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• Javier M Vázquez

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INDICE 1. 2. 3. 4.

Antena Helicoidal………………………………………………………………………………… 1 Ventajas……………………………………………………………………………………………….4 Desventajas………………………………………………………………………………………….4 Método de construcción……………………………………………………………………….4 4.1. Cálculos……………………………………………………………………………………..4 4.2. Construcción………………………………………………………………………………5

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1. Antena helicoidal No es más que un conductor arrollado en hélice, que se alimenta de una línea coaxial. El conductor interno de la línea se conecta a la hélice, y la capa exterior a un disco metálico que nos servirá como un plano de tierra, normalmente con un diámetro de 3λ/4. (ver figura 1).

Figura 1 [1]

Es una antena de ancho de banda, ideal para trabajar en frecuencias VHF y UHF. Presenta una polarización de tipo circular, el sentido de la polarización derecha o izquierda depende del sentido de giro del elemento conductor. Debido a su alta directividad, polarización circular y ancho de banda es ampliamente usada en aplicaciones espaciales y recepción satelital. Esta antena presenta dos tipos de propagación: normal y axial. En el modo normal, la radiación electromagnética es en ángulo recto con el eje de la hélice. En el modo axial, la radiación va en dirección axial y produce una distribución de banda ancha y relativamente direccional. La configuración geométrica es la siguiente: N=número de vueltas D=diámetro de la espira S=separación entre espiras La longitud total de la antena está dada por: 𝐿 = 𝑁𝑆 … (1) La longitud total del cable está dada por: 𝐿𝑛 = 𝑁𝐿0 … (2) Donde 𝐿0 = √𝑆 2 + 𝐶 2 C= circunferencia de la espira 2

𝐶 = 𝜋𝐷 … (3) Otro parametro importante es el ángulo de inclinación α, el cual se forma por una línea tangente a la helice y un plano perpendicular. (ver figura 2)

figura 2 [2]

𝑆 𝑆 𝛼 = tan−1 ( ) = tan−1 ( ) … (4) 𝜋𝐷 𝐶 0° < 𝛼 < 90° El modo más usado es el Axial. Para trabajar en este modo: D > 0 y S > 0 (pero no: ꝏ). Para que pueda alcanzar una polarización circular, prioritariamente en su lóbulo principal, la longitud de la circunferencia de las espiras deberá estar en el rango 3/4 < C/λ < 4/3, la separación entre las espiras debe ser: 𝑆 ≈ 𝜆/4 y el rango del ángulo debe ser: 12° < α < 14°. La impedancia de entrada de la helicoidal en modo Axial, es puramente resistiva en un rango de 100 y 200 ohms. Se obtiene por: 𝐶 𝑅𝑖𝑛 ≈ 140 ( ) … (5) 𝜆 La ganancia de esta antena depende del diámetro, número de vueltas y el espacio entre espiras, y puede obtener valores típicos de 5 a 20 dB. Se puede obtener de la siguiente ecuación: 𝐶 2 𝐺(𝑑𝐵) = 11.8 + 10 log [( ) 𝑁 ∙ 𝑆] … (6) 𝜆 La directivita está dada por: 𝐷0 ≈ 15𝑁

𝐶2𝑆 … (7) 𝜆3

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2. Ventajas Esta antena presenta las siguientes ventajas: 

Fácil fabricación por la utilización de materiales que no son difíciles de conseguir y a bajo costo.  Proporciona su geometría, dimensiones y propiedades eléctricas para lograr una radiación direccional.  Polarización circular, que permite la aplicación en comunicaciones satelitales.  Poca sensibilidad a fenómenos atmosféricos.  Aumento de ganancia directamente proporcional al número de espiras, pero no de forma lineal. 3. Desventajas Sus desventajas son las siguientes:  

Perdidas de ganancia En ocasiones no sale con lo previsto a los cálculos.

4. Modo de construcción 4.1.

Cálculos

Diseñar una antena helicoidal para la banda L (1.5 a 2.9 GHz). Solución Como la banda L es un rango de frecuencias entre 1.5 a 2.9 GHz, sacaremos el promedio de estas dos frecuencias y esa será la frecuencia a trabajar. 𝑃𝑟𝑜𝑚 =

1.5 + 2.9 = 2.2 𝐺𝐻𝑧 2

Ahora que tenemos nuestra frecuencia de 2.2 GHz calcularemos su longitud de onda. 𝜆=

3𝑥108 = 0.136 𝑚 2.2𝑥109

Con la longitud de onda, podemos obtener el diámetro de la espira “D”, con la siguiente formula: 𝐷=

𝜆 0.136 = = 0.043 𝑚 𝜋 𝜋

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Ahora con el diámetro podemos calcular la circunferencia de la espira que está dada por la ecuación (3) 𝐶 = 𝜋(0.043) = 0.135 𝑚 Ahora suponemos un ángulo α=16° y podemos obtener la separación entre espiras despejando “S” de la ecuación 4: 𝑆 = C ∗ tan 𝛼 = (0.135) tan(16) = 0.0387 𝑚 Ahora calculamos la ganancia de nuestra antena con la ecuación (6) 0.135 2 𝐺(𝑑𝐵) = 11.8 + 10 log [( ) 15 ∙ 0.0387] = 9.37𝑑𝐵𝑖 0.136 Calculando la impedancia con la ecuación (5). 0.135 𝑅𝑖𝑛 ≈ 140 ( ) = 138.97 𝛺 0.136 Por ultimo podemos calcular la longitud de nuestro cable y la longitud total de la antena, a partir de las ecuaciones (1) y (2). 𝐿 = 15 ∗ 0.0387 = 0.580 𝑚 = 58 𝑐𝑚 𝐿0 = √0.03872 + 0.1352 = 0.140 𝑚 𝐿𝑛 = 15 ∗ 0.140 = 2.1 𝑚 Para calcular el diámetro del reflector se aplica la siguiente ecuación: 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐 = 1.1𝜆 = 1.1(0.136) = 0.149 𝑚

4.2.

Construcción

Materiales:       

Tubo de PVC de 60 cm de alto y 4cm de diámetro. Dos metros y medio de cable de cobre esmaltado de 1mm de diámetro. Tapa para tubo de PVC de 4cm. Tapa para tubo de PVC de 15 cm de diámetro. Conector tipo F hembra para chasis o panel. Papel aluminio. Baquelita o placa fenólica.

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1. Como primer paso marcamos a lo largo del tubo de PVC el espacio entre cada espira en este caso 4 cm y enrollamos el cable de cobre, para fijarlo utilizamos silicón.

2. Posteriormente a la tapa de 4cm de diámetro y de 15 se perforará con ayuda de un taladro en el centro de cada tapa, esto con el fin de fijarlo con un tornillo.

3. Se realizará otra perforación a la tapa de 15 cm para colocar el conector tipo F.

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4. Para la tapa de 4cm se realizará un corte como se muestra en la imagen.

5. Se colocará papel aluminio en la base de 15 cm y se fijará la tapa de 4cm.

6. Con la baquelita se cortará un triángulo de 1.7cm de largo por 7.1 de ancho, este será nuestro acoplador.

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7. Por último, ensamblamos el tubo de PVC a la base y soldamos la antena al acoplador y el acoplador al conector.

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