proyecto atena loop listo

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Repblica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politcnica de la Fuerza Armada Maracay-Edo. Aragua UNEFA

DISEO 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

ndice de contenido: Introduccin (ROSMA)

Generalidades La antena se define como aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseada especficamente para radiar o recibir ondas electromagnticas. Una antena de lazo consiste en un lazo de conductor de una o ms espiras se podran considerar como antenas de bajo costo y muy usadas, son relativamente sencillas y muy verstiles pueden ser diseadas de diferentes formas circulares, rectangulares, triangulares y muchas otras configuraciones por su simplicidad en el anlisis y construccin. El lazo circular es el ms popular estn hechas de un cable dispuesto en forma de crculo, 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 matemtica que un dipolo magntico infinitesimal. Podramos mencionar cuatro caractersticas fundamentales de este tipo de antenas: pequeas dimensiones, Mayor radiacin 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; elctricamente grandes para los cuales su longitud total (numero de vueltas por

permetro) es ms o menos similar a la forma de onda, y elctricamente pequeas las cuales su longitud total es menor que la decima parte de la longitud de onda. Si las dimensiones del lazo son suficientemente pequeas con respecto a la longitud de onda, la corriente en el lazo es constante y la antena tiene un patrn de radiacin igual al de un dipolo, si las dimensiones del lazo no son tan pequeas en comparacin con la longitud de onda la forma del patrn de radiacin tendr sus geometras particulares. Las antenas de lazo por lo general son deficientes en modo emisor debido a que tienen muy baja resistencia de radiacin, por esto son usadas comnmente en modo receptor donde prima ms la relacin seal-ruido que la misma eficiencia de la antena. Ecuaciones de Antenas Loops o de lazo: El diseo corresponde a una antena de lazo con una longitud igual a (antena con longitud de onda completa) estas resultan muy tiles porque presentan valores razonables de ganancia e impedancia de entrada. Estas antenas vienen de muchas formas circular, cuadrada, rectangular y formato losange (diamond). Todas las formas proporcionan diagramas de radiacin y ganancia ms o menos equivalentes. Distribucin de corriente a lo largo de la antena de onda completa: Debemos principalmente comprender la distribucin de corriente a lo largo del crculo de onda completa y como los campos resultantes se suman o se anulan. La ubicacin del punto de alimentacin, que podra encontrarse en cualquier parte del cuadro, influenciara el diagrama de radiacin. Lo ms conveniente para el anlisis de la distribucin de la corriente en la antena de lazo es establecer la posicin simtricamente en el plano X-Y con Z=0, refirindonos a la figura 2 asumiendo que el conductor es muy delgado entonces la distribucin de corriente est dada por:

Figura 1. Representacion de el lazo en el plano.

Donde io es una contante.

Figura 2. antena de lazo representacion del campo a un punto en el plano.

Expresamos la representacin de la geometra de la antena circular y observacin de la geometra del campo lejano. Las cuales se expresan en coordenadas esfricas. Se obtienen los componentes del campo magntico:

Para J=0 en los correspondientes componentes del campo elctrico podrn ser escritos como:

Densidad de potencia y resistencia de radiacin: La resistencia de la radiacin corresponde a las prdidas de la antena durante la transformacin de energa electromagntica a energa elctrica La densidad de potencia compleja es dada por: ) Cuando esta ecuacin es integrada sobre una superficie cerrada nicamente estos componentes radiales estn dados por

La contribucin de la potencia compleja Pr se puede obtener realizando la integral de superficie esta ser

De forma reducida esto es

Tomando de esta solo la componente real se tiene la potencia radiada:

Si se iguala la ecuacin de Prad dada por de radiacin se puede expresar

Rr/2 y despejando Rr la resistencia

Donde miestras que C=2a = S=2a rea de la antena [m2 ] Longitud de onda completa [m] Resistencia DC del conductor (Rdc) El conductor tiene una resistencia en funcin de la longitud y el dimetro, dada por:

Donde: L Longitud total del devanado [m], 8aN (cuadrado), 2aN (circular) dc R Resistencia del conductor [] Resistividad del conductor [m] (para el cobre = 16.78109 [ m] r radio del conductor [m]

Resistencia AC:

Donde L Longitud total del devanado [m], 8aN (cuadrado), 2aN (circular) Rac Resistencia ac del conductor [] 0 Permeabilidad del vaco (4 107 ) [H/m ] Intensidad de radiacin y directividad:

En donde la mxima eficiencia de apertura est dada por

Perdidas de resistencia del lazo conductor:hf

L

Modo de tansmisor:

La impedancia de entrada de una antena se define por la razn entre voltaje y corriente en los terminales de la antena. El circuito equivalente para la impedancia de entrada cuando el loop es usado como una antena transmisora. La impedancia de entrada Zin es representada por

Donde Rr resistencia de Radiacion RL perdidas de resistencia del lazo conductor XA Reactancia inductiva externa de la antena lazo LA Xi Reactancia interna de alta frecuencia del lazo conductor Li

Suceptancia Br de el capacitor Cr

E impedancia de entrada Zin es igual

La resistencia RL de un lazo conductor podra ser calculada usando diferentes tcnicas. La reactancia inductiva XA del lazo es calculado usando la inductancia LA de:

Lazo circular de radio a y radio del cable b:

La reactancia interna del lazo conductor Xi podra ser encontrado usando la inductancia interna Li del loop para una sola espira podra ser dado aproximadamente por

Donde l es la longitud y P el permetro 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

Antena de lazo y su equivalente en odo receptor.

