UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍALABORATORIO DE DISPOSITIVOS DE

MICROONDAS IPRÁCTICA 3: Utilizando el “CST Microwave Studio” para investigación de los

parámetros de las antenas dipolos y antenas Yagi.

Semestre 2016-2

Grupo: 02

Profesor:  PEREZ GARCIA SELENE M.I.

POR:VALDEZ PALACIOS FÁTIMA ISABEL

Fecha de entrega: 27 de Marzo de 2016

Practica # 3 Utilizando el “CST Microwave Studio” para investigación de los parámetros de las antenas dipolos y antenas Yagi.

Objetivos:

1) Aprender a utilizar el “CST Microwave Studio” para la simulación de los parámetros de las antenas.

2) Entender el principio de operación de la antena dipolo.

3) Entender el principio de operación de las antenas Yagi.

4) Simular los parámetros de las antenas antes mencionadas.

5) Comparar las antenas. Repasar: parámetros y características de las antenas-dipolos y de las antenas Yagi.

Tarea previa: 1. Dibujar la distribución de la corriente en los brazos del dipolo simétrico para longitud del brazo 0.1 25 0.5 y . Tomar en cuenta que la longitud del dipolo simétrico es dos veces mayor que la longitud del brazo.

En el laboratorio:

Antes de todo el proceso de la práctica comenzamos con definir las condiciones iníciales de la práctica.

Definimos lambda (longitud de onda).

Definimos el radio y la longitud del dipolo:

Creamos un nuevo objeto, un cilindro para crear nuestra antena con los datos especificados en la práctica.

Ya creado un dipolo de la antena se va a copiar esta figura y reflejarse en el vector x.

Posteriormente agregamos puertos para analizar la antena.

Modificamos las condiciones iníciales de los límites en los diferentes límites. En este caso dejamos todos los límites abiertos. Para que la antena radie en todas las direcciones:

Utilizamos una antena cuyo material es PEC.

1) Simular los parámetros del dipolo eléctrico para la longitud del brazo 0.1, 0.25 , 0.5 y considerando la frecuencia central de 30GHz para todas las simulaciones. El radio del dipolo es de 0.003 en todas las simulaciones.

A 0.1

Monitor de campo lejano muestra que la concentración del campo eléctrico radia desde el eje X y que tiene una directividad de 1.83db

La imagen muestra que tiene una radiación bastante baja y una directividad de 1.823 dBi.

El campo radia hacia los vectores Y Z.

Corriente superficial:

Los vectores de corriente superficial van de +x hacía -x

Cambiando a 0.25 lambda

Monitor de campo lejano sigue mostrando que la concentración del campo eléctrico está radiándose en dirección de los ejes Y Z que es en donde se concentra más radiación en color rojo, y menos concentración en el centro con un color azul.

A su vez en la tabla de la derecha se muestra una directividad un tanto mayor de 2.262dBi

La corriente superficial se comporta igual vectorialmente.

En este caso la corriente superficial disminuye respecto al caso anterior.

Con 0.5 lambda

Podemos observar que a medida que vamos aumentando la longitud de onda la directividad aumenta, en este caso casi al doble respecto a 0.21 lambda.

Pero por otra parte al aumentar la longitud de onda de 0.25 lambda a 0.5 lambda la máxima corriente superficial disminuye drásticamente de 98.28 A/m a 28.9 A/m,

Con lambda:

La directividad disminuyó un poco respecto al caso anterior pero el monitor de campo lejano muestra un cambio bastante considerable pues el comportamiento normal de la antena se duplica hacia +Z y –Z , en el centro de este eje la directividad disminuye por lo que la potencia en esta áre es mucho menor.

La máxima densidad de corriente es de 28.34 A/m que disminuye solo un poco respecto al caso anterior de 0.5 lambda.

2) Observar y explicar las modificaciones en la característica de magnitud y en la distribución de las corrientes en los brazos del dipolo.

En la respuesta observada en el cuadro de la densidad de corriente para cada caso se puede observar que de 0.1 lambda a 0.5 lambda solo se observa una disminución considerable pero para el caso de lambda esta corriente se mantiene y el diagrama de radiación en tres dimensiones observa un cambio en el que la densidad de los campos disminuye en el centro del eje z.

Por otra parte al hablar de la directividad de la antena modificando la longitud de onda se puede decir que de 0.1 a 0.5 lambda dicho fenómeno aumenta pero para el caso de lambda se mantiene solo un poco menor que al del caso de 0.5 lambda.

En su versión más sencilla, el dipolo consiste en dos elementos conductores rectilíneos colineales de igual longitud, alimentados en el centro, y de radio mucho menor que el largo.

La longitud del dipolo es la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de resonancia del dipolo, y puede calcularse como 150/frecuencia(MHz). El resultado estará dado en metros.

