Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y

Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones
TRABAJO DE DIPLOMA
“Diseño de Antenas para el Servicio de Telefonía Celular en Cuba.”
Autor: Omar Marrero Pereira
Tutor: Ing. Fidel Pérez Pérez
Consultante: DrC. Ing. Roberto Jiménez Hernández
Santa Clara
22001100
““A
Aññoo ddeell 5522 ddee llaa RReevvoolluucciióónn””
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones
TRABAJO DE DIPLOMA
“Diseño de Antenas para el Servicio de Telefonía Celular en Cuba.”
Autor: Omar Marrero Pereira
E-mail: [email protected]
Tutor: Ing. Fidel Pérez Pérez
Empresa de ANTENAS VC.
E-mail: [email protected]
Consultante: DrC. Ing. Roberto Jiménez Hernández
E-mail: [email protected]
Santa Clara 22001100
Aññoo ddeell 5522 ddee llaa RReevvoolluucciióónn”
“A
Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central
“Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad
de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea
utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial
como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización
de la Universidad.
_________________
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de
la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un
trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.
______________
__________________________
Firma del Autor
Firma del Jefe de Departamento
donde se defiende el trabajo
_________________________
Firma del Responsable de
Información Científico-Técnica
PENSAMIENTO
El futuro tiene muchos nombres. Para los débiles es lo inalcanzable. Para los temerosos, lo
desconocido. Para los valientes es la oportunidad.
Víctor Hugo
DEDICATORIA
Les dedico todo mi esfuerzo a aquellas personas que siempre
confiaron en mí y creyeron que este día fuera posible.
A mis hijos Amanda, Amalia, Omar Alessandro por formar parte de mi
vida
Ami hermano que me ha acompañado en toda la vida
A mi esposa por compartir cada momento difícil y por ser parte importante
en
mi formación profesional.
i
AGRADECIMIENTOS
Quisiera agradecerle en primer término a la Revolución por haberme dado
la oportunidad de estudiar en este prestigioso Centro de Enseñanza
Superior.
A mi tutor Ing.Fidel Pérez Pérez por moldear cada idea,
por ser parte del
sustento y el motor propulsor de este trabajo.
A todos mis compañeros un agradecimiento especial por haberme ayudado
cuando mas lo necesitaba, ninguno me dio la espalda. Se hace necesario
mencionar a Cesar, Luisito, José Antonio y, Yulieski Daniel, Ana Virgen
que fueron incondicionales sin demeritar los demás que también jugaron un
papel fundamental, a ellos un gran abrazo.
No se puede jamás olvidar la valiosísima ayuda que me dió ese excelente
amigo que siempre me ha admitido como un hijo, que es el Doctor Roberto
Jiménez Hernández, a el, mi eterno agradecimiento.
ii
TAREA TÉCNICA
1. Revisión bibliográfica acerca del estado de los diseños y fabricación de antenas para telefonía
móvil.
2. Estudio de las
tecnologías que se implementan a nivel mundial
y en especial del
equipamiento que se está instalando en el país.
3. Análisis a través de la simulación, usando el paquete utilitario 4NEC, para lograr un prototipo
efectivo que culmine en las líneas de producción en nuestra industria.
4. Validación del prototipo simulado a través de la medición de las características de radiación e
impedancia.
5. Redacción del informe final.
_____________________
Firma del Autor
_____________________
Firma del Tutor
iii
RESUMEN
El presente trabajo se centrará en el diseño de antenas para cubrir las necesidades de las nuevas
instalaciones de radiobases de telefonía móvil y a su vez, el recambio de las existentes en casos
de averías o roturas. Esto traería consigo un ahorro en las importaciones a la compra de este
sistema de radiación, que como se sabe, son bastante caros en el mercado internacional, teniendo
en cuenta además, la situación que atraviesa el mundo en el plano económico, y que nuestro país
no esta exento de este fenómeno donde en estos momentos el ahorro en las importaciones es una
vía fundamental para sustentar la economía interna.
iv
TABLA DE CONTENIDOS
DEDICATORIA………………………………………………………………………….....
i
AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………………..
ii
TAREA TÉCNICA………………………………………………………………………….
iii
RESUMEN…………………………………………………………………………………..
iv
Introducción……………………………………………………………………
1
CAPITULO 1. Tendencia de los diferentes sistemas de la Telefonía Móvil en el mundo.
1.1 La telefonía móvil. Sus orígenes………………………………………………………...
3
1.2 Sistemas de telefonía móvil en el mundo. Avances tecnológicos………………………
4
1.2.1 3G – Tercera Generación: El Momento Actual……………………………………….
4
1.2.2 4G- Cuarta Generación: El Futuro…………………………………………………….
5
1.3 Antenas inteligentes………………………………………………..................................
5
1.4 Estación Base de Telefonía Móvil (BTS)……………………………………………...
6
1.4.1 Características de la Estación Base……………………………………………………
7
1.4.2 Componentes de una Estación Base…………………………………………………..
7
1.4.3 Sistemas de radiación de las BTS: Las Antenas……………………………………..
7
1.4.4 Tipos de antenas que se implementan en estos sistemas……………………………...
8
1.5 Arreglos de Antenas……………………………………………………………………..
9
1.6 Implementos de radiación en el Mercado Mundial……………………………………..
12
v
1.7 La telefonía móvil en Cuba……………………………………………………………..
13
1.8 Implementos de radiación y posibilidades de la fabricación en nuestras empresas…….
14
CAPITULO 2. Aplicación de las herramientas de análisis para aplicar al elemento de
antena que se implementan en los servicios.
2.1 Búsqueda de prototipos que respondan a las necesidades presentadas………………….
16
2.2 Elección del prototipo de antenas para Radiobases (BTS)……………………………
17
2.3 Adaptador de impedancia “Balun”………………………………………………………
18
2.4 Software implementado para el diseño de antenas……………………………………...
20
2.5 Procesos de análisis con el paquete utilitario 4nec……………………………………...
20
2.5.1 Diseño y simulación la antena Franklin sin reflector a 914 MHz………………….
20
2.5.2 Diseño y simulación la antena Franklin con reflector a 914 MHz………………….
24
2.5.3 Corrida de frecuencia en el rango de 879.000 MHz hasta 959 MHz…………………
28
2.5.4 Simulación de la antena Franklin con reflector a 879 MHz……………………….
29
2.5.5 Simulación la antena Franklin con reflector a 959 MHz…………………………...
30
CAPÍTULO 3. Construcción del prototipo y su validación
3.1 Introducción……………………………………………………………………………..
33
3.2 Construcción mecánica de la antena…………………………………………………….
33
3.3 Mediciones de la pérdida por retorno…………………………………………………...
34
3.4 Proceso de medición del patrón de radiación……………………………………………
37
3.5 Comparación entre los resultados simulados y medidos………………………………..
39
vi
3.5.1 Mediciones del patrón de radiación horizontal a 879 MHz…………………………..
39
3.5.2 Mediciones del patrón de radiación horizontal a
914 MHz…………………………
39
3.5.3 Mediciones del patrón de radiación horizontal a 959 MHz…………………………
40
3.5.4 Mediciones del patrón de radiación vertical a 879 MHz……………………………..
41
3.5.5 Mediciones del patrón de radiación vertical a 914 MHz…………………………...
41
3.5.6 Mediciones en el patrón de radiación vertical 959 MHz…………………………….
42
3.6 Repercusión económica del trabajo……………………………………………………..
43
Conclusiones………………………………………………………………………………...
