5. ANTENA CONO INVERTIDO

Transcripción

1 5. ANTENA CONO INVERTIDO 5.1 INTRODUCCIÓN En la Representación 24 puede observarse el perfil y la planta de la antena de Cono Invertido. Su construcción está basada en seis postes de material aislante (madera) de 21 metros de altura que sirve de soporte al cono. Dicho cono tiene una longitud equivalente a la hipotenusa de un triángulo rectángulo, cuyos lados medirán 19 y 21 metros, es decir, unos 28,32 metros. Para su confección se han utilizado 60 radiales de hilo de cobre de 5mm de diámetro. Dichos radiales están soportados por un cierre circular en la parte superior y cogidos a un disco metálico en la inferior. Por este disco inferior alimentaremos la antena con el cable coaxial. La antena va montada con un sistema de contra-antena formada por 60 radiales de masa de 31 metros de longitud y 10mm de diámetro. Dichos radiales están sujetos en su parte externa por picas de acero de cobre cobreado de 1,5 metros de lardo por 12mm de diámetro y en su parte interna por un disco metálico que va al pasivo de la antena (masa del coaxial). Ambos discos están separados y sujetos por cuatro aisladores de A.T. y alta resistencia. Con objeto de poder realizar un mantenimiento de la misma, se le ha dotado a cada poste de un torno cabestrante que baja una sección del cono. La alimentación se hace con cable coaxial de 7/8. Dicha antena tiene un diagrama prácticamente omnidireccional y de bajo ángulo de radiación, por lo que es idónea para comunicaciones tierra-aire en vuelos de baja cota y que estén situados en cualquier posición. Es una antena de banda ancha que emite entre los 2 y los 30 Mhz con un valor SWR inferior a 3:1 en la toda la banda. Se utilizará, preferentemente con los aviones en situación de vuelo. Como ventaja destacamos un gran rendimiento en sus condiciones de trabajo (comunicaciones tierra aire en vuelos de baja cota). Como principal inconveniente citaremos el coste normalmente elevado de los postes de madera y el área ocupada. 5-1

2 Figura1.Antena de Cono Invertido 5-2

3 5.2 SIMULACIÓN Y DISEÑO Para la simulación consideraremos: - Tierra perfecta. - Hilos de 5mm de radio. - Potencia transmitida de 760W. - La antena irá alimentada con una fuente de 1V. Comenzaremos simulando la antena en la banda de interés ( Mhz) Simulación1. SWR y Coef. Reflexión Mhz Podemos observar como el valor de estacionaria se encuentra por debajo de 3. Debemos notar que los puntos de menor valor se encuentran a las frecuencias correspondientes a λ y λ/2. La longitud de los hilos tomados para la simulación es de 27,9508 metros correspondiendo a la mitad de una longitud de onda, por tanto, para las frecuencias: λ = 56m f = 5, 3Mhz λ / 2 = 28m f = 10, 7Mhz se obtiene el mejor comportamiento de estacionaria. A continuación se muestran los valores de la ganancia a lo largo de la banda. 5-3

4 Simulación2. Ganancia 3,8-14Mhz Los valores de la ganancia son bastantes buenos en casi toda la banda, excepto entre los 9 y 10,8 Mhz, donde disminuyen considerablemente. Para comprobar qué ocurre a estas frecuencias simularemos la antena para el valor que, a priori, parece más desfavorable. Simulación3. Ganancia 9,8Mhz La simulación2 está tomada para un ángulo de radiación theta de 50º, para el cual la antena de cono sí presenta un mal comportamiento, sin embargo, podemos observar como el comportamiento es bueno en esta frecuencia para ángulos entre 70º y 90º ó entre 10º y 35º. Representación de la impedancia de la antena de cono invertido: 5-4

5 Simulación4. Impedancia entre 3,8 y 14Mhz Podemos ver como la impedancia se mantiene prácticamente constante entorno a 75Ω. A continuación, a modo ilustrativo, simularemos la antena para tres frecuencias concretas; 3.8Mhz, 10.8Mhz y 14Mhz. Simulación5. Características generales a 3.8Mhz Entre las características, podemos destacar: - Eficiencia al 100% - Valor SWR 1,55. A penas hay estacionaria para esta frecuencia. 5-5

6 - Valor RDF (Ratio entre el máximo valor de ganancia y la ganancia media) de 4.59, lo que nos da una idea de la directividad de la antena, siendo para este caso muy omnidireccional. Esto podemos observarlo en su diagrama de radiación: Simulación6. Diagrama de radiación a 3.8Mhz Haremos el mismo análisis para 10.8Mhz: 5-6

7 Simulación7. Características generales a 10.8Mhz Simulación8. Diagrama de radiación a 10.8Mhz Como en el caso anterior presenta un diagrama de radiación prácticamente omnidireccional, aunque empeora la estacionaria. 5-7

8 Repetimos el análisis para 14Mhz: Simulación9. Características generales a 14Mhz Simulación10. Diagrama de radiación a 14Mhz En este caso, perdemos algo de omnidireccionalidad, aumentando la potencia para radiaciones de alto ángulo. Por otro lado, mejora la estacionaria. 5-8

9 Por último haremos un sweep de frecuencias para la banda de interés (3,8-14Mhz) Simulación11. Sweep entre 3,8 y 14 Mhz. La mayor ganancia se obtiene para 9,92Mhz (9,37dBi), valor que nos será útil a la hora de establecer el perímetro de seguridad. 5-9

10 5.3 SIMULACIÓN CON ItsHF Con objeto de mostrar el alcance de la antena Australiana realizaremos la simulación de la misma, observando el alcance del campo radiado. Para ello, haremos uso de la aplicación ItsHF. Hemos de tener en cuenta que el objeto de este apartado no es el cálculo exacto del radioenlace, sino simplemente una estimación del alcance. Los aviones de guerra antisubmarina P-3 montan radios HF modelo HF-9000 D Collins, cuya sensibilidad es de -81dBu para una SNR de 10dB. Tomaremos este valor como referencia para comprobar el alcance de la antena. La simulación se hará con las siguientes características: - Frecuencia: 10,7 Mhz. - Potencia de transmisión: 760W. - Transmisor centrado en la Base Aérea de Morón. - Día: Mes: Junio. - Hora: 18:00. - SSN: ManMade Noise Level: -140dBw/Hz (Indrustrial). - Mínimo ángulo de Take off: 0.1 degrees. Simulación12. Intensidad del campo radiado 5-10