Diseño de una Antena Helicoidal

Antenas

Diego Flores

Marco Hinojosa

Lorena Paez

Santino Suntaxi

La antena helicoidal o antena hélice es una antena con forma de solenoide.

La antena helicoidal es una evolución del monopolo vertical, en la cual el monopolo vertical ha sido modificado para tomar la forma de un solenoide.

ANTENA HELICOIDAL

Tipos de antenas Helicoidal

Antenas para walkie-talkies.

Antenas para recepción satelital.

Antenas Halo

ANTENA HELICOIDAL

Polarización

• La polarización de la antena helicoidal es de tipo circular (horizontal y vertical por partes iguales).

Impedancia

• La impedancia de la antena hélice es baja. Por lo tanto, es preciso adaptarla a los 50 Ohmios de los transmisores con algún tipo de adaptador de impedancia.

Resonancia

• La antena hélice es resonante a una frecuencia fundamental

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Figura1. Esquema básico de una antena helicoidal

Figura2. Parámetros dimensionales del helicoide.

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Cálculos:

Lo primero que se necesita saber es a la frecuencia para la que se va a utilizar la antena.

f=2.4GHZ

Donde:

c: Largo de espiras

N: Numero de espiras

d: Separación entre espiras

lambda: Longitud de Onda

D: Diámetro

P: Perímetro

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Longitud de onda:

λ=C/f=(3.〖10〗^8)/2.4G=12,24cm b) P=λ=D*π , a partir de esta ecuación despejamos el diámetro:

D=λ/π= 12,24/π=3,88≈4cmc) El número de espiras que utilizamos para nuestro diseño es de 5 espiras ya que la ganancia que requerimos es de 10dbi y no es una ganancia muy alta.

d) La separación entre espiras será igual que un cuarto de longitud de onda, esto es igual a

d=3,06cm=3cm e) En la realidad este es el largo de las espiras:

c=4*π=12,56cm

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Por lo tanto la ganancia de la antena es

f) Impedancia de la antena

Z=140*C/λ=140*12.56/12.24=143,6Ω

g) Calculo del adaptador de impedancia.

La impedancia de la línea es de 50 Ohms y la impedancia de la antena es de 143,6 Ohms, como fue calculado anteriormente. La teoría de líneas de transmisión indica que la siguiente ecuación es la que relaciona las impedancias:

Z_adap=√(Z_ant*Z_linea )=√(143.6*50)=84,75Ω

Entonces, el adaptador de impedancia consiste en una placa de cobre triangular, cuyas dimensiones son de 71mm y 17mm de catetos.

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h) Dimensiones del PVC.

Para darle firmeza a la estructura se utilizara un tubo PVC, cuya sección es de 40mm. El largo del tubo será lo suficiente para que caigan las 5 espiras y la tapa de base, entonces:

N*3.125+17+2*N=27.3cm

h) Dimensiones del reflector.

Por teoría el reflector debe ser mayor que la longitud de onda, por lo tanto debe ser mayor que 12,5cm, en este caso se eligió un reflector de 14cm, de un grosor de 1,5mm, lo suficiente para que sea firme.

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Fijar la tapa del tubo al centro de la placa de aluminio. Con 4 tornillos y tuercas, dejando las tuercas adentro de la tapa, para una mejor estética.

Figura. 3 Tapa fija al centro de la placa de aluminio, por medio de tornillos y tuercas.

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En las hojas de papel trazar rectángulos cuyo ancho sea la distancia entre espiras y de largo, igual al perímetro del tubo, y trazar las diagonales de la izquierda inferior a la derecha superior de los rectángulos, para obtener una polarización hacia la derecha, luego de esto, pegar con cinta adhesiva, comenzando desde el límite de la tapa del tubo. Y con un cuchillo seguir las diagonales, de esta forma quedan marcadas como pequeños hilos el camino para pegar las espiras.

Luego, enrollar las espiras en las marcas ya hechas, con pegamento de PVC.

Figura.4 Tubo con espiras enrolladas.

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Luego de esto Hacer un orificio en la placa de aluminio, debajo de la tapa de PVC, para fijar el conector N y dejar el Stub, lo más cercano al cable, de esta forma el lóbulo quedara centrado.

En la placa de cobre de un espesor delgado, cortar un triangulo rectángulo, cuyos catetos tengan 71 mm y 17 mm., y soldar este, entre el conector N y la primera espira.

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Figura.5 Stub soldado entre conector N y primera espira.

Finalmente tenemos la antena terminada

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Figura.5 Antena Helicoidal finalizada.

BIBLIOGRAFÍA

[1] Hugo Durney W.1 Jean-Yves Gautier C.2 Fernando Ulloa V.1. Análisis, Diseño, Construcción y Medición de Antenas Helicoidales para 2.5GHz sobre Aeroplataforma de Comunicaciones Globo-Antena. Extraído el 10/07/2012 de:

http://www.haps.cl/documentos/05.pdf

[2] A. Anónimo. Antenas Helicoidales. Extraído el 10/07/2012 de: http://www.slideshare.net/davandrinlop/antenas-helicoidales-8654948

[3] A. Anónimo. Detalles de diseño y construcción de una antena helicoidal. Extraído el 10/07/2012 de:

http://jcoppens.com/ant/helix/calc.php

[4] Paúl Salazar Mora. Fabricación de una antena helicoidal de 2.425GHz para dispositivos inalámbricos en la banda ISM. Extraído el 10/07/2012 de:

http://www.paramowifix.net/antenas/helicoidal/helicoidal.html

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GRACIAS POR LA ATENCIONPRESTADA