44
Recomendaciones……………………………………………………………………………
44
Referencias bibliográficas…………………………………………………………………...
45
Anexos………………………………………………………………………………………
46
vii
Introducción
Con el desarrollo a nivel mundial de las telecomunicaciones y el avance vertiginoso de la
telefonía móvil, fundamentada en su alta operatividad y bajo costo, las Empresas de
Telecomunicaciones se han proyectado en la instalación de sistemas de radiobases o
células, lo cual
facilitaría una mayor cobertura, mejorando
la calidad de
servicio,
incrementando así, la cantidad de usuarios.
Como sabemos ETECSA es la Empresa encargada de proveer los servicios de
telecomunicaciones en todo el país. La misma, durante su existencia (desde 1994), no ha
estado a espalda de estos avances
por lo que, entre sus objetivos en el campo de las
telecomunicaciones, se ha trazado como proyecto fundamental, el aseguramiento operativo
de la telefonía celular. Ha realizado un notable esfuerzo en la modernización y ampliación
de estos sistemas. Para ello, es necesario contar con una de las tecnologías que en la
actualidad se cotiza en el mercado mundial a altos precios, como son los sistemas de
radiación de las estaciones radiobase de telefonía móvil,
además,
tomando en
consideración que estos medios están expuestos al contacto directo de la actividad erosiva
de la naturaleza, se va degradando su estado físico, y así en su conjunto, el sistema.
Este trabajo tiene una aplicación específica y de gran importancia, ya que abre el camino a
la Empresa de Antenas de Villa Clara en la construcción futura de estos implementos de
radios bases de la telefonía celular, lo cual ahorraría al país la importación de estos medios
desde el exterior.
El prototipo de antenas que se pretende analizar en este trabajo de diploma debe cumplir
con los requisitos específicos, tanto constructivos como electromagnéticos que aseguren un
sistema de comunicaciones para la norma establecida en nuestro país.
OBJETIVO GENERAL:
Estudio y análisis para el diseño de antenas que satisfagan el aseguramiento logístico de de
los servicios de la telefonía móvil celular.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Analizar que tecnologías se implementan a nivel internacional en materia de sistemas de
radiación para la telefonía móvil.
2. Analizar mediante el uso de distintos SOFTWARE de diseño, algunas antenas de
telefonía celular.
1
3. Implementar un prototipo de antena una vez que sea analizado por los resultados de
simulación.
4. Validar los resultados de la simulación por valores medidos experimentalmente.
ESTRUCTURA DEL TRABAJO
El trabajo tiene tres capítulos. El primer capitulo: Tendencia de los diferentes sistemas de la
Telefonía Móvil en el mundo. Se aborda el tema con carácter tecnológico, los avances en
este campo de la telefonía móvil en el mundo y en Cuba en especial acerca de los sistemas
de radiación que se implementan internacionalmente y en nuestro país. El segundo capítulo:
Aplicación de las herramientas de análisis para lograr la validación del elemento de antena
que se implementaría en los servicios. Se procederá a la selección de la herramienta
especifica, su utilización debe llevar a resultados positivos, que garanticen la continuidad
del trabajo en cuestión ,el diseño y la simulación de un prototipo de antena que reúna las
características de radiación e impedancia para el desempeño de la telefonía móvil en Cuba.
El tercer capítulo: Construcción del prototipo y su validación. Una vez realizados los
resultados de simulación de la antena seleccionada, se fabrica un prototipo y se valida con
las mediciones experimentales.
2
CAPITULO 1. Tendencia de los diferentes sistemas de la Telefonía Móvil en
el mundo.
1.1 La telefonía móvil. Sus orígenes.
La telefonía móvil usa ondas de radio para poder ejecutar las operaciones desde el móvil a
la base, ya sea llamar, mandar un mensaje de texto, etc., y esto es producto de lo que
sucedió hace algunas décadas.
El teléfono móvil se remonta a los inicios de la Segunda Guerra Mundial, donde ya se veía
que era necesaria la comunicación a distancia, es por eso que la compañía Motorola creó un
equipo llamado Handie Talkie H12-16, que es un equipo que permite el contacto con las
tropas vía ondas de radio cuya banda de frecuencias en ese tiempo no superaban los 60
MHz...Este fue el inicio de una de las tecnologías que más avances tiene, aunque continúa
en la búsqueda de novedades y mejoras. Durante ese periodo se comenzaron a perfeccionar
y amoldar las características de este nuevo sistema revolucionario que permitía
comunicarse a distancia. Fue así que en los años 1980 se llegó a crear un equipo que
ocupaba recursos similares a los Handie Talkie pero que iba destinado a personas que por
lo general eran grandes empresarios y debían estar comunicados, es ahí donde se crea el
teléfono móvil y marca un hito en la historia de los componentes inalámbricos ya que con
este equipo podría hablar a cualquier hora y en cualquier lugar. Con el tiempo se fue
haciendo más accesible al público la telefonía móvil, hasta el punto que cualquier persona
normal pudiese adquirir un terminal. Y es así como en los actuales días el teléfono móvil es
uno de los objetos más usados. En 1981 el fabricante Ericsson lanza el sistema NMT 450
(Nordic Mobile Telephony 450 MHz). Este sistema seguía utilizando canales de radio
analógicos (frecuencias en torno a 450 MHz) con modulación en frecuencia (FM). Era el
primer sistema del mundo de telefonía móvil tal como se entiende hoy en día. (1)
3
1.2 Sistemas de telefonía móvil en el mundo, Avances Tecnológicos.
Definimos telefonía móvil como aquél sistema de transmisión el en cuál el usuario dispone
de un terminal que no es fijo y que no tiene cables, y que le permite pues gran movilidad y
localización en la zona geográfica donde se encuentre la red.
Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un territorio a través de
diversas estaciones base, cada una de estas áreas de cobertura se denomina célula
(normalmente son hexagonales). Con este sistema, al dividir el territorio, se evita el
problema de la restricción del ancho de banda, pues se podrá transmitir en diferentes
frecuencias que no están ocupadas en otras nuevas células. Han existido varias
generaciones tecnológicas, donde nos detendremos algo en las últimas, por ser las actuales.
(2)
1.2.1 3G – Tercera Generación: El Momento Actual.
