dipolo tutorial

8/17/2019 Dipolo Tutorial

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Universidad de GuadalajaraFEKO Tutorial

Dipolo

Jovan Ocampo Soto

30 de marzo de 2016


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Índice general

1. Introducción 3

1.1. Ventajas y Desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.1. Ventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.1.2. Desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2. Interfaz Gráfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3. Pasos a Relizar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3.1. Primer paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3.2. Segundo paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2. Fuentes y Mallado en FEKO 9

2.1. Puerto (port) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2. Malla (mesh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3. Correr FEKO y uso del PostFEKO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14


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Capı́tulo 1

Introducción

FEKO, es un conjunto de herramientas que se utilizan para el análisis del campo electromagnético de

estructuras en 3D. Este se basa en el método de los momentos de la solución de las ecuaciones de Maxwell.

Este es uno de los software más completos que existen, con múltiples técnicas de solución que permite re-

solver diversos problemas relacionados con el electromagnetismo, no tan s ólo en antenas.

Posee una interfaz gráfica muy amigable para el usuario, permitiendo la simulación de varias estructuras

de antenas, tales como las impresas, conformadas, reflectoras, de bocina, entre otras. Además de poder

evaluar la distribución del campo y corriente en estructuras donde se situarı́a la antena, como por ejemplo

automóviles, barcos, aeronaves, etc.

Es muy útil a la hora de querer simular antenas Patch, ya que se puede tomar en cuenta todas las carac-

terı́sticas de los materiales con los cuales se va a diseñar y cómo estos se comportarán en el diseño armado.

Figura 1.1: Programa de CADFEKO

Se pueden realizar los diseños tanto por vı́a

interfaz gráfica como por medio de código, sien-

do éste capaz de lograr simulaciones de estructuras

muy complejas.

El programa permite entregar soluciones para

una gran cantidad de aplicaciones relacionadasal electromagnetismo, pero como tan sólo intere-

sa la simulación de las antenas del tipo Patch,

se dejara de lado todas las otras aplicaciones

a las que este programa puede generar solucio-

nes.


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4 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

1.1. Ventajas y Desventajas

1.1.1. Ventajas

Software muy completo, con varias herramientas disponibles para resolver problemas.

Es posible analizar todos los parámetros deseados en el diseño de la antena.

Se puede encontrar los mejores materiales para el diseño de una antena Patch.

Permite optimizar el diseño inicial.

Funciona tanto en plataforma Windows como distribuciones Linux.

1.1.2. Desventajas

No es Freeware

Puede requerir más tiempo para el aprendizaje de su uso

1.2. Interfaz Gráfica

En primer lugar, vamos a hacer clic en el botón CADFEKO donde hemos instalado FEKO. Si usted

tiene todo configurado correctamente, podrás ver una pantalla similar a la mostrada a continuación. Aquı́ es

donde podemos construir la geometrı́a utilizando una maniobra sencilla.


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1.3.Interfaz Gráfica 5

Figura 1.2: interfaz Gráfica

1.3. Pasos a Relizar

El flujo básico de realizar un análisis de FEKO consta de:

1 La construcción de una geometrı́a, para la antena (por ejemplo - un alambre para representar la antena)

en CADFEKO o EDITFEKO.

2 La construcción de una geometrı́a para representar la geometrı́a circundante (por ejemplo, puede

modelar una antena en la parte superior de un avión o una antena en una estructura de soporte que

afectará el rendimiento de la antena) en CADFEKO, EDITFEKO o una herramienta externa.

3 Solicitar tipos de soluciones y configuración de los parámetros de la solución (o CADFEKO EDIT-

FEKO)

4 Ejecutar el solucionador FEKO (FEKO)

5 Leer e interpretar los resultados en el uso de POSTFEKO.

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1.3.1. Primer paso

El primer paso es hacer la geometrı́a de nuestra antena. Tenga en cuenta que la configuración esta pre-

determinada para las longitudes en metros.

Esto puede ser cambiado dando clic en Modelo→ Unidad de modelo y selecciona una unidad diferente,

si por ejemplo, se prefiere pulgadas.

Digamos que queremos una antena tipo dipolo que funcione a 600 MHz. La longitud de onda a estafrecuencia es de 0,5 metros, por lo que su longitud de onda serı́a de 0,25 metros.

Declararemos primero una variable llamada ”longitud”para representar a este. Haga clic en la etiqueta

variables en el árbol del modelo, como se muestra a continuación en la figura 1.3 y seleccione Add variable

(Agrgar variable)

Figura 1.3: Agregar variable

Haciendo clic en Add variable ( agregar variable), aparecerá un ventana llamada Create Variable (crar

variable), nombraremos a la variable longitud y en Expression 0.25 como se muestra en la figura 1.4


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1.3.Interfaz Gráfica 7

Figura 1.4: crar variable

Por ahora será la única variable que aremos. Es importante recordar que : Puede añadir tantas expresionespara las variables como desee, e incluso definir variables en función de otras variables si usted lo desea.