Imedancia, 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 . Con esta longitud, la reactancia de entrada cae a un valor muy bajo.En estas condiciones la antena es muy util y tiene un ancho de banda razonable. La antena tiene una ganancia cercana a 3.09dB, menor que los 3.82dB del dipolo de onda completa pero mas alta que los 2,15dB correspondientes al dipolo de media onda. Diseo de la antena: El diseo se basa en una antena Loop o lazo de corriente a continuacion se presentaran las condiciones de diseo a tener en cuenta para su elavoracion. F: 2450MHz Calculaos la longitud de onda por medio de la siguiente Formula: =C/f =3x10-8/2,45GHz =0.1224 mts

Se trabajara para una antena completo con lo cual obtenemos valores considerables de ganancias de ganancia e impedancia de entrada por lo que nuestras concideraciones de diseo seran tomadas a partir de este parametro en la cual se tiene: C= perimetro total del lazo C/= Diametro del lazo D C/2=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=a2=1,1824x10-3

Rr=0,1938Ohmios Directividad del Lazo:

Maxima ficiencia de Apertura:

Aem=1,7898x10-3 Resistencia Ohmica: perdidas de resistencia del lazo conductorhf

L

P=1,7x10-8 Ohimios-m =4x10-7 d=diametro RL=0,1011Ohmios Lazo circular de radio y radio del conductor d

LA =51,89nH

Li =6.568pH

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 Disear una antena loop lambda completo con una frecuencia de 2,45GHz. Se establece la frecuencia y el programa arroja el correspondiente clculo de la longitud de onda para este diseo se establece un lazo e permetro 12,24 cm y por consiguiente un dimetro de 3,14 cm de la cual es mostrada a continuacin:

Antena diseada en el plano ZX

El cuadro muestra los clculos arrojados por el simulador en donde se presentan valores de impedancia de entrada de la antena as como su ROE el cual se considera aceptable para el funcionamiento de la antena su eficiencia de radiacin es de 100% mostrando ganancias en dB que estn relacionadas con los apartados tericos analizados previamente, su radiacin de potencia esta en el orden de 100w para 1V aplicado tambin presenta valores de voltaje y corriente as como informacin de la frecuencia usada. A continuacin se muestra el patrn de radiacin representada en un diagrama polar.

Visualizacin en tercera dimensin de nuestra antena de lazo

Antana y su correspondiente Patron de Radiacion:

Expresamos el patron de radiacion de la antena mostrando valores en decibelio istropo la cual se trata de una unidad para medir la ganancia de una antena en referencia a una antena istropa terica. Este valor de dBi corresponde a la ganancia de la antena ideal (terica) que irradia la potencia recibida de un dispositivo al que est conectado, y al cual tambin transmite las seales recibidas desde el espacio, sin considerar ni prdidas ni ganancias externas o adicionales de potencias. Impedancia de la Antena en su representacin en la carta de Smith.

Perdidas de retorno: Para la simulacin se gener un barrido de frecuencia desde 3MHz hasta 3.9MHz con los siguientes resultados:

Para un barrido de frecuencia desde 3MHz hasta 10MHz se genera el siguiente resultado:

Representacin de los valores para las redes de adaptacin de la antena:

Construccion de la Antena Loop Materiales a utilizar: Pinzas

Cautin

Estao

Silicon

Alambre de Cobre de 2mm de diametro.

Jumper

Base

Conector Hembra SMA

Cable coaxial RG-58

Regla y exacto

Procedimientos de contruccion: El procedimiento es bastante sencillo si se tienen todos los materiales necesarios y conocemos las caracteristicas fisicas de la antena a disear. Primero se tomo la medida del cabre de cobre a usar el cual seria de 12,24cm moldeando con el mismo el lazo.

Una vez realizado esto se prodece a trabajar con el cable coaxial para realizar el balum que adaptara nuestra antena. Se separa el material aislante o recubrimiento de plastico del cable con una medida de /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, ambos hilos no deben tocarse en esta zona.

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.

Solo resta colocar en el otro extremo el conector SMA hembra

Y listo, nuestra antena de lazo de corriente esta lista para ser usada en un dispositivo router.

RESUMEN CONCLUSION (ROSMA)

Referencias Bibliograficas Balanis, C.A. (1982). Antenna Theory: Analysis and Design. 2 ed. Nueva York: John Wiley & Sons. Haynes, T. (2001), Capitulo 5. Kraus, J.D. 1990. Antennas. McGraw-Hill, New York. Capitulo 6.

Referencias en linea: http://www.angelfire.com/electronic/jagp/sem7/loopcom2.html http://www.qsl.net/xe3rn/loop.htm http://www.apuntesdeelectronica.com/radio/antena-delta-loop-ondacompleta.htm http://www.astronomos.cl/conocimientos/avanzado/antenas_pr%E1ctica.pdf