3G nace de la necesidad de aumentar la capacidad de transmisión de datos para poder
ofrecer servicios como la conexión a Internet desde el móvil, la videoconferencia, la
televisión y la descarga de archivos. En este momento el desarrollo tecnológico ya
posibilita un sistema totalmente nuevo: UMTS (Universal Mobile Telecommunication
System), que utiliza la tecnología CDMA, lo cual le hace alcanzar velocidades realmente
elevadas (de 144 Kbps hasta 7.2 Mbps, según las condiciones del terreno).Ha sido un éxito
total en el campo tecnológico pero no ha triunfado excesivamente en el aspecto comercial.
Se esperaba que fuera un bombazo de ventas como GSM pero realmente no ha resultado ser
así ya que, según parece, la mayoría de usuarios tiene bastante con la transmisión de voz y
la transferencia de datos por GPRS y EDGE.
Gracias a los esfuerzos de desarrollo desplegado en la Unión Internacional de
Telecomunicaciones (UIT) por todo la comunidad inalámbrica, la telefonía móvil esta a
punto de cambiar. Es la hora del Internet móvil y los videos conferencias inalámbricas.
Las comunicaciones celulares de tercera generación para los operadores y para los
fabricantes de equipo de servicios inalámbricos representan la próxima iteración de los
sistemas digitales de hoy.
4
Los sistemas de primera Generación hicieron su aparición en 1979, eran del tamaño de un
ladrillo y se caracterizó por ser analógica y estrictamente para voz. La calidad de los
enlaces de voz era muy baja, baja velocidad [2400 bauds], la transferencia entre celdas era
muy imprecisa, tenían baja capacidad y la seguridad no existía.
1.2.2 4G- Cuarta Generación: El Futuro.
La generación 4 Generación o 4G será la evolución tecnológica que ofrecerá al usuario de
telefonía móvil un mayor ancho de banda que permitirá, entre muchas otras cosas, la
recepción de televisión en Alta Definición.Hoy en día no hay ningún sistema de este nivel
que esté claramente definido, pero a modo de ejemplo podemos echar un vistazo a los
sistemas LTE (Long Term Evolution). (3)
1.3 Antenas inteligentes
Son antenas que combinan múltiples elementos con un procesador de señal capaz de
optimizar automáticamente la radiación o el patrón de recepción. Las hay de dos tipos:
•
las de haz conmutado, con un número finito de patrones predefinidos o estrategias
de combinación (Antenas sectoriales) ( Ver la figura 1.1 )
•
las de arreglos o conjuntos adaptativos o configuración de haz, más avanzadas, que
cuentan con un número infinito de patrones de iluminación (dependiendo del
escenario) y ajustan el diagrama radiante y los nulos en tiempo real. ( Ver la figura
1.2)
Fig. 1.1 Antena Sectorial
Fig. 1.2 Antena Inteligente
5
Las antenas de arreglos adaptativos mejoran la recepción de la señal y minimizan las
interferencias, dando una ganancia mejor que las antenas convencionales. Este tipo de
antenas permiten direccionar el haz principal, y/o configurar múltiples haces, así como
generar nulos del diagrama de radiación en determinadas direcciones que se consideran
interferentes. Con ello se aumenta la calidad de la señal y se mejora la capacidad por la
reutilización de frecuencias. Son aplicables a casi todos los protocolos y estándares
inalámbricos (comunicaciones móviles, WLL, WLAN, satélite, etc.). Es una tecnología con
un excelente potencial para aumentar la eficacia del uso del espectro en comparación con
los sistemas radiantes tradicionales. Con un control inteligente de la iluminación de la
antena se puede ampliar la capacidad y la cobertura de las redes móviles. (4).
Patrones de radiación - Configuración del haz
Está formado por un conjunto de elementos radiadores cuyas señales se suman y forman un
determinado patrón de radiación o iluminación. Cambiando la magnitud y fase de los
elementos individuales se puede modificar la forma del patrón de iluminación, fenómeno
que se conoce como "haz conformado" .
En este tipo de sistemas radiantes se busca tener el máximo de señal en la dirección
deseada, y simultáneamente conseguir "nulos" en la dirección de las emisiones indeseadas.
Por tanto, la antena se puede ajustar para que tenga una alta sensibilidad a las señales de un
determinado usuario y que tenga menos a las de otros usuarios. Las antenas inteligentes que
estamos tratando en este artículo incorporan unos procesadores para poder de variar
dinámicamente el patrón radiante.
1.4 Estación Base de Telefonía Móvil (BTS).
En comunicaciones por radio, una estación base es una instalación fija de radio para la
comunicación bidireccional. Se usa para comunicar con una o más radios móviles o
portátiles. Las estaciones base normalmente se usan para conectar radios bidireccionales de
baja potencia, como por ejemplo, la de un teléfono móvil, un teléfono inalámbrico o una
computadora portátil con una tarjeta WiFi. La estación base sirve como punto de acceso a
6
una red de comunicación fija (como la Internet o la red telefónica) o para que dos
terminales se comuniquen entre sí yendo a través de la estación base.
En el contexto de la telefonía móvil, una estación base dispone de equipos
transmisores/receptores de radio, en la banda de frecuencias de uso (900 / 1800 MHz) que
son quienes realizan el enlace con el usuario que efectúa o recibe la llamada(o el mensaje)
con un teléfono móvil. Las antenas utilizadas suelen situarse en lo más alto de la torre (si
existe), de edificios o colinas para dar una mejor cobertura y son del tipo dipolo.
Normalmente, está compuesta por un mástil al cual están unidas tres grupos de una o varias
antenas equidistantes. El uso de varias antenas produce una diversidad de caminos
radioeléctricos que permite mejorar la recepción de la información. (5)
1.4.1 Características de la estación base.
Una Estación Base es el primer eslabón en la conexión entre un teléfono móvil y otro
teléfono, ya sea fijo o móvil. Su principal función es la de proporcionar:
> Cobertura: para que desde cualquier punto podamos establecer una llamada.
> Capacidad: para poder dar servicio al mayor número de personas con la máxima calidad.
Debe de ponérsele especial atención en el diseño de las ubicaciones de nuestras antenas
para
comunicaciones
móviles,
asegurando
así
niveles
reducidos
de
emisión
electromagnética y el mejor impacto medioambiental posible, siempre dentro de los límites
establecidos por la legislación vigente.
1.4.2 Componentes de una Estación Base:
> Antenas y parábolas.
> Casetas prefabricadas, cuarto habilitado en el inmueble o equipos de intemperie.
> Mástil o torre.
1.4.3 Sistemas de radiación de las BTS: Las Antenas
Las antenas de estación base pueden ser omnidireccionales, como muestra la figura 1.3
directivas, como muestra la figura 1.4 o con un patrón de radiación especial otorgando este
último tipo a la antena, un margen de cobertura específico, como muestra la figura 1.5.
7
Fig. 1.3 Antenas omnidireccionales
Utilizadas en la mayoría de los casos para la comunicación entre unidades móviles cuando
el posicionamiento en relación a la antena de base es impredecible.
Fig. 1.4 Antenas directivas
Las antenas directivas se utilizan para cubrir un área donde la recepción de la señal queda
limitada a una zona determinada.
