¡Descarga antena ranura rectangular plana y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Física solo en Docsity!
Contenido
INTRODUCCIÓN........................................................................................................................................................ 1 DESARROLLO............................................................................................................................................................ 2
- El campo eléctrico y campo magnetico......................................................................................................... 2
- La potencia radiada....................................................................................................................................... 6
- El patrón de radiación................................................................................................................................... 8
- La directividad o ganancia directiva............................................................................................................ 10
- Ganancia de potencia................................................................................................................................. 10
- La impedancia............................................................................................................................................. 10
- Tipo de elementos contenidos (directores, parásitos, otros)..................................................................... 11
- Banda de frecuencia................................................................................................................................... 11
- El circuito equivalente................................................................................................................................ 11
- La potencia y la directividad en caso de que se formen un arreglo lineal uniforme con varias de este tipo de antenas...................................................................................................................................................... 12 BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................................................... 15
INTRODUCCIÓN
Las antenas de ranura son una de los tipos básicos de radiadores de energía electromagnética. Éstas pueden ser hechas por un arreglo lineal de ranuras en una guía de ranuras. Usando el principio de dualidad en electromagnetismo, las antenas de ranura pueden ser descritas por su antena dipolo complementario. La consideración del principio de equivalencia electromagnética del principio de Babinet y una descripción breve de antenas de dipolo son descritas a continuación.
El avance más importante de la década fue la invención de la ranura resonante. En1939 A. D. Blumlein patentó un cilindro ranurado excitado por una espira, o bien mediante la conexión directa de una línea bifilar a los extremos de la ranura. Las antenas ranurada son antenas resonantes que tienen relativamente un margen bastante estrecho de frecuencias de trabajo. Una guía de onda ranurada no tiene reflector alguno, sino que emite directamente a través de las ranuras.. Principio de Babinet El principio de Babinet establece que: "Cuando el campo detrás de una pantalla con una abertura se agrega al campo de una estructura complementaria, la suma es igual al campo cuando no hay pantalla". Las imágenes de arriba explican claramente el principio. En todas las regiones, que no son colineales con el haz, las dos pantallas anteriores, en las figuras 1 y 2, producen el mismo patrón de difracción. Caso 1: considere una fuente de luz y un plano conductor (campo) con una apertura antes de una pantalla. La luz no atraviesa el área opaca, sino que atraviesa la abertura. Caso 2 - Considere la fuente de luz y un plano conductor del tamaño de la apertura en el caso anterior, sostenidos contra la pantalla. La luz no atraviesa el avión sino la porción restante. Caso 3 - Combine estos dos planos conductores de ambos casos y colóquelos antes de la fuente de luz. La pantalla no se coloca para observar la combinación resultante. El efecto de la pantalla se anula.
DESARROLLO
Describir los siguientes términos en cada de las siguientes antenas:
1. El campo eléctrico y campo magnetico
Campo lejano El campo lejano radiado de la distribución de corriente magnética es fácil de encontrar a través del potencial de vector eléctrico F
De las componentes x- y y- de obtenemos las componentes y : Este resultado muestra el campo eléctrico lejano en función de la transformada de Fourier del campo de apertura. La transformada inversa es Hasta ahora solo hemos hablado del campo lejano. Ahora derivaremos una solución general. para el campo eléctrico en todo el medio espacio libre de fuente por encima de la apertura. La solución tendrá que satisfacer la ecuación de onda de Helmholtz en toda esta región, tanto campos cercanos y lejanos: Introducimos el siguiente par de transformadas de Fourier La solución a esto es
y por lo tanto Su solución describe el campo eléctrico como una superposición de ondas planas. Es válido en el semiplano por encima de la apertura, tanto en el campo cercano como en el Campo lejano. Las integrales se extienden sobre todo el plano kx ky. kz se incluye implícitamente ya que Es decir, kz es imaginario negativo en el llamado espacio invisible, caracterizado por atenuación ondas Mientras describe el campo eléctrico como un espectro de plano ondas, el espectro de onda plana correspondiente para el campo magnético está dado análogamente por Para simplificar, supongamos que el campo eléctrico de apertura está dirigido a x, es decir, por lo tanto, tenemos
Una excelente ilustración de la potencia compleja de una abertura de ranura estrecha ha dado por Rhodes El volumen dentro de la región visible corresponde a la potencia radiada. La potencia reactiva está fuera de esta región. Tenga en cuenta que la potencia reactiva, no radiante (almacenada) se vuelve negativa y positivo (energía eléctrica y magnética, respectivamente). Cuando se equilibran la apertura es resonante. Considere una ranura rectangular en un plano de tierra grande que coincide con el plano x / z. La tensión de alimentación es V0 en el centro de la ranura. La ranura es estrecha, dirigida en z, con ancho w y largo 2L. Como en, podemos relacionar la conductancia de la ranura Gslot con la potencia real radiada Pr: Encontraremos la potencia radiada integrando el patrón de potencia de la ranura. Dado que una ranura estrecha y un dipolo delgado tienen patrones de radiación idénticos (si E- y los campos H se intercambian) podemos usar resultados conocidos para el dipolo eléctrico. En el caso del dipolo con una corriente sinusoidal Iz alimentada en el centro del dipolo el patrón es
Una antena de ranura rectangular en un gran plano de tierra. La potencia radiada se obtiene integrando la potencia media radiada densidad en el campo lejano (aquí asumimos que la ranura irradia solo más de la mitad espacio). La densidad de potencia es por lo tanto Obtenemos
3. El patrón de radiación
Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a las de los dipolos, tales como los patrones de elevación y azimuth, pero su construcción consiste solo de una ranura estrecha en un plano. Así como las antenas microstrip mencionadas abajo, las antenas de ranura proveen poca ganancia, y no cuentan con alta direccionalidad, como evidencian sus patrones de radiación y su similitud de los dipolos. Su más atractiva característica es la facilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su bajo costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente. El patrón de radiación de la antena ranura es omnidireccional, como una antena dipolo de media onda.