1.3.2. Segundo paso

Ahora, vamos a crear la geometrı́a de nuestra antena. Haga clic en el botón create line (crear la lı́nea)

en el lado izquierdo de la pantalla CADFEKO, como se muestra en la figura 1.5 :

Figura 1.5: linea

Haciendo doble clic en line (linea), aparecerá una ventana llamada create line . Vamos a crear el dipolo

centrado en el origen del espacio (x,y,z) = (0, 0, 0), con z igual a la variable ya antes creada.

Vamos a llamarlo dipolo en el panel de la etiqueta. Haga clic en Create (Crear) para crear el dipolo, a

continuación, clic en close (cerrar) para cerrar la ventana de lı́ne como se muesta en la figura 1.6

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Figura 1.6: crar linea

Esta es toda la geometrı́a que necesitaremos para modelar una antena de hilo simple. En el siguiente

capitulo, vamos a ver como añadir fuentes al dipolo, mallado, y solicitando la salida de FEKO.


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Capı́tulo 2

Fuentes y Mallado en FEKO

Ahora tenemos una linea que representa nuestra antena dipolo. Se trata simplemente de un alambre

(todos los objetos creados estan echos de metal con una conductividad infinita - que suele ser lo que se

quiere).como se muestra en la figura 2.1

Figura 2.1: Alambre

2.1. Puerto (port)

Para que sea una antena, tenemos que añadir una fuente de tensión al centro del alambre. Ası́ que

empecemos hacer esa fuente llamada puerto

En el árbol de CADFEKO, haga clic derecho en Ports (Puertos) y seleccione Crear Port (Crear Puerto)

→Wire Port. (orificio de alambre) como se muestra en la figura 2.2


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10 CAPÍTULO 2. Fuentes y Mallado en FEKO

Figura 2.2: Puerto

Nosotros sólo tenemos que seleccionar el objeto que queremos aplicar al puerto a continuaci ón, selec-

cione la ubicación como Middle (medio) para tener el puerto en el centro del alambre, después, haga clic

en Create (crear) y enseguida Close (cerrar) como se muestra en la figura 2.3.

Figura 2.3: Crear Puerto

Ahora tenemos un puerto, pero para calcular el diagrama de radiación tendremos que aplicar una fuente.

Esto se puede hacer haciendo clic derecho sobre Excitations (excitaciones) en la lista Solución del árbol

del modelo CADFEKO, y enseguida seleccione Voltage Source (fuente de tensión) como se muestra en la

figura 2.4.


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2.1. Puerto (port) 11

Figura 2.4: fuente de Tensión

El diálogo fuente de tensión complemento aparece. Queremos aplicar la fuente al puerto 1, y vamos a

dejar la magnitud y fase a los valores por defecto de 1 y 0, respectivamente. Puede asignar un nombre aquı́ si

quieres, pero Voltaje Fuente 1 (por defecto) está bien. Haga clic en Crate (crear) y, a continuación, en Close

(cerrar), como se muestra en la figura 2.5.

Figura 2.5: Agregar fuente de tensión

Tenemos que especificar la frecuencia solución ahora. Nos gustarı́a ver los resultados a 600 MHz, haga

tan a la derecha de la frecuencia debajo de la barra de soluciones y seleccione Set Frequency (conjunto de

frecuencia), como se muestra en la figura 2.6.

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Figura 2.6: conjunto de frecuencia

La ventana de frecuencia aparece, y Enter 600e6 de 600 MHz, a continuaci ón, haga clic en OK, como

se muestra en la figura 2.7.

Figura 2.7: solución de Frecuencia

2.2. Malla (mesh)Tenga en cuenta que podrı́amos seleccionar un rango de frecuencia si querı́amos en lugar de un único

punto de frecuencia. Ahora tenemos que nuestra geometrı́a de malla (nuestra geometrı́a es sólo el cable).

La técnica mamá trabaja mediante la reducción de las ecuaciones de Maxwell a una ecuación integral, a

continuación, se aproxima la integral a través de trozos discretos en el espacio.

Por lo tanto, una malla de rejilla hasta nuestra geometŕıa (en triángulos), que el solucionador utiliza pa-


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2.2. Malla (mesh) 13

ra obtener la solución. En la parte superior de la pantalla, hay un menú de malla, haga clic en eso y luego

haga clic en Crear Mesh (malla), como se muestra en la figura 2.8.

Figura 2.8: Mesh

La malla debe tener longitudes especificadas que determinarán la forma para modelar finamente la geo-

metrı́a. La malla debe tener triángulos que ya no son de un octavo de una longitud de onda, o segmentos de

alambre no superiores a una doceava parte de una longitud de onda.

