UTPL.Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones..

Antena Helicoidal para la radio Habana Cuba

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja

ESCUELA DE ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

Alexander Santos Orellanaaasantos1@utpl.edu.ec

RESUMEN: El presente paper tiene como finalidad describir como se elaboró una antena helicoidal para la radio Haba Cuba(15.23kHz), para ello se tomaron en cuenta algunos parámetros tanto en el diseño como en la construcción de la misma, estos 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 axial, en este caso, por tratarse de una baja frecuencia se realizará la antena en el modo normal.

PALABRAS CLAVE: Antena Helicoidal, Diseño, Antena para frecuencias bajas, Antena en modo normal .

1. INTRODUCCIÓN

Este tipo de antena fue introducida por el Dr. Jhon Kraus en 1940. Sus características como: polarización circular, impedancia y ganancia sobre un rango de frecuencia de banda ancha; la han convertido en una de las más utilizadas en la actualidad, sobretodo en comunicaciones.

Fig. 1 Antena helicoidal

Existen algunas ventajas en cuanto a este tipo de antenas, la helicoidal, como se dijo anteriormente, posee una polarización de tipo circular la que permite independencia entre la calidad de los enlaces y la orientación de las antenas. El elemento reflector aporta una seguridad para la relación delante-atrás.

Otra ventaja es que se puede implementar a bajo costo y, además, se puede aumentar la ganancia aumentando el número de espiras. [1]

2. Configuración

La configuración de una hélice 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 longitud total del cable 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:

Cuando α es 0º, entonces el devanado de la hélice es aplanado, y la reduce a una antena loop, cuando es de 90º entonces el hélice se reduce a un cable lineal.

Las características de radiación de la antena pueden variar por el control del tamaño de sus propiedades geométricas en comparación con la longitud de onda. La impedancia de entrada es critica depende del ángulo de inclinación vertical y el tamaño de conductor, especialmente cerca del punto de alimentación, y se puede ajustar mediante el control de sus valores. La polarización general de la antena es elíptica. Sin embargo polarizaciones circulares y lineales se puede lograr más de diferentes rangos de frecuencia.

Una antena helicoidal, por tanto, tiene modos de radiación, así:

- 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 <o un pequeño lazo. Para conseguir el modo normal de operación de las dimensiones de la hélice son generalmente pequeñas en comparación con la longitud de onda.

Fig. 3 Modo de radiación normal

3. Cálculos

3.1 Cálculos para la antena

Las fórmulas para los cálculos de la antena helicoidal [2], son las siguientes:

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]

donde

[4]

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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

Si: 1/2λ

4. SimulacionesSe realizaron simulaciones en el software FEKO, obteniendo los siguientes resultados.

Fig. 5 Simulación Antena helicoidal

Fig. 6 Diagrama de radiación

5. Implementación

Fig. 7 Antena helicoidal construida

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.

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:<http://sillateleinfo.wordpress.com/pagina_003/sistema-telecomunicacion/antena-helicoidal/>[consulta 29-12-2010]

[4] Sandoval F, Morocho M.- Antenas Helicoidales[en línea] disponible en:<http://antenared.com/2009/08/antenas-helicoidales-introduccion/>[consulta 29-12-2010]

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