4. La directividad o ganancia directiva
La regla general en la teoría de la antena es que necesita una antena eléctricamente pequeña para producir una baja directividad. Es decir, si usa una antena con un tamaño total de 0,25 - 0,5 de longitud de onda para la directividad (tamaño de un cuarto a media longitud de onda), entonces minimizará la directividad. Es decir, las antenas dipolo de media onda o las antenas de ranura de media longitud de onda suelen tener directividades inferiores a 3 dB, que es una directividad tan baja como la que se puede obtener en la práctica. En última instancia, no podemos hacer antenas mucho más pequeñas que un cuarto de longitud de onda sin sacrificar la eficiencia de la antena (el siguiente tema) y el ancho de banda de la antena. La Directividad de la ranura es la misma que el dipolo dual. La fórmula de Directividad de la antena se define como la medida de la concentración del patrón de radiación de una antena en una dirección particular que se calcula usando directividad_ antena = Intensidad de radiación máxima / Intensidad de radiación promedio. Para calcular la directividad de la antena, necesita la intensidad de radiación máxima (Rmax) y la intensidad de radiación promedio (Ravg).
5. Ganancia de potencia
Las antenas de ranura proveen poca ganancia, y no cuentan con alta direccionalidad, como evidencian sus patrones de radiación y su similiridad al de los dipolos. Su más atractiva característica es la facilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su bajo costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.
6. La impedancia
Las impedancias de las ranuras se pueden calcular a partir del principio de Babinet, que establece la siguiente relación para antenas duales.
El principio de Babinet relaciona estas dos antenas. El primer resultado establece que la impedancia de la antena de ranura está relacionada con la impedancia de su antena dual por la relación: Zs = [ηo^2 / (4 * Zd)] ηo = 120 * π ohmios Zd = Impedancia del dipolo complementario = Rd + j * Xd Donde, Rd = parte real y Xd = parte reactiva Tipo de elementos contenidos (directores, parásitos, otros)
7. Tipo de elementos contenidos (directores, parásitos, otros)
Desarrollamos una matriz de antenas dipolo 1 × 2 de doble banda reconfigurable de patrón para operar en bandas de 2,45 y 5,5 GHz. Se agregan directores parásitos a la antena para cambiar la forma del patrón de radiación, y la longitud de los directores parásitos se ajusta mediante interruptores de diodos; Por lo tanto, cada banda puede cambiar cuatro haces en las direcciones de 0 ° (costado frontal), 90 ° (costado derecho), 180 ° (costado posterior) y 270 ° (costado izquierdo) para lograr una cobertura total en el plano horizontal.
8. Banda de frecuencia
La antena de ranura produce un patrón de radiación bidireccional, por lo que se coloca un reflector detrás de la antena para generar un patrón de radiación direccional. Se colocan dos interruptores en la ranura para producir tres bandas de frecuencia reconfigurables: a 1, GHz, 1,93 GHz y 2,10 GHz.
9. El circuito equivalente
El diagrama de radiación de un arreglo de antenas, considerando despreciables las inductancias mutuas entre elementos, se puede hallar por el método de multiplicación de las expresiones matemáticas de los diagramas de irradiación del elemento unitario con el del llamado factor de la agrupación Una eficiencia del 80% corresponde a un valor de ganancia igual a 1 dB por debajo del ideal directividad. Es posible lograr un rendimiento de banda ancha de este tipo en una matriz de ranuras si se utilizan muchas submatrices pequeñas. Sin embargo, para arreglos grandes que contienen miles de elementos, el divisor de potencia puede volverse muy complicado y uno puede tener que use submatrices algo más grandes. La directividad se encuentra fácilmente ya que la potencia de la onda incidente y la potencia reflejada son conocidas y la densidad de potencia en la dirección del pico del haz principal se puede calcular fácilmente.
Patrones de directividad de la antena de ranura en L en la frecuencia f2 = 1 980 MHz (izquierda) y f3 = 2600 MHz (derecha): calculado (arriba), medido en el plano E (centro), medido en el H- plano Uno de los principales beneficios de las antenas de matriz ranurada es que tienen la capacidad de transmitir a niveles de potencia muy altos. Con las antenas de ranura, se requiere menos corriente para una salida de potencia elegida que la que normalmente se requiere con una antena dipolo. Debido a esto, estas antenas se han vuelto increíblemente bien consideradas como una opción para aplicaciones que requieren mucha fuerza y funcionalidad. Esto incluye un uso extensivo en radares meteorológicos y sistemas de navegación.