Cuando la ventana de creación de malla aparece, haga clic en el botón de suggest (sugerir) al lado de

los campos de longitud de borde y longitud del segmento. Esto va a determinar las longitudes requeridas

para usted, basado en la frecuencia que se especifica, como en figura 2.9.

Figura 2.9: Crear mesh

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Para radio de segmento de cable, esto debe ser- queremos que el alambre para estar delgado. En la

siguiente sección, vamos a ver que solicita salidas de FEKO, corriendo la solución del núcleo FEKO, yluego ver la salida en Post FEKO.

Para el radio del cable, debe ser significativamente menor que la longitud del segmento, queremos un

alambre delgado.

Puede introducir un valor 4e-3, que es alrededor del 10 % del tamaño del segmento. Haga clic en crear,

a continuación, cierre, y usted tiene su malla. En la siguiente sección, vamos a ver que solicita salidas de

FEKO, corriendo la solución del núcleo FEKO, y luego ver la salida en POSTFEKO

2.3. Correr FEKO y uso del PostFEKO

En este punto, tenemos nuestra geometrı́a de la antena, el puerto de origen y de malla. Hemos estableci-

do la frecuencia de 600 MHz. Ahora, tenemos que solicitar salidas.

Haga clic derecho sobre la solución en el árbol CADFEKO, y haga clic en Request Far Fields ( Solici-

tar campos lejanos), como se muestra en la figura 2.10.

Figura 2.10: create Request far fields

Hacer clic en el patrón 3D en la parte inferior (ver ventana de abajo), se le solicita el patr ón de campo

lejano. El ajuste por defecto será toda la esfera, con un muestreo de cuadrı́cula en incrementos de 5 grados.

Puede cambiar estos parámetros si le gustarı́a.

A continuación, haga clic en Create (crear) y close (cierre), y le ha dicho a FEKO que desea ver los patrones

de campo lejano (incluyendo ganancia) una vez terminado el análisis, como se muestra en la figura 2.11.


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Figura 2.11: Solicitar campos lejanos

También podemos solicitar corrientes si queremos, o los parámetros-S. Para la diversión, vamos a pedir

a los parámetros-S. Hay que especificar una impedancia de puerto. El valor por defecto es de 50 Ohms, y

eso es una buena relación calidad-precio por lo que vamos a utilizar.

Haga clic derecho sobre Calculation Cálculo bajo el árbol de soluciones y, a continuación, haga clic en

Solicitar parámetros-S.

Haga clic en create (crear) y luego close (cerrar) y la solución será calcular los parámetros S para usted,

como se muestra en la figura 2.12.

Figura 2.12: Solicitar parámetros-S

Ahora hemos hecho un modelo de una antena de cable lineal (dipolo), creado una malla, agreg ó una

fuente y un puerto, y pidió nuestras salidas. Ahora salvamos nuestro archivo CADFEKO y estamos listos

para ejecutar la solución del núcleo FEKO.

Ahora, basta con hacer clic Run→ FEKO (o ALT-4) y FEKO analizará su archivo (asegúrese de que

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usted no cometa errores obvios), lleve a cabo la simulación numérica y procesar los resultados, como se

muestra en la figura 2.13.

Figura 2.13: Corre el CADFEKO

FEKO ejecuta (esto debe ser muy rápido porque nuestro modelo es tan simple) y el núcleo FEKO

muestra el estado en la pantalla, como se muestra en la figura 2.14.

Figura 2.14: POSTFEKO

Ahora hemos creado nuestro modelo CAD en FEKO, ejecutar la solución del núcleo FEKO, y estamos

listos para procesar nuestros resultados usando POSTFEKO.

Ir a Run (correr)→ POSTFEKO (o ALT + 3) y POSTFEKO (utilidad FEKO para ver la salida o soluciones)

se van a plantear.

Veamos los patrones de radiación en 3D por primera vez. En la columna de la izquierda de los botones,


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haga clic en los view radiation patterns (patrones de vista de radiación), como se muestra en la figura 2.15:

También podemos observar el modelo de la antena en 3D.

Figura 2.15: POSTFEKO

Inmediatamente vemos un gráfico del diagrama de radiación 3D. Puede cambiar la cantidad de ”ganancia.o

”directividad”, según se desee, y la escala de dB. A continuación, cambiar los lı́mites mı́nimo y máximo pa-

ra que estén a su gusto. También puede girar el diagrama de radiación en 3D si desea haciendo clic en el

gráfico y cambiarlo de sitio, como se muestra en la figura 2.16:

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Figura 2.16: Radiación de la antena

Para ver los parámetros S y la impedancia de esta antena, simplemente haga clic en los botones en la fila

superior, y luego jugar con los ajustes de la pantalla.

Si usted quiere saber lo que hace un botón, se puede colocar el cursor sobre él y se mostrará una breve

descripción, o simplemente haga clic en él y ver lo que hace.

Figura 2.17: Ganancia e impedancia

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