Fig. 1.5 Antenas con patrón de radiación personalizado
Las antenas con características directivas personalizadas se utilizan para cubrir un área,
posiblemente asimétrica, con delimitaciones muy precisas con el fin de no producir o
recibir interferencias de otros sistemas de radio. (6)
1.4.4 Tipos de antenas que se implementan en estos sistemas
1-Antenas omnidireccionales.
2. Antenas Direccionales.
3. Antenas Sectoriales:
Las más usadas son la combinación de las antenas direccionales y las omnidireccionales.
Las antenas sectoriales emiten un haz más amplio que una direccional pero no tan amplio
8
como una omnidireccional. El alcance de la antena sectorial es mayor que el alcance de la
omnidireccional, pero algo menor que el de la direccional. Siguiendo con el ejemplo de la
luz, una antena sectorial sería como un foco de gran apertura, es decir, con un haz de luz
más ancho de lo normal.
Para tener una cobertura de 360º (como una antena omnidireccional) y un largo alcance
(como una antena direccional) deberemos instalar tres antenas sectoriales de 120º ó 4
antenas sectoriales de 90º. (7)
1.5 Arreglos de Antenas
Los sistemas de comunicaciones móviles celulares actuales demandan mayor capacidad de
servicios debido al incremento constante del número de usuarios. Como una alternativa en
la solución de este problema, la tecnología abre una vertiente relacionada a la antena, dando
lugar al empleo de arreglos o agrupaciones de antenas. Con el uso de un solo elemento de
antena se tiene una capacidad de transmisión y recepción limitada, pero al utilizar más de
un elemento se mejora la transmisión y recepción de las señales. En un arreglo de antenas,
el campo total radiado es la suma de los campos individuales de cada elemento; si se
requieren patrones de radiación directivos, es necesario que la sumatoria fasorial de los
campos de cada elemento interfiera convenientemente en la dirección deseada y se
minimice en todas las direcciones restantes. Los elementos de un arreglo lineal de antenas
se encuentran sobre una línea recta los cuales, al interactuar en conjunto, forman el
diagrama de radiación del arreglo. Conociendo los parámetros que caracterizan el diagrama
de radiación se pueden seleccionar los elementos para un arreglo lineal de antenas deseado.
Parámetros como directividad, ganancia, diversidad, acoplamiento mutuo, dirección del haz
principal, geometría y número de elementos de antena se deben considerar en el diseño de
conjuntos de antenas.
En este trabajo de investigación se proporciona una evaluación de parámetros altamente
sensitivos al desempeño de sistemas basados en antenas inteligentes.
En los últimos años, la demanda de nuevos servicios en comunicaciones móviles ha ido
más allá de las expectativas creadas. Estos sistemas enfrentan retos muy serios en cuanto a
su capacidad de manejo de tráfico heterogéneo (voz, datos y video), es decir, servicios que
van más allá del clásico tráfico de voz de los sistemas actuales. Los sistemas de
comunicaciones móviles celulares actuales deben tener la capacidad para dar servicio a un
9
mayor número de usuarios y sobretodo asegurar una calidad de servicio (QoS) al menos
con las mismas características que los sistemas cableados de alta capacidad, tal como ATM.
Arreglos de Antenas. Concepto.
Un arreglo es un conjunto de antenas, todas ellas alimentadas desde unos terminales
comunes, que radian o reciben en determinadas direcciones, las cuales pueden ser
predeterminadas. Los elementos de un conjunto son alimentados con magnitudes y fases
adecuadas, de modo que los campos radiados por el conjunto proporcionan el patrón
deseado, como muestra la figura 1.6. El empleo de conjuntos permite siempre obtener, con
el uso de reflectores, diagramas unidireccionales estrechos,
imposibles de conseguir
mediante distribuciones continuas de corriente lineales, por el carácter de onda estacionaria
que toma de forma natural dicha corriente que da lugar a diagramas multilobulados. Esto
sucede principalmente en VHF y UHF, con antenas de varias longitudes de onda de
dimensión eléctrica donde es muy difícil obtener diagramas unidireccionales con
distribuciones continuas de corriente y la única solución es el empleo de conjunto.
Fig. 1.6 Principio de multiplicación de Diagramas
10
El patrón de radiación es el producto del patrón del elemento y del factor del conjunto. La
polarización del campo total radiado depende sólo de los elementos utilizados. (F A es un
valor escalar).
El principio de multiplicación de patrones permite analizar por inspección cómo influye la
geometría del conjunto y la ley de excitación sobre el patrón de radiación resultante.
Atendiendo a su geometría los conjuntos, estos se clasifican en:
Lineales: Los elementos se sitúan a lo largo de una recta
• Uniformes (Equiespaciados).
• No uniformes.
Planares: Los elementos se sitúan sobre un plano.
• Circulares.
• Reticulares.
Tridimensionales (volumétricos):
• Semiesféricos.
• Conformados.
Los conjuntos de las antenas sectoriales se construyen bien con dipolos o con parches
(situados a lo
largo de una línea vertical) enfrentados y separados λ/4 de un reflector en
forma de cuenco más o menos ancho para conformar el haz a la anchura apropiada (entre
60º y 90º) en el plano horizontal.
El patrón en el plano vertical, con los elementos
alimentados en fase, es de tipo broadside, como muestra la figura 1.7.
11
Fig. 1.7 Conjuntos Broadside
La mayoría de los estudios realizados hasta el momento respecto a las antenas inteligentes,
se basa en arreglos lineales uniformes (ULA). (8)
1.6 Implementos de radiación en el Mercado Mundial.
En el mundo contemporáneo existen empresas que dentro de sus líneas de producción se
encuentra
la
fabricación
de
antenas
paneles
para
diferentes
ramas
de
las
radiocomunicaciones, entre ellas, el servicio de telefonía móvil. Las industrias de los
implementos de radiación cada día se desarrollan más en diversidad,
requiriendo de
diferentes servicios que ofrece el espectro radioeléctrico. KATHREIN MOVILCOM
BRASIL (integrante del GRUPO KATHREIN) (Ver la figura 1.8) es el más antiguo
fabricante de antenas. Ofrece desde hace muchos años sistemas de radiación para una gran
diversidad de aplicaciones. Es asegurada de acuerdo con las normas ISO 9001 e ISO 14001,
con la certificación del organismo internacional.
Su línea de productos es amplia,
existiendo diferentes catálogos para su uso. (Anexo 1)
12
Fig. 1.8 Empresas productoras de antenas para la telefonía celular en el mundo.
