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Antena Helicoidal para la radio Habana Cuba UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica de Loja ESCUELA DE ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
Alexander Alexander Santos Orellana Orellana
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presente te paper paper tiene tiene como como RESUMEN: El presen finalidad describir como se elaboró una antena helicoidal para la radio Haba Cuba(15.23kHz), para ello se tomaro tomaron n en cuenta cuenta alguno algunos s paráme parámetro tros s tanto tanto en el diseño como en la construcción de la misma, misma, estos son: son: su diámetro, la separación entre dos vueltas, el número de vueltas, y por supuesto la frecuencia para la cual debe funcionar . En función de las dimensiones de la hélice existen dos modos básicos de funcionamiento: el modo normal y el modo modo axial, axial, en este este caso, caso, por tratars tratarse e de una baja frecuencia se realizará la antena en el modo normal.
Otra ventaja es que se puede implementar a bajo costo costo y, además, además, se puede puede aumenta aumentarr la gananc ganancia ia aumentando el número de espiras. [1]
2. Conf Config igur urac ació ión n La configuraci configuración ón de una hélice hélice consiste consiste en N vueltas, diámetro D y el espacio S entre cada vuelta. La longitud total de la antena es L=NS, mientras que la long longit itud ud tota totall del del cabl cable e es Ln = NL0, C es la circunferencia de la Hélice. Otro parámetro importante es el ángulo α que es el ángulo formado por una línea tangente al cable de la hélice y un plano perpendicular al eje de la misma. El ángulo es definido por:
PALABR PALABRAS AS CLAVE CLAVE: Antena Antena Helico Helicoida idal, l, Diseño Diseño,, Antena para frecuencias bajas, Antena en modo normal normal .
1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN Este tipo de antena fue introducida por el Dr. Jhon Kraus en 1940. Sus Sus características como: polarización circul circular, ar, impeda impedanci ncia a y gananc ganancia ia sobre sobre un rango rango de frecuencia de banda ancha; la han convertido en una de las las más más util utiliz izad adas as en la actu actual alid idad ad,, sobr sobret etod odo o en comunicaciones.
Cuando α es 0º, entonces el devanado de la hélice hélice es aplana aplanado, do, y la reduce reduce a una antena antena loop, cuando es de 90º entonces el hélice se reduce a un cable lineal. Las características de radiación de la antena pued pueden en vari variar ar por por el cont contro roll del del tama tamaño ño de sus sus prop propie ieda dade des s geom geomét étri rica cas s en comp compar arac ació ión n con con la longitud de onda. La impedancia de entrada es critica depende del ángulo de inclinación vertical y el tamaño de cond conduc ucto tor, r, espe especi cial alme ment nte e cerca cerca del punt punto o de alimentación, y se puede ajustar mediante el control de sus valore valores. s. La polari polarizac zación ión genera generall de la antena antena es elíptica. Sin embargo polarizaciones circulares y lineales se puede lograr más de diferentes rangos de frecuencia. Una Una ante antena na heli helico coid idal al,, por por tant tanto, o, tien tiene e modo modos s de radiación, así:
Fig. 1 Antena helicoidal
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Existen algunas ventajas en cuanto a este tipo de antenas, la helicoidal, como se dijo anteriormente, posee una una pola polari riza zaci ción ón de tipo tipo circ circul ular ar la que que perm permit ite e indepe independe ndenci ncia a entre la calidad calidad de los enlaces enlaces y la orientación de las antenas. El elemento reflector aporta una seguridad para la relación delante-atrás.
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Modo Normal Modo Axial
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Fig. 2 Modos de radiación En nuestro caso vamos a utilizar el modo normal.
2.1 Modo Normal En el modo normal de funcionamiento del campo radiado por la antena es máximo en un plano normal al eje de la hélice y el mínimo a lo largo de su eje, como se muestra dibujado en la figura, que es una forma de ocho que gira alrededor de su eje similar a la de una relación lineal dipolo de lambda l
Fig. 4 Parámetros geométricos de la antena helicoidal
Trabajamos a la frecuencia de la radio Habana Cuba en el día que es de 15230kHz
Teniendo en cuenta que: C= Longitud circunferencia de la hélice. S= Espacio entre vueltas. L= Longitud de la antena. D= Diámetro antena. Lo= Longitud para una vuelta. L = Longitud del cable. [3]
Fig. 3 Modo de radiación normal
3. Cálculos 3.1 Cálculos para la antena donde
Las fórmulas para los cálculos de la antena helicoidal [2], son las siguientes:
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3.2 Cálculos para el acople La antena tendrá un largo de 56 cm, según el libro de Balanis el grosor del cable puede ser de 1 mm, por lo que se utiliza alambre de cobre de calibre AWG 14., que mide un poco más de 1 mm de grosor. La impedancia de la antena está dada por, la fórmula:
3.2.1 Impedancia de la antena
3.2.2 Impedancia del Stub Fig. 6 Diagrama de radiación
Si: 1/2λ
5. Implementación
4. Simulaciones Se realizaron simulaciones en el software FEKO, obteniendo los siguientes resultados.
Fig. 7 Antena helicoidal construida
Fig. 5 Simulación Antena helicoidal
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6. Conclusiones •
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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 determiado), 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.
Para la implementación de esta antena se utilizo una longitud de onda igual a , debido a que esta diseñado con modo normal en el cual las dimensiones de la antena son mucho menores a la longitud de onda.
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La ganancia para antenas de este tipo es muy alta para frecuencias en el orden de los GHz, sin embargo para frecuencias de onda corta, la construcción de estas antenas se las hace en modo normal, lo cual trae consigo, una reducción de la ganancia debido a que el lóbulo de radiación es omnidireccional.
5 RECURSOS [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] Constantine A. Balanis, Antenna Theory.- 3ra Edición, capítulo 10. [consulta 29-12-2010] [3] Antena Helicoidal.[en línea] disponible en:
[consulta 29-12-2010] [4] Sandoval F, Morocho M.- Antenas Helicoidales [en línea] disponible en:
[consulta 29-12-2010]
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