3) Simular los parámetros de la antena que contiene dos elementos – el dipolo activo y el dipolo reflector. Considerar que la longitud del dipolo activo es de 0.5 , longitud del dipolo reflector es de 0.52 y la distancia entre el dipolo activo y el dipolo reflector es de 0.16 . Observar y explicar las modificaciones en la característica de magnitud y en la distribución de las corrientes en los brazos de los dipolos.

Se crea un dipolo reflector con el mismo radio y a una distancia de 0.16*lamda y que de largo mide 0.52*lambda.

Esta acción se hizo de forma parecida a la en la que se crearon los

datos iniciares para esta práctica.

El patrón de radiación en tres dimensiones dice que la antena radia de positivo a negativo porque el reflector se diseñó en la parte positiva del eje y.

En la imagen de la derecha se puede observar un resultado cuya Directividad= 5.731dBi.

Se observan los vectores de corriente y la escala que se mide en A/m, en el dipolo van de x a –x y en el reflector van girando alrededor de este en esa misma dirección. Se llega a un máximo de 92.1 A/m

En este caso estamos trabajando con una longitud de onda lamba=10. Comparando el caso en el que se utilizo la misma longitud de onda, la directividad disminuye pero la densidad de corriente máxima aumenta.

4) Simular los parámetros de la antena Yagi que contiene tres elementos – el dipolo activo, el dipolo reflector y el dipolo director. Considerar que la longitud del dipolo activo es de 0.5 , longitud del dipolo director es de 0.4 , y la longitud del dipolo reflector es de 0.52 . La distancia entre el dipolo activo y el dipolo reflector es de 0.16 y entre el dipolo activo y el dipolo director es de 0.11 . Observar y explicar las modificaciones en la característica de magnitud y en la distribución de las corrientes en los brazos de los dipolos.

Dejando solo el dipolo y un director

Se observa una directividad de 5.942 dbi

Tiene una corriente máxima de 178.7 A/m

5) Agregar tres dipolos directores más considerando la longitud de los directores 0.4 y la separación entre los directores 0.1 .Observar y explicar las modificaciones en la característica de magnitud y en la distribución de las corrientes en los brazos de los dipolos.

Se agrega un nuevo director a 0.11*lambda de distancia y que mide 0.4*lambda de largo.

En este caso se observa una directividad mayor a la de cualquier otro caso estudiado en esta práctica, puesto que tenemos directores, reflector y la misma antena.

El patrón de radiación en tres dimensiones muestra que la directividad es mayor que al tener un solo reflector pues esta vez tenemos 7.066dBi y la radiación continúa hacia el eje negativo del plano y.

La densidad de corriente en los brazos del dipolo es de 182.7 A/m lo cual es regularmente bueno. Los vectores de corriente viajan sobre el eje de las x.

Se agregan tres nuevos directores de la misma dimensión que el primer director creado.

El patrón de radiación indica una directividad de 9.543dBi que es superior a las observadas anteriormente, con lo que se comprueba que el fin de los directores en radiar la señal en una dirección con la mayor potencia posible, esto dependiendo del número de directores.

En cuanto a los vectores de corriente se puede ver que se llega a un máximo de 162.7 A/m que es de igual forma mayor densidad que en los casos anteriores. Los vectores del dipolo y los directores viajan por los componentes sobre el eje de las x.

6) Conclusiones

En esta práctica se nos enseñó desde cero a realizar una antena en CST microwave y la verdad es que fue muy interesante, ya que es un trabajo que se puede hacer de una manera relativamente fácil, y a pesar de que la computadora que uso tiene una presentación un tanto diferente a la que tienen la mayoría de los compañeros del grupo, he de comentar que es interesante observar el comportamiento de una antena modificando su longitud de onda aumentándola y trabajando a la misma frecuencia, ya que aunque en un principio al parecer la directividad sólo iba a aumentar, al

obtener el diagrama de radiación en tres dimensiones de lambda se observó u comportamiento bastante diferente con una densidad de corriente un poco menor que la de 0.5 lambda con un valor muy parecido. Posteriormente al agregar un reflector a ala antena comparando el caso en el que se utilizo la misma longitud de onda, la directividad disminuye pero la densidad de corriente máxima aumenta.

Al agregar un director se aumenta de manera considerable la directividad de la antena, esto con el reflector favorece considerablemente el funcionamiento del aparato. Al agregar varios directores se comprueba que el fin de los directores en radiar la señal en una dirección con la mayor potencia posible, esto dependiendo del número de directores. También se observó que los vectores de corriente para este caso llegan a su máximo comparado con los casos anteriores.

Por último para el caso de la antena con un solo director se observa que son reflector la directividad es de 5.942 dBi que no es muy mala pero la densidad de corriente es más o menos estable.