ANÁLISIS DE LA ASIGNATURA: DISEÑO DE ANTENAS. 1. Análisis de los objetivos y de las competencias:

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1 ANÁLISIS DE LA ASIGNATURA: DISEÑO DE ANTENAS. 1. Análisis de los objetivos y de las competencias: De acuerdo con los contenidos mínimos que se especifican más abajo, esta materia cuatrimestral comprende siete (7) unidades temáticas según se describe en el punto 2. En esta asignatura se propone desarrollar métodos analíticos que posibiliten diseñar antenas y sistemas de antenas que sean capaces de satisfacer requerimientos de directividad, ganancia, ancho de banda, adaptación de impedancias y requisitos estructurales (aspectos mecánicos) en una amplia gama de frecuencias y servicios a prestar. Para cumplimentar con el objetivo propuesto y a fin de obtener un óptimo aprovechamiento del tiempo asignado, la materia se ha estructurado en tres partes o etapas, a saber: - Primera parte: La componen las tres primeras unidades temáticas, en las cuales se desarrollan metodologías de diseño aplicables a todas las bandas de frecuencia, por cuanto se abordarán los temas centrales de la síntesis de una antena o sistema de antenas consistente en la determinación del patrón de radiación (unidades 1 y 2) y el sistema de alimentación que provea la necesaria simetría al sistema línea-antena adaptando impedancias a fin de obtener la máxima eficiencia de potencia del sistema transreceptor - línea - antena (unidad 3). - Segunda parte: Constituye el núcleo de la asignatura y se compone de las siguientes tres unidades con el objetivo de aplicar los lineamientos de diseño vistos anteriormente en aplicaciones específicas en cada banda de frecuencia: MF/HF (U.T.4), VHF/UHF (U.T.5) y microondas (U.T.6). En cada unidad se analizarán los requerimientos de directividad, ancho de banda, adaptación de impedancia y aspectos estructurales (montajes mecánicos). Se esbozarán métodos particulares y criterios generales para el diseño de antenas en las bandas propuestas. En el desarrollo de cada capítulo se tendrá en cuenta las particularidades del servicio a prestar. En el desarrollo de estos capítulos se utilizarán catálogos con información técnica y comercial que posibiliten al alumno familiarizarse con los materiales y productos existentes en el mercado al encarar un diseño particular. - Tercera parte: La compone la unidad temática 7 (Mediciones de Antenas) que posibilitará al alumno familiarizarse con los procedimientos e instrumental para someter a ensayos a prototipos de antenas diseñadas o efectuar mediciones sobre antenas ya existente.. 2. Análisis de los contenidos: 2.1. Unidad temática 1: Diseño de sistemas de antenas (arreglos de dipolos) En esta unidad se aplicará el principio de multiplicación de los diagramas de radiación a fin de obtener el diagrama resultante de un arreglo de antenas dipolares, el cual se concibe a efectos de obtener mayor directividad que la provista por un dipolo asilado. Posteriormente se desarrollará el método de Dolph que posibilita optimizar la

2 radiación de un arreglo mediante distribuciones no uniformes de la corriente que compatibiliza el incrementa de la directividad del arreglo cancelando lóbulos secundarios Unidad temática 2: Eliminación de la radiación en la dirección contraria a la deseada. En esta unidad se discutirán las dos (2) formas básicas de materializar la cancelación del campo radiado por una antena o arreglo, en ciertas direcciones contrarias a la deseada, con el objetivo de optimizar la energía disponible e incrementar la directividad. Se analizará los sistemas de antenas que incorporan elementos activos adicionales y los que utilizan elementos pasivos adicionales. En este análisis se tendrá particularmente en cuenta el rango de frecuencias de operación por influir decididamente en los costos de instalación y el peso de las estructuras de soportes requeridas Unidad temática 3: Diseño del sistema de alimentación de antenas. Adaptación de impedancias El objetivo de esta unidad es analizar los métodos más utilizados para materializar los alimentadores de antenas y sistemas de antenas y las necesarias armonizaciones que deben verificarse al acoplar los componentes básicos de un sistema de transmisión y recepción para obtener una eficiencia global del sistema. Esto es la interconexión del transreceptor con el medio de transporte de la energía (línea, cable coaxil, guía de onda) y el radiador (antena). Asimismo se realizará una discusión comparativa para seleccionar adecuadamente los componentes mencionados teniendo en cuenta la frecuencia y ancho de banda de operación, la potencia a irradiar por la antena y la capacidad portante requerida en la línea de alimentación, la simetría global del conjunto a efectos de cancelar las radiaciones indebidas en el alimentador y las técnicas de adaptación de impedancia más utilizadas en las distintas bandas de frecuencias. 2.4.Unidad temática 4: Antenas de MF HF. Diseño y consideraciones generales. En antenas para media frecuencia (MF) se efectuará una discusión pormenorizada de las antenas verticales (torres autosoportadas o erigidas mediante riendas con plano de tierra) utilizadas en aplicaciones de radiodifusión en AM (broadcasting) y sus requerimientos mecánicos. Al abordar las antenas de HF, como introducción se revisarán los tipos de propagación y de polarizaciones que se emplean y las aplicaciones destinadas a esta banda de comunicaciones. Luego se discutirán los parámetros de mayor importancia para el diseño a saber: ancho de banda, frecuencia óptima de trabajo, ángulo de máxima radiación, cobertura en azimut, ganancia o directividad requerida, relación de onda estacionaria y potencia de entrada mínima a la antena a efectos de asegurar el enlace entre dos corrsesponsales dada una cierta localización geográfica y los requerimientos mecánicos y ambientales de la instalación. Finalmente se esbozará un procedimiento general de diseño y ejemplos varios que contemple los parámetros indicadados.