ANDREW, ERI – Eletronics Research Inc. y SPINNER consolidan su parcería con
KATHREIN MOBILCOM BRASIL, para el mercado de Radiodifusión de América del
Sur. Con estas estratégicas KATHREIN tiene un fundamento sólido para aumentar la suya
extensa participación en el mercado Sudamericano. Especialmente en Brasil, muchos
proyectos exigen una solución amplia de un Sistema Radiante completo, ofrecido por un
único proveedor, evitando la incompatibilidad de conexión física y/o eléctrica. De esta
forma, KATHREIN suministra los Sistemas Radiantes incluyendo combinadores, paneles
conmutadores, líneas rígidas, filtros, cables coaxiales a aire, antenas con polarización
circular, elíptica, horizontal y vertical para FM y UHF, diversificados de acuerdo con la
demanda de los clientes y sus proyectos, con soluciones para todas las aplicaciones.
1.7 La Telefonía Móvil en Cuba
La telefonía móvil en Cuba se inició en el año 1991, a través de la empresa estatal
CUBACEL S.A. en la norma TDMA (800 MHz) con cobertura nacional. En 2001 comenzó
a prestarse servicio en la norma GSM (900 mhz) a través de la Empresa de
Telecomunicaciones del Caribe (C-COM).
En el año 2004 se fusionan las dos empresas quedando todos los servicios de telefonía
móvil a cargo de CUBACEL que pertenece a la vicepresidencia de telefonía móvil de
ETECSA (la empresa estatal cubana de telecomunicaciones).En 2005 se establecen 25
nuevos acuerdos de roaming internacional, alcanzando la cifra de 238.La extensión de los
servicios de telefonía celular ha sido vertiginosa en los años 2007 y 2008. No obstante, se
labora por seguir acercándolos cada vez más a la población. La cobertura de la norma GSM
(900mhz) alcanza alrededor del 80% del territorio nacional. Cada vez es más frecuente ver
a los cubanos por las calles portando algún teléfono celular y hablando por este, aunque
13
brevemente, lo cual derrumba poco a poco mitos y prejuicios hacia una tecnología que ha
revolucionado el mundo de las telecomunicaciones. Al cierre del primer trimestre del 2010
se registraban en Cuba un total de 347 de células o radiobases y 950 861 líneas celulares
activas.
Cubacel, ofrece servicios de telefonía celular con cobertura nacional en las normas GSM y
TDMA. La misma opera en las frecuencias 850/900 MHz en la tecnología GSM y 800
MHz en la TDMA. La banda de los 850MHz (GSM) ha sido activada recientemente por
Cubacel y está disponible en Ciudad La Habana, Varadero y los Cayos Coco y Guillermo.
Gracias a acuerdos de roaming internacional que la empresa tiene con socios
internacionales es posible utilizar en Cuba teléfonos celulares de casi cualquier parte de
Europa, América y parte de Asia. Además, es posible comprar o alquilar un aparato a la
hora de contratar los servicios de telefonía celular.
1.8 Implementos de radiación y posibilidades de la fabricación en nuestras empresas.
En los últimos años Cuba ha experimentado un crecimiento vertiginoso en el uso de
telefonía celular, durante el primer trimestre del 2010 se evidenció un crecimiento del 1.4.
% en el número de suscriptores, totalizando 19 000 suscriptores registrados.
Casi todos los elementos que conforman la plataforma tecnológica que soporta los sistemas
de radiación de las radiobases en el país son importados bajo el sello de KATHREIN.
Nuestro país invierte en cada módulo un total de USD 2160.000.
Para el sistema GSM 900 el modelo más implementado es el 730-368. (Anexo 2)
Motivado en esta situación la Empresa de Antenas Villa Clara se ha proyectado en el
desarrollo de prototipos de estos implementos de telecomunicaciones, que puedan ser
utilizados en el mercado interno del país para ser fabricados en masa, generando así,
fuentes de empleos y soberanía tecnológica, y que en gran medida contribuyan a un ahorro
en las importaciones por este concepto.
Actualmente existe una mesa de cooperación entre ANTENAS VC y UCLV en esta área.
El prototipo de antenas sectoriales que se pretende implementar está acorde con los
estándares de operación utilizados por ETECSA.
14
Las antenas sectoriales que se investigan en la UCLV, son basadas en tecnología de
conjuntos de elementos lineales uniformes, con reflectores planos incorporados, que
consiste en guiar y radiar ondas electromagnéticas mediante elementos alimentados
resonantes a la frecuencias de trabajo tomando en consideración el factor de arreglo de
dicho conjunto. En general, la estructura de la antena consiste básicamente en radiadores,
dieléctricos, líneas de RF y un plano de tierra.
Los modelos de análisis deben de presentar un patrón de radiación simulado que abarca
aproximadamente 120 grados de cobertura en el plano azimutal, por lo que con un arreglo
de 3 de estas antenas se pueden cubrir 360 grados de emisión.
15
CAPITULO 2. Aplicación de las herramientas de análisis para aplicar al elemento de
antena que se implementaría en los servicios.
2.1 Búsqueda de prototipos que respondan a las necesidades presentadas.
En concordancia con las investigaciones realizadas en sistemas de antenas de la telefonía
móvil en el mundo se pretende implementar uno o varios prototipos de antenas que
respondan a los patrones de radiación de estándar internacionales para estos servicios, en
este caso se trataría de lograr un prototipo que responda a esta exigencias, que irradie una
cardioide con patrón de radiación en el plano H: 65º -90º grados y en el plano E: 10º-15º
grados como aparece en la figura 2.1.
Fig. 2.1 Patrón generado por las antenas panel de telefonía móvil en el mundo.
Las antenas mas utilizadas son las del tipo panel, conformada interiormente por un conjunto
de elementos lineales “dipolos” ubicados de forma vertical sobre el eje Z, estos elementos
resuenan en λ/2 de la frecuencia y están separados λ/4 de un reflector plano con ancho
mínimo de λ/2 para conformar el lóbulo de ancho apropiado (entre 60º y 90º).
Tipos de dipolos utilizados en las antenas sectoriales:
1. Dipolo abierto.
2. Dipolo plegado.
3. Conjunto de dipolos colineales. (Franklin)
16
4. Parches.
Para la realización de esta tarea técnica es necesario conocer las principales características
de los sistemas de radiación de la telefonía móvil en nuestro sistema.
• Sistema GSM
• Banda de frecuencia 900 MHZ < f < 930 Mhz y 0.30 cm < λ< 0.34 cm landa
• Potencia 100 watt.
• Ganancia 9 dB< G < 15 dB.
• El diagrama de radiación es en forma de cardioide con 120 grados por H y 15
grados por V.
• Para la banda de trabajo el coeficiente de onda estacionaria (ROE es menor o igual
que 1.5).
2.2 Elección del prototipo de antenas para Radiobases (BTS).
Se plantea el diseño de un prototipo de Antena Sectorial para telefonía móvil basado en
tecnología planar, que opere en la banda de 900 MHz. Fueron estudiados diferentes
métodos matemáticos para el diseño de antenas planas, el propósito fundamental es lograr
un prototipo que se adapte al diseño y que permita a su vez ser evaluado por el software de
simulación. El modelo Franklin fue el escogido en primer lugar por su sencillez , esta
antena parte de la generación de antenas AMOS , donde han tenido antecedentes en WiFi
por aficionados , pero hasta la actualidad no se han implementado en servicios de telefonía
móvil, para determinar los valores preliminares de la estructura; y mediante simulación se
ajustaron las dimensiones de la alimentación, a fin de obtener las características de
radiación e impedancia requeridas que aseguren la compatibilidad con las operadoras de
telefonía móvil del país.
