Contruscción de antena ranurada

7/25/2019 Contrusccin de antena ranurada

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UNIVERSIDAD EVANGLICA BOLIVIANAFACULTAD: CIENCIAS Y TECNOLOGA

INGENIERA ELECTRNICA

CONSTRUCCIN DE UNA ANTENA RANURADAPARA WI-FI (2,4GHZ

!ATERIA: !TODOS DE INVESTIGACIN

I"#$ G%&')* !'%$+% D'#$

S%$% C'. / 0$1 +) 23

NDICE.


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CAPTULO Pg.1. Introduccin 22. Objetivo ener!" ##. Objetivo$ E$%ec&'ico$ #(. )!rco Terico #

Array de ranuras 5 Patrn de radiacin 6 Parmetros bsicos 7

*. Ejecucin de" Tr!b!jo 11 Seleccin del Tubo a utilizar para la construccin 11 Medidas y especificaciones de la antena 11 Clculo de la lonitud de onda en el !ac"o 11 Clculo de la lonitud de onda de corte 1# Clculo de la lonitud de onda dentro de la u"a de ondas 1# $imensiones de las ranuras 1% Construccin de la antena 17

Mediciones 1&+. Conc"u$ione$ 21,. -ib"iogr!'&! 22

1. INTODUCCI/N.


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Cuando 'ablamos de (i)*i nos referimos a una de las tecnolo"as de

comunicacin inalmbrica mediante ondas electroman+ticas ms utilizada 'oy en

d"a,

-l alcance de una se.al (i)*i est relacionada con el tipo de antena /ue se est

utilizando0 cada tipo de antena tiene su forma de irradiacin propia0 la cual es ideal

para su respecti!o propsito,

a antena ranurada tiene aplicaciones en na!eacin0 radar y otros sistemas de

alta frecuencia0 en +ste traba2o se dan a conocer las bondades y caracter"sticas de

una antena ranurada dise.ada para traba2ar a frecuencias de (i)*i 3#,4 z,

Son fciles de fabricar0 tienen ba2a perdida y tienen polarizacin lineal con poca

polarizacin cruzada,

a antena ranurada es bsicamente una u"a de ondas con ranuras cuyo tama.oest en funcin a la lonitud de la onda /ue se est propaando, as ranuras son

tomadas como dipolos debido al principio de 8abinet0 por lo tanto la antena

ranurada es considerada como un arrelo de antenas, 9na ranura delada en un

plano tierra infinito es seme2ante a un dipolo en el espacio libre, -sto lo describi

, , 8oo:er0 la persona /ue e;tendi el principio de 8abinet de la ptica para

mostrar /ue la ranura ten"a el mismo patrn de radiacin /ue un dipolo con las

mismas dimensiones /ue la ranura,

2. O-0ETIO ENEAL.


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Construir una antena ranurada destinada a operar eficientemente en frecuencias

de (i)*i 3#,4z,

#. O-0ETIO EPEC3ICO. nica diferencia es /ue los campos

man+ticos y el+ctricos son intercambiados,


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Figura 1. Principio de Babinet: Ranura vs. Dipolo

?a 'emos establecido /ue el patrn de radiacin de una ranura es lo mismo /ue elpatrn de un dipolo de las mismas dimensiones,

Para poder llear a entender cmo funciona la antena ranurada y saber dnde

colocar las ranuras en el u"a ondas0 necesitamos estar familiarizados con los

campos /ue e;isten dentro del u"a ondas para el modo de propaacin

dominante 3T-1@,

Figura 2. Distribuciones de campos en un gua ondas rectangular para el

modo TE10


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a teor"a nos dice /ue las ranuras deladas /ue son paralelas al flu2o de corrienteen las paredes del u"a ondas 3fiura #,c no irradian, Sin embaro0 cuando unaranura est posicionada de tal manera /ue interrumpe el flu2o de corriente0forzando a la corriente /ue !ia2e alrededor de la ranura0 la ener"a del campomodal dentro del u"a ondas es irradiada al espacio libre,