3 2.5.Unidad temática 5: Antenas de VHF UHF. Diseño y consideraciones generales. Como introducción se mencionarán las variadas aplicaciones destinadas al rango comprendido entre 30 Mhz a 1 Ghz, el tipo de propagación utilizada (troposférica) y los distintos tipos de polarizaciones utilizadas (verticales, horizontales y circulares). Para el diseño de las antenas de VHF y UHF se utilizará el criterio de seleccionar la antenas (soluciones stándares) más comúnmentes utilizadas y modificarlas a fin de adaptar a la misma a los requerimientos particulares de potencia y directividad de los ejemplos de aplicación a resolver. Para ello se encará el diseño de la antena, teniendo en cuenta los siguiente casos posibles: antenas para enlaces punto a punto, antenas para estaciones fijas y antenas para estaciones móviles. 2.6.Unidad temática 6: Antenas para microondas. Diseño y consideraciones grales. Se efectuará una revisión de las soluciones prácticas y los aspectos físicogeométricos de los componentes que intervienen en antenas de microondas (bocinas y diversos tipos de reflectores) y aspectos estructurales de las aplicaciones más importantes: radares de navegación, radares meteorológicos, radares de tránsito aéreos y marítimos, antenas para enlaces de microondas y otras tales como antenas satelitales y de sensado remoto. 2.7.Unidad temática 7: Mediciones de antenas En esta unidad se analizarán los métodos y las técnicas experimentales de mediciones sobre antenas. Se efectuarán mediciones de laboratorio de patrones de radiación, ganancia, distribución de corrientes, impedancia y polarización sobre prototipos de antenas a implementar en las clases prácticas de laboratorio. 3. Metodología a utilizar en el cursado: Para las tres primeras unidades de esta materia (Primera parte) el dictado consistirá en clases teóricas expositivas por parte del profesor que se complementarán con clases prácticas de resolución de problemas propuestos en una guía de trabajos prácticos. Para la Segunda parte (U.T. 4, 5 y 6) el dictado consistirá en el desarrollo de ejemplos concretos que permitan delinear criterios y procedimientos de diseño particulares para cada banda de frecuencia. Dado el carácter integrador de estos capítulos en la materia, se pondrá particular énfasis en lograr, a través de la activa participación de los alumnos, analizar las posibles soluciones que permitan optimizar el diseño de la antena desde el punto de vista de los costos de una instalación real. Por último se propondrá una guía de laboratorio, tendientes a someter a ensayos los prototipos de antenas mediante mediciones.

4 4. Prácticas: Se propone a los alumnos efectuar el diseño y construcción de prototipos de antenas de acuerdo con las especificaciones que se indica en cada Laboratorio. Posteriormente deberá someterse a ensayo las antenas/sistemas de antenas diseñadas a fin de determinar: patrones de radiación horizontal y vertical, ganancia del radiante y su impedancia en el par de terminales de entrada.. Laboratorio 1: Mediciones del patrón de radiación, ganancia e impedancia de entrada de distintas antenas. - Dipolos simétricos y asimétricos. - Monopolos con plano de tierra