Esta antena es un arreglo de cuatro dipolos colineales, cada uno media longitud de onda
con separaciones centro a centro de λ/4 con plano reflector rectangular separado de estos
λ/4.
17
La alimentación presenta mejores características en cuanto a rigidez mecánica en el
punto de alimentación y acoplamiento de impedancia es la correspondiente a un diseño del
sistema de alimentación con una impedancia resultante en su centro de 200 ohms lo cual
permite situarle un transformador de impedancia con relación de transformación de 4:1,
ver la figura 2.2 con vistas a lograr un excelente acople entre los brazos de la antena y la
línea de transmisión.
Fig. 2.2 Antena tipo Franklin.
2.3 Adaptador de impedancia “Balun”
El balun, además de su función de simetrización de la corriente, también puede transformar
niveles de impedancias. La relación de impedancias se denota así: n: m, los balunes, usados
como adaptadores de impedancias, son reversibles. Por lo tanto, 1:4 es lo mismo que 4:1.
La potencia que puede transmitir un balun depende tanto de la geometría como del material
con el que está construido.
•
Si se usa un balun con núcleo de ferrita, pasada cierta potencia, el material se
recalienta; si la temperatura sobrepasa la Temperatura de Curie del material, el
balun pierde sus propiedades.
•
Para evitar este problema, algunos baluns se hacen con núcleo de aire; sin embargo,
el precio a pagar es que a potencia igual, es preciso construir bobinas demasiado
grandes para ser prácticas.
El balun no genera potencia. En cambio, todo balun tiene pérdidas. Llamamos pérdidas de
inserción a aquellas sufrida por la señal a la salida del dispositivo. Una pérdida de
inserción típica en un balun es de 0,3 dB. (6)
18
Balun de cable coaxial
1.1.1 En nuestro caso usamos este tipo de balun, aquí la adaptación de impedancias se
logra mediante la conexión de cables coaxiales cortados a una longitud múltiplo de λ/4.
Estos baluns funcionan en un rango muy estrecho de frecuencias (algunas unidades por
ciento), lo que los convierte de hecho también en filtros.
•
Los baluns de cable coaxial son utilizados en VHF y UHF, ya que en HF las
longitudes de cable (algunas decenas de metros) no serían prácticas.
En cambio, en VHF o UHF se usan longitudes de cable entre algunos centímetros y un
metro de largo.
Este transformador de acoplamiento está constituido por cables coaxiales RG-213. ver la
figura 2.3
Fig. 2.3 Adaptador de impedancia “Balun” con relación de transformación 4:1
Este balun es de media longitud de onda (λ/2). El conductor central del cable coaxial hace
contacto eléctrico en cada extremo a una de las conexiones equilibradas para un
alimentador o un dipolo. Uno de estos terminales se debe conectar con el conductor interior
del alimentador coaxial principal. Los tres conductores exteriores se deben conectar juntos.
Esto entonces forma un balun de 4:1 que trabaja en una banda de frecuencia estrecha. (9)
Como prototipo final, se planteó un arreglo de cuatro dipolos colineales, cada uno media
longitud de onda con separaciones centro a centro de λ/4 con plano reflector rectangular
separado de estos λ/4.
19
Dimensiones completas incluyendo el reflector, recomendadas para la antena
Franklin.
Longitud de onda: = 299.8 / f (MHz) metros: 0.328 mts
A=0.320λ, B=0.574λ, C=0.543λ, D=0.158λ, E=0.180λ, F=0.032λ.
Diámetro del alambre: d= 0.0162λ
Reflector: ALTO=3.70λ, ANCHO=0.50λ
Medidas del Balun: P= 0.5 * v (factor de velocidad de la línea)
v= 0.66 for RG58, RG213, RG8 etc.
v= 0.83 para CFD200
2.4 Software implementado para el diseño de antenas.
Existen en la actualidad diferente Software o programas que son de gran utilidad a la hora
de analizar desde el punto de vista eléctromagnetico una antena determinada, sus procesos
son confiables y de alta velocidad, entre ellos tenemos:
Manna-Gal, Matlab, Qy4, 4nec, Eznec, Feko.
Pero tienen limitantes como son el acceso, ya que algunos no se encuentran gratis en
Internet, como es el caso del Feko y Eznec, de acuerdo con las características del 4nec , alta
velocidad de proceso, no consume gran cantidad de recursos de memoria, fácil de
implementar, además 4nec2 es un programa completamente libre, 4Nec2x es una mejora
del mismo, mediante sus herramientas se pueden crear, ver, optimizar y comprobar 2D y
estructuras de geometría de la antena de estilo 3D y se generan, patrones de radiación del
campo lejano y cercano de las antenas.
2.5 Procesos de análisis con el paquete utilitario 4nec.
2.5.1 Diseño y simulación la antena Franklin sin reflector a 914 MHz.
En la tabla 2.1 se muestran los valores de las dimensiones de dicha antena.
Elemento A
104.90 mm
Elemento B
188.272 mm
Elemento C
178.104 mm
Elemento D
51.820 mm
20
Elemento E
59.04 mm
Elemento F
10.496 mm
Elemento G
Diámetro
26.568 mm
5.33136 mm
Alambre
Balun RG-213
108.24 mm
Tabla. 2.1 Datos de diseño
Una vez procesados los datos obtenidos manualmente del diseño preliminar, se le
introdujeron al programa seleccionado 4nec por el modo Geometric Edit. (Ver la figura
2.4)
Fig. 2. 4 Diseño de la antena Franklin en el Geometric Edit
Los resultados del análisis aplicando la simulación con el paquete utilitario 4nec se
muestran en las figuras desde la 2.5 a la figura 2.9
21
Fig. 2.5 Resultados de comprobación de segmentos.
Fig. 2.6 Patrón Horizontal Normalizado
22
Fig. 2.7 Patrón Vertical Normalizado
Fig. 2.8
Fig. 2.9
Una vez obtenidos los resultados, se procede a incorporarle un reflector. En esta ocasión se
le adiciona una lamina de aluminio de 2.2 mm de espesor, de 1236.6 mm x 164.0 mm y
separado a una distancia mínima de 26.568 mm.
Nota: A este prototipo se le incrementa las dimensiones F, G e I, como muestra la figura
2.10
23
Fig. 2.10 Esquema de una antena Franklin con reflector incorporado.
Sus dimensiones fueron calculadas por las expresiones de diseño para la frecuencia de 914
MHz centro de banda de operación de la tecnología GSM 900 MHz.(Ver la tabla 2.2)
Elemento A
104.90 mm
Elemento B
188.272 mm
Elemento C
178.104 mm
Elemento D
51.820 mm
Elemento E
59.04 mm
Elemento F
10.496 mm
Elemento G
Diámetro
26.568 mm
5.33136 mm
Alambre
Reflector
1213.6 x 164.0 mm
Balun RG-213
108.24 mm
Tabla. 2.2 Datos de diseño.
