y ;

if( i-O)

px=x; pY=Y; 1

{

if (i>=l)

ANTENA HELICODAL PARA UHF 11-7


datos(); /* clean up */

getch0; closegraph(); return O;

1

void datos() /*Escribe resultados en los recuadros*/

char cad2[801; int ox;

ox=l90; sprintf(cad2,"Frecuencia (Hz)= %.3f ' 4 ; outtextxy(ox+195,60,cad2);

sprintf(cad2,"Número de vueltas (n)= %.3f ',u);

outtextxy(ox+l95,90,cad2);

sprintf(cad2,"Esp. entre vueltas (S)= %.3f ',S); outtextxy(ox+l95,120,cad2);

+ sprintf(cad2,"Perímetro (C)= %.3f ',C); outtextxy( ox+l9S,1 SO,cad2);

sprintf(cad2,"Diámetro helicoidal (D)= %3f ',D);



sprintf(cad2,"Vel. de fase relativa (p)= %.3ft,p); outtextxy( ox+195,21 O,cad2);

sprintf(cad2,"Longitud de onda (I)= %.3f ',I); outtextxy(ox+l95,240,cad2);

sprintf(cad2,"Alfa = %.3f ',alf); outtextxy(ox+l95,270,cad2);

sprintf(cad2,"PATRON DE RADIACIONtt); outtextxy( 110,45O,cad2);

sprintf(cad2,"Cualquier tecla para continuar"); outtextxy(385,450,cad2);

1

void marco() {

setcolor( 1 O); line(0,5,370,5); /* Marco izquierdo */ line(370,5,370,475); line(370,475,0,475); line(0,475,0,5);

line(375,5,638,5); /* Marco derecho */ line(638,5,638,475); line(638,475,375,475); line(375,475,375,5); setcolor( 15);

1

void circulas() /* dibuja las circunferencias */

{

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 1 1 - 0

PRO\IZCTO TERMINAL I Y I1

int r,ox,oy; ox =(getmaxx() + 1)/3.5; oy =(getmaxy() + 1)/2; for(r=40;r<=160;r+=40) circie(ox,oy,r);

void radios() /*Dibuja los radios*/ {

int a,b,xi,yi,ox,oy,db,base=lO; char valor[5]; ox =(getman() + 1)/3.5; oy =(getmaxy() + 1)/2;

for(a=O;a<360;a+=30) { yi=160*sin(akPY180); xi=160*cos(akPI/180); line(ox+xi,oy+yi,ox,oy); 1

{

for(db=30,yi=b=oy-48;b>(oy-l60);db-=10,b-=45)

if (b-147) yi=b+5;

else if (b= 102) yi=b+ 1 O;

itoa(db,valor,base); outtextxy(o~-5,yi,valor);

1 for(db=30,xi=b=ox+35;b~(ox+l20);db-=lO,b+=33) { if (b=2 50)

xi=b+5; else

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 1 1 - 1 0

PROYECTO TERMINAL I Y 11

if (b-283) xi=b+ 1 O;

itoa(db,valor,base); outtextxy(xi,oy-10,valor); 1

1

void escala() /*Marca la escala de grados en la circunferencia*/ {

x,y,h,k,amp, grado,base=lO; char valor( 101;

h = (getma=() + 1)/3.5; k = (getmaxyo + 1)/2;

for (grado=30;grado>-180;grado-=30) {

if (grado<=30 && grado>=-90)

{ amp=180; y=amp*sin(grado*PI/180 - 89*P1/180); x=amp*cos(grado*PI/180 - 89*PU180); 1

if (grado==-120 11 grado"l50) { amp=187; y=amp*sin(grado*PI/l80 - 88*PY180); x=amp*cos(grado*PI/180 - 88*PI/180);

itoa(-grado,valor,base); outtextxy(h+x,k+y,valor);

1

1 for (grado=O;grado<210;grado+=30)

ANTENA HELICOIDAL PARA UHF 1 1 - 1 1


f

if (grado<l80 && grado>=O)

{ amp=l72; y=amp*sin(grado*PUl80 - 91*PU180); x=amp*cos(grado*PI/180 - 91 *PI/180);

1

{

if (grado-1 80)

amp=173; y=amp*sin(grado*PI/l80 - 88*PUlSO); x=amp*cos(grado*P1/180 - 88*PI/180);

1

itoa(grado,valor,base); outtextxy(h+x,k+y,valor); 1

1

/* inicia - graficos */ void inicia - graficos(void)

int driver,mode; driver=DETECT; mode=O; initgraph(&driver,&mode,"");