AA4 DE ANUA

9n array o arrelo es una disposicin de !arios elementos radiantes de la misma

naturaleza /ue0 mediante el acoplo entre ellos se consiue /ue la antena en su

con2unto lore mayor alcance y directi!idad,

Figura . !rra" lineal: los elementos se colocan sobre una lnea recta

-l patrn de radiacin de un array de ranuras es similar al patrn de radiacin de

un array colineal 3antena colineal, ntente !isualizar el patrn del dipolo como una

donut 3fiura 4, Al a.adir ms dipolos colineales al array0 la donut se !a

aplanando, $e la misma manera0 un array de ranuras aplana el patrn de

radiacin,

,

3igur! (. P!trn de r!di!cin de un di%o"o.

os arrays de ranuras en u"a ondas pueden ser clasificados en dos ruposB 31

arrays de onda estacionaria y 3# arrays de onda !ia2era, os arrays de onda

estacionaria tienen elementos cada D#, os campos se repiten en el u"a ondas


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cada D# pero son de fases opuestas, Por esta razn la ranuras estn colocadas

en un confiuracin ED) para /ue todos los elementos est+n en fase, a

confiuracin se puede apreciar en la fiura %, Para minimizar la onda refle2ada y

e!itar /ue el desempe.o de la antena se !ea disminuido0 la u"a debe ser

terminada en corto circuito0 +ste debe de estar colocado por delante de la >ltima

ranura a una distancia de D4 o bien %D4, Si la distancia entre las ranuras no es

D# o si la frecuencia es cambiada de manera sinificati!a0 entonces las ranuras

no sern alimentadas en fase y el 'az ser inclinado,

PAT/N DE ADIACI/N

-l patrn de radiacin en %$ para la u"a de onda ranurada se muestra en la

siuiente fiura 3Se calcul utilizando un pa/uete de electromanetismo num+ricollamado *-FG, Hue el aumento es de apro;imadamente 17 d8,

Figura #. Patr$n de radiaci$n D de una antena ranurada.

Se debe tener en cuenta /ue en el plano ;)z 3o ')plane0 el anc'o del 'az es muy

estrec'o 3#)5 rados, -n el plano y)z 3o e)plane0 el anc'o del 'az es muc'o ms

rande,

PA5)ETO -5ICO
http://www.antenna-theory.com/definitions/hplane.phphttp://www.antenna-theory.com/definitions/eplane.phphttp://www.antenna-theory.com/definitions/eplane.phphttp://www.antenna-theory.com/definitions/hplane.php


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Figura %. &omenclatura de las dimensiones de una gua de ondas.

Como se muestra en la imaen0 IaI corresponde a la cara anc'a del tubo y IbI la

cara anosta0 de a/u" en adelante llamaremos a estas medidas a y b tal y como

indica la fiura,

Antes de comenzar a realizar los clculos /ue nos permitirn obtener las

dimensiones de la antena0 debemos calcular ciertos parmetros entre los cuales

tenemosB onitud de onda en el espacio libre 3o0 lonitud de onda dentro de la

u"a 30 lonitud de onda de corte 3c y por supuesto como ya lo 'emos

medido a y b, as ecuaciones se muestran a continuacinB

C"cu"o de "! "ongitud de ond! en e" v!c&o

Lo=C

f $ondeB C=3108

mDsB Jelocidad de la luz en el !aci y fB frecuencia

de operacin

C"cu"o de "! "ongitud de ond! de corte

c K 2a

$ondeB a representa la cara anc'a de la u"a de ondas,

C"cu"o de "! "ongitud de ond! dentro de "! gu&! de ond!$

Lg=1

( 1

Lo)2

( 1Lc)2


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Con estas sencillas ecuaciones ya tenemos los !alores de o0 0 c y los !alores

de a y b los cuales son necesarios para el resto de los clculos,

Di6en$ione$ de "!$ r!nur!$

os parmetros /ue debemos calcular para obtener las dimensiones de la ranurase muestran a continuacinB

) aro de la ranura3r) Anc'o de la ranura3Ar) $istancia entre la ranura y la l"nea central de la u"a de ondas3L) $istancia entre cada ranura de centro a centro3$r

as -cuaciones son las siuientesB

) Calculo del laro de la ranura

r K @0464o

C"cu"o de" !nc7o de "! r!nur!