2.5.2 Diseño y simulación la antena Franklin con reflector a 914 MHz.
Una vez procesados los datos obtenidos manualmente del diseño preliminar, se le
introdujeron al programa seleccionado 4nec por el modo Geometric Edit. (Ver la figura
2.11)
24
Fig. 2.11 Diseño de la antena Franklin en el Geometric Edit
Los resultados del análisis aplicando la simulación con el paquete utilitario 4nec se
muestran en las figuras desde la 2.12 a la figura 2.17.
Fig. 2.12 Comprobación de segmentos
25
Fig. 2.13 Patrón Horizontal Normalizado
Fig. 2.14 Patrón Vertical Normalizado
26
Fig. 2.15 Patrón de Radiación en 3D
Fig. 2.16 Patrón de Radiación en 3D
27
Fig. 2.17 Patrón de Radiación en 3D
2.5.3 Corrida de frecuencia en el rango de 879 MHz hasta 959 MHz.
Se realiza la simulación de la característica de frecuencia de la antena en el ancho de banda
de operación acorde a las figuras 2.18 y 2.19.
Fig. 2.18 ROE y Coeficiente de Reflexión
28
Fig. 2.19 Ganancia y Relación F/B
El interfaz de parámetros generales correspondientes del 4nec se muestra en la figura 2.20.
Fig. 2.20 Parámetros generales
2.5.4 Simulación de la antena Franklin con reflector a
879 MHz
29
Los patrones normalizados obtenidos se muestran en las figuras 2.21 y 2.22
Fig. 2.21 Patrón Horizontal Normalizado
Fig. 2.22 Patrón Vertical Normalizado
2.5.5 Simulación la antena Franklin con reflector a 959 MHz
30
Los patrones normalizados obtenidos se muestran en las figuras 2.23 y 2.24
Fig. 2.23 Patrón Horizontal Normalizado
Fig. 2.24 Patrón Vertical Normalizado
31
Conclusiones parciales.
Una vez procesado los datos de diseño en el Software y obtenido de éste, resultados
alentadores, se procede a la construcción de un prototipo de antenas que responda
esencialmente a los datos de diseño para su estudio, análisis y validación.
32
CAPITULO 3. Construcción del prototipo y su validación.
3.1 Introducción.
En comunicaciones inalámbricas, las antenas con diagrama de radiación relativamente
ancho en el plano horizontal son a menudo necesarias. En nuestro trabajo se usan las
antenas con dipolos orientados verticalmente con vistas a lograr el patrón de radiación
horizontal deseado en forma de cardioide, y estrecho en el plano vertical. El patrón de
radiación exigido espacialmente en este caso, puede ser ofertado por la antena Franklin, la
cual fue procesada en le capitulo anterior.
Este tipo de antena de alambre ha sido usado con anterioridad, principalmente, en
polarización horizontal, desde los mismos orígenes de la radio en ondas medias, ondas
cortas y se ha conocido como la antena de Franklin.
Esta antena tiene algo más de 12 dBi de ganancia y un lóbulo de radiación horizontal de
120 grados y 15 grados en la vertical, haciéndola una muy buena alternativa para cubrir
sectores amplios. Otra característica destacable es que también posee lóbulos de radiación
secundarios importantes con lo que se logra dar cobertura a los equipos que están cerca de
la base de la antena. La relación de ondas estacionarias (ROE) se mantienen por debajo de
1,5:1, en toda la banda.
3.2 Construcción mecánica de la antena.
Materiales utilizados
Materiales utilizados en el prototipo
1. Aluminio en lamina de 1215.0 mm. de largo x 164 mm x 2 mm de grueso.
2. Alambre de cobre 4.4 mm: 1500.00 mm.
3. Barra de teflón de 20 mm de grueso.
4. Tornillos métrica 3.0 mm: 12 unidades
5. Tornillos métrica 6.0 mm: 4 unidades
6. Cable coaxial RG-213: 50.00 mm
7. Conector N hembra para RG-213: 1 unidad.
33
8. Estaño con fundente para soldadura 0.5 mm: 100 mm.
9. Tirafondos de 4.0 mm x 15.0 mm : 4 unidades
10. Brida plástica de 4.0 mm x 25.0 mm: 2 unidades
El prototipo de antena fue elaboraba totalmente de forma artesanal como muestra la figura
3.1.
Fig. 3.1 Antena construida
3.3 Mediciones de las pérdidas por retorno
En este proceso se utilizan los equipos e instrumentos que se muestran en las figuras de la
3.2 a la 3.4
34
Fig. 3.2 Analizador de espectro marca HAMEG con frecuencia de trabajo hasta 1.5 GHz.
Foto 3.3 Antena panel Franklin construida, con reflector incorporado.
Fig. 3.4 Puente de mediciones de pérdida por retorno
Se establece la posición de prueba como muestra la figura 3.5.
Fig. 3.5 Posición de pruebas
Pruebas realizadas a la antena.
35
Los resultados a la frecuencia de 879 MHz se muestran en la figura 3.6
Fig. 3.6. Prueba a la frecuencia 879 MHz
Resultado: - 10 dBm procesado el dato: ROE: 1.924
Los resultados a la frecuencia de 914 MHz se muestran en la figura 3.7
Fig. 3.7. Prueba a la frecuencia 914 MHz
Resultado: - 15 dBm procesado el dato: ROE: 1.433
Los resultados a la frecuencia de 959 MHz se muestran en la figura 3.8
Fig. 3.8. Prueba a la frecuencia 959 MHz
36
Resultado: - 16 dBm procesado el dato: ROE: 1.375
3.4 Proceso de medición del patrón de radiación.
Como antena receptora se usó la antena dipolo mostrada en la figura 3.9
Fig. 3.9 Antena de medición AMC/1
Procedimiento.
Estas mediciones de la antena nos permitió la obtención de valores respecto al patrón de
radiación de potencia lejano, en las frecuencias de 879 , 914 y 959 MHz validando los
resultados del análisis por simulación de la antena , la cual posee un buen comportamiento
en el rango de 879-959 MHz.
En la actualidad las pruebas respecto al patrón de radiación se realizan en sofisticadas
“cámaras anecóicas de pruebas RF”. Sin embargo, generalmente, estas no están a nuestro
alcance. Por cuanto se recurre a otras formas más experimentales y menos precisas que nos
pueden proporcionar una visión bastante satisfactoria respecto a como trabaja la antena.
Para ello se requiere algunos equipos básicos como: un generador de
señales u oscilador, un analizador de espectros, una antena de referencia y algunos cables
coaxiales.