1

void portada() /*Dibuja la portada*/ f

inicia-graficoso; setfillstyle( 1 ,O); bar(O,O,getmaxx(),getmaxy()); rectangle(O,O,getmaxx(),getmaxy()); settextstyle(DEFAULT - FONT,HORIZ_DIR,2);



outtextxy(50,30,"UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA"); outtextxy(200,80,"UNIDAD IZTAPALAPA"); settextstyle(DEFAULT - FONT,HORIZ - DIR,2); setcolor( 15); outtextxy(200,150,"PROYECTO TERMINAL"); setfillstyle( 1 ,O); bar( 180,2 15,550,260); setfillstyle( 1,l); bar(55,200,610,280); settextstyle(DEFAULT - FONT,HORIZ - DIR,2); setcolor( 15); outtextxy(60,2 10,"SIMULACION DEL PATRON DE RADIACION"); outtextxy(60,250," DE UNA ANTENA HELICOIDAL "); settextstyle(DEFAULT-FONT,HORIZ - DIR,2); setcolor( 15); outtextxy(50,300,"ALUMNO : "); outtextxy(50,330," Javier Andres Segura Bello"); outtextxy(50,440,"PROFESOR: Juan Carlos Sánchez"); delay( 6000); setbkcolor(0); clearviewport(); closegraph();

1

void main() {

int x,y;

portada(); do { clrscr(); entrada(); calcula(); imprime(); printf("\n Desea ver los puntos generados para el patron de "); printf("\n radiación de la Antena, con los datos proporcionados ");



printf("\n en la tabla [S]; ó (NI0 : "); x=wherex(); y=wherey(); do {

gotoxy(x,y); op=getch();

1 while (op != 'S'&& op!= 'S' && op != 'n' && op != 'N'); tabla(op); printf("\nDesea ver la gráfica [S]i ó [N]o" ); x=wherex(); y=whereyO; do { gotoxy(x9y); op=getch(); 1 while (op != 'S'&& op!= 'S' && op != 'n' && op != 'NI); if(op='s'I(op='S')

maximo=nummax(resultado.EF); grafica(resultado.EF,"EF"); maximo=nummax(resultado.ET); grafica(resultado.ET,"ET");

1 printf("\n Desea otro cálculo [Sli ó [ N]o :"); x=wherex(); y=wherey(); do gotoxy(x9y); clreol(); op=getch(); 1 while (op != 'S'&& op!= 'S' && op != 'n' && op != 'N');

} while(op=='s'l) op=-'S'); setbkcolor(0); clrscr();

1


PROYECTO TERMINAL 1 Y I 1

EN LA SIGUIENTE TABLA VEMOS ALGUNOS DISEÑOS DE ANTENAS HELICOIDALES


CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el diseño de antenas helicoidales es necesario tener en cuenta muchos aspectos para lograr un modelo óptimo. Después de hacer la recopilación de la información necesaria, basada sobre todo en los artículos y el libro del creador de este tipo de antenas que es J. D. Krauss, ademas de otros autores de libros y manuales de antenas, se prosigue a hacer los cálculos pertinentes para el desarrollo de la aplicación buscada (en mi caso es de una antena helicoidal para la banda UHF canales 22-69).

En el desarrollo de los cálculos pude observar que para la aplicación requerida se necesitaba una antena de las siguientes dimensiones (teniendo en cuenta que el cable coaxial con mayores ventajas y facilidades para mi antena es de 75 ohms, y que este valor define otros parámetros, se tiene:

n=6 vueltas D=O. 13 m C=0.25 m S 4 . 1 m A=0.6 m L=0.42 m d=O. 02 m a=13.75"

Por lo que la longitud necesaria del alambre de cobre para construir la helicoide es de 1-"n=2.52m

Para el plano tierra se tiene : con R=x*G G =0.36 m R=1.13m G1=0,45*G=016m R1=0.5m G2=0.45*G1=0.08m R2=0.25m G3=0.45*G2=0.035m R3=0.1 l m

La longitud necesaria del alambre galvanizado para el plano tierra es de 1.99m

El material de la helicoide es cobre recubierto calibre 12. Para el plano tierra h e necesario cambiar el material porque presentaba algunos problemas al soldarla y se utilizó alambre galvanizado del mismo calibre, lo cual no afecta en nada la recepción de la antena.



Con la ayuda de un programa de simulación del patrón de radiación de la antena h e posible ver de una manera más tangible el resultado del diseño propuesto, sólo falta comprobar este resultado con las mediciones pertinentes y los equipos adecuados que proporciona la institución. o en su defecto la secretaría de comunicaciones y transporte u otra institución que pueda proporcionar el equipo necesario.


BIBLIOGRAFÍA

[ I ] J.D. Krauss John, Antennas, 2e, McGraw-Hill, 1989, pp. 265-330.

[2] Constatine A Balanis, Antenna Theory Analysis and Ilesign, John Wiley & Sons, pp. 386-392.

[3] A. W. Rudge, K. Milne, A. D. Oliver, P. Knight, The Hand Book of Antenna Design, Volurnenes 1 y 2, Grolier, pp. 7.1-7.7.

[4] H. Jasick, Antenna Engmeering Handbook, McGraw-Hill.

[5] R. C. Johnson, H. Jasik, Antenna Engineering Handbook, Mc-Graw-Hill.

universidad autonoma metropolitana-xztapalapa …148.206.53.84/tesiuami/uam3144.pdf · figura 6....

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