Ar K D#@

C"cu"o de "! di$t!nci! entre "! r!nur! 8 "! "&ne! centr!" de "! gu&! de ond!$

L K 3aD%014asenNy

$ondeB y K slotD=a!euide

as ecuaciones para slot y =a!euide se muestran a continuacinB

slot K 1DO 3O K O>mero de ranuras

Gwaveguide=2,09(LgLo )(a

b )[cos(0,464Lo180Lg )cos (0,464180)]2

C"cu"o de "! di$t!nci! entre c!d! r!nur! de centro ! centro

$r K D#

Probe to 8ottomB distancia entre el reflector inferior y el centro del conector O 3$i

Slot to topB $istancia entre el centro de la >ltima ranura y el reflector superior 3$s


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Slot to probeB $istancia entre el centro del conector O y el centro de la primeraranura 3$n

A/u" las ecuacionesB

$i K $s K D4 $n K

Figura '. Dimensiones de una antena ranurada


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*. E0ECUCI/N DEL TA-A0O.

9e"eccin de" Tubo ! uti"i:!r %!r! "! con$truccin

Como se muestra en la imaen0 IaI corresponde a la cara anc'a del tubo y IbI lacara anosta0 de a/u" en adelante llamaremos a estas medidas a y b tal y comoindica la fiura, A'ora solo falta dar respuesta a la siuiente preuntaB

;Cu"e$ $on "!$ 6edid!$ de" tubo


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Lo=C

f

$ondeB C=3108

mDsB Jelocidad de la luz en el !ac"o y fB frecuencia de

operacin,

Para el caso de redes =ifi la frecuencia de operacin es de #04z,

Para realizar este clculo 'e utilizado el canal 6 /ue corresponde a #04%7z,

a lonitud de onda en el !ac"o ser"aB

Lo=310

8

2,437109

o K @01#%m

) C"cu"o de "! "ongitud de ond! de corte

c K 2a

$ondeB a representa la cara anc'a de la u"a de ondas,

Para mi caso a K 1@@e)%m o 1@@mm y al sustituir el !alor de a en la ecuacin me/ueda /ueB

c K #1@@e)%

c K @0#m

) C"cu"o de "! "ongitud de ond! dentro de "! gu&! de ond!$

Lg=1

( 1Lo)

2

(1Lc)

2

os datos sonB

o K 1#%mm c K @0#m


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-ntonces tenemos /ueB

Lg=

1

( 1

123103 )

2

( 10,2 )2

K @0@#46m

Con estas sencillas ecuaciones ya tenemos los !alores de o0 0 c y los !aloresde a y b los cuales son necesarios para el resto de los clculos,

Di6en$ione$ de "!$ r!nur!$

os parmetros /ue debemos calcular para obtener las dimensiones de la ranurase muestran a continuacinB

) aro de la ranura 3r,) Anc'o de la ranura 3Ar,) $istancia entre la ranura y la l"nea central de la u"a de ondas3L,) $istancia entre cada ranura de centro a centro 3$r,

as -cuaciones son las siuientesB

) Calculo del laro de la ranura

r K @0464o

r K @04641#%e)%

r K 57e)%m o 57mm

Tericamente el laro de la ranura deber"a ser oD# pero se>n in!estiaciones

realizadas por diferentes autores0 llearon a la conclusin de /ue la medida e;actano es oD# sino ms bien 5Rmm,

-ntonces tenemos /ueB

r K 5Rmm


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) Clculo del anc'o de la ranura

Ar K D#@

-ntonces con K ##&e)% nos /ueda /ueB

Ar K 10#%e)% m

) Calculo de la distancia entre la ranura y la l"nea central de la u"a de ondas

L K 3aD%014asenNy

$ondeB y K slotD=a!euide

as ecuaciones para slot y =a!euide se muestran a continuacinB

slot K 1DO

=a!euide K #0@R3Do3aDbCos33@0464o1&@D)Cos3@04641&@U#

os datos son los siuientesB

O K & ranuras K @0@#46 o K 1#%e)% a K 1@@e)% b K 5@e)%

Con estos datos calculamos cada uno de los parmetrosB

)Clculo de slot

slot K 1D&

slot K @01#5

)Clculo de =a!euide


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=a!euide K #,@R3##&e)%D1#%e)%37%01e)%D4@0#e)%Cos33@04641#%e)%1&@D##&e)%)Cos3@04641&@U#

Gwaveguide=2,09( 0,0246123103 )(100

50)[cos( 0,464123103180

0,0246 )cos (0,464180 )]2

=a!euide K @015

)Clculo de ?

? K @01#5D@015

? K @0&%%

?a con estos !alores podemos calcular L

L K 31@@e)%D%014asen 3N@0&%%

L K #01e)%m

) Calculo de la distancia entre cada ranura de centro a centro

$r K D#

os datos sonB

K @0@#46m

-ntoncesB

$r K @0#46mD#


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$r K 1#%e)% 3mts

ltima ranura y el reflector superior 3$s

Slot to probeB $istancia entre el centro del conector O y el centro de la primeraranura 3$n

A/u" las ecuacionesB

$i K $s K D4

$onde K ##&e)% entonces

$i K $s K 57mm$n K es decir $n K ##&mm


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Con$truccin de "! !nten!.

Toma de medidas en el tubo seleccionadoB


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)edicione$

Se realizaron mediciones para la recepcin de se.ales transmitidas con la antenaranurada alimentada por un router TP)OF T)M?@

* 6etro$B9#?d- 2? 6etro$B 9(1d-

1? 6etro$B 92d- (? 6etro$B 9*1d-


19/23

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LATEAL >?@

* 6etro$B 9#,d- 1? 6etro$B 9(*d-

2? 6etro$B 9(d- (? 6etro$B 9,2d-


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TAEA >1?@

* 6etro$B 9(d- 1? 6etro$B 9*2d-


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2? 6etro$B 9+?d- (? 6etro$B 9+,d-

+. CONCLUIONE.-n el presente proyecto de construccin de una antena ranurada para (i)*ise concluy satisfactoriamente con cada uno de los ob2eti!os planteadosB


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Se recolect la informacin necesaria para construir la antena ranuradapara (i)*i de manera /ue +sta opere eficientemente, a informacin /ue serecolect incluye teor"a y frmulas /ue fueron aplicadas en la construccinde la antena,

Se opt por utilizar principalmente el material de aluminio constituido en untubo de perfil rectanular de 1@@ ; 4@mm,

Mediante las frmulas recolectadas pre!iamente se determinaron lasdimensiones apropiadas para obtener la mayor eficiencia de la antenaB

r K 5Rmm Ar K 1104mm ; K %07mm $r K 1#%mm,

Gtras dimensionesB

$i K $s K 57mm$n K es decir $n K ##&mm,

Se construy satisfactoriamente la antena en base a los materialesseleccionados y las dimensiones calculadas anteriormente,

Se prob el desempe.o de la antena mediante una aplicacin m!il paraAndroid donde se obtu!ieron los siuientes resultados de anancia desdediferentes nulos e;presados en d8B*rente 3@W

5 metrosB)%@d8 1@ metrosB )#&d8 #@ metrosB )41d8 4@ metrosB )51d8ateral 3R@W5 metrosB )%7d8 1@ metrosB )45d8 #@ metrosB )4&d8 4@ metrosB )7#d8Trasera 31&@W5 metrosB )4&d8 1@ metrosB )5#d8 #@ metrosB )6@d8 4@ metrosB )67$b

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Contruscción de antena ranurada

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