El procedimiento es de sumo cuidado y requiere de paciencia, dependiendo sobre todo de la
precisión que requiramos en los datos. Para iniciar, en lo posible hay que cerciorarse de que
no exista interferencia, sobre todo si es variable, en el lugar que vamos a realizar las
mediciones con respecto a la frecuencia en la cual trabaja la antena a medir. Para antenas
que trabajen en las bandas de UHF y SHF también debe tenerse un sutil cuidado con los
acoples de impedancia puesto que a dichas frecuencias la influencia de factores como el
tipo de conectores o cables utilizados se maximiza.
37
Primer paso: Se procedió a armar el sistema de medición, se tuvo en cuenta que la variación
fuera leve de acuerdo a si la antena a medir es para transmisión o recepción. Para la
transmisión se colocó el generador de señales conectado a la antena panel (fig. 3.10) y la
recepción en un extremo y la antena de referencia conectada al analizador de espectros en
el modo de recepción en el otro (fig. 3.11). Desde el generador de señales se envío una
portadora en la frecuencia central de la antena de prueba.
Fig. 3.10 Generador de señales y antena a probar
Fig. 3.11 Analizador de espectros y antena receptora.
Segundo Paso: Luego se procedió a medir la señal radiada con el analizador de espectros
en los planos E y H, para lo cual, generalmente primero, se localizó el punto de mayor
radiación y se realizaron algunas pruebas sencillas respecto a la polarización. Luego se
procedió a medir el campo E variando el ángulo, puede ser con espaciamientos de 15° para
el plano vertical. Realizar variaciones con menor o mayor ángulo nos permitirá obtener un
38
diagrama más o menos detallado, pero a su vez, para un ángulo pequeño aumenta
considerablemente el número de mediciones.
A continuación se sigue con el plano H, del cual se aconseja realizar unas 4 mediciones
para ángulos separados entre 45 y 30 grados, debido a que el diagrama de radiación en ese
plano tiene variaciones considerablemente menores.
Se tuvo el cuidado de no afectar las mediciones al moverse en las inmediaciones de antena
mientras se mide.
Tercer Paso: Los datos fueron procesados y agrupados en las tablas anteriores y graficados
en coordenadas polares.
3.5 Comparación entre los resultados simulados y medidos.
3.5.1 Mediciones del patrón de radiación horizontal a 879 MHz.
En la figura 3.12 se muestran los resultados correspondientes a 879 MHz.
Figura 3.12. Patrón de radiación horizontal. En azul, el simulado y en rojo las mediciones.
3.5.2 Mediciones del patrón de radiación horizontal a
914 MHz
En la figura 3.13 se muestran los resultados correspondientes a 914 MHz.
39
Figura 3.13. Patrón de radiación horizontal. En azul, el simulado y en rojo las mediciones.
3.5.3 Mediciones del patrón de radiación horizontal a 959 MHz
En la figura 3.14 se muestran los resultados correspondientes a 959 MHz.
40
Figura 3.14. Patrón de radiación horizontal. En azul,el simulado y en rojo las mediciones
3.5.4 Mediciones del patrón de radiación vertical a 879 MHz.
En la figura 3.15 se muestran los resultados correspondientes a 879 MHz.
Figura 3.15. Patrón de radiación vertical. En azul , el simulado y en verde, las mediciones.
3.5.5 Mediciones del patrón de radiación vertical a 914 MHz
En la figura 3.16 se muestran los resultados correspondientes a 914 MHz.
41
Figura 3.16. Patrón de radiación vertical. En azul,el simulado y en verde, las mediciones.
3.5.6 Mediciones en el patrón de radiación vertical 959 MHz.
En la figura 3.17 se muestran los resultados correspondientes a 959 MHz.
Figura 3.17. Patrón de radiación vertical. En azul, el simulado y en verde, las mediciones.
42
3.6.Repercusión económica del trabajo
Un panel de radiación de antenas sectorial para radiobases de la telefonía celular en
la norma típica GSM 900 MHz, tiene un valor estimado en el mercado mundial del orden
de $720.00 USD. El panel de radiación propuesto en este trabajo con características
similares de radiación y de impedancia tiene un costo total incluyendo el radomo de
$40.00 USD lo cual reporta el país un ahorro de $680.00 USD por cada panel de
radiobase.
Conclusiones del capítulo.
Con este capítulo se logra mostrar los resultados obtenidos en la investigación realizada los
mismos se ponen en manos de los especialistas de la Empresa de ANTENAS VC para la
continuidad y perfeccionamiento del trabajo.
43
CONCLUSIONES
1.- Se logró el diseño, análisis, construcción y validación de una antena que posee algo
más de 12 dBi de ganancia, un lóbulo de radiación horizontal de 120 grados y 15 grados en
el lóbulo vertical, siendo una muy buena alternativa para cubrir sectores amplios. Además
se lograron lóbulos de radiación secundarios importantes, con lo que se da cobertura a los
equipos que están cerca de la base de la antena.
2.- La razón de ondas estacionarias (ROE) se mantienen por debajo de 1,5:1 en toda la
banda de frecuencia de trabajo. Sus características de radiación e impedancia responden a
las exigencias para ser implementadas en un servicio de telefonía móvil.
3.- Se logró la construcción y validación del prototipo de antena que responde a lo al
análisis de las características de radiación e impedancia simulados en el software utilizado.
RECOMENDACIONES
Para darle continuidad científica al tema se propone:
1. Continuar la investigación sobre otros elementos de antenas que pudieran ser utilizados
en el diseño de radiadores sectoriales, como los dipolos doblados, abiertos y parches.
2. Proponer a la industria el diseño del radomo que cubriría la antena.
3. Continuar la investigación sobre la base del diseño de estas antenas para la tecnología
GSM 850 MHz que se nos avecina.
44
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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pp. 8–19.¨ Sitio Web: www.es.wikipedia.org. Acceso 4 de mayo 2010.
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Sitio Web:
www.es.wikipedia.org .acceso 4 de mayo 2010.
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(3) Generaciones de la telefonía móvil: doc .30941380 Sitio Web. www.scribd.com.
Historia del teléfono móvil. Acceso 6 de mayo 2010.
(4) R.A. Soni, R.M. Buehrer, and R.D. Benning, An Intelligent Antenna System for CDMA
2000,” IEEE Signal Processing Magazine, vol. 19, no. 4, pp 54-67, July 2002. Sitio Web
es.wikitel.info/wiki. página: Antenas_inteligentes.
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de mayo 2010.
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Wiley & Sons. Análysis of the Radiating Pattern for Linear Antenna Arrays. Sitio Web.
www.revistaciencia.uat.edu.mx. página principal. Acceso 7 de mayo.
1.2 (9) Sevick Jerry (W2FMI.)Construyendo Baluns: Diseños prácticos para el
experimentado., 1994. Sitio Web www.worldlingo.com. página principal Balun. Acceso 10
de mayo.
45
Anexos
Anexo (1). Catálogo
recibido de la KATHREIN, para la realización del Trabajo de
Investigación.
46
Anexo (2) Panel utilizado en las radiobases de telefonía móvil en la norma GSM-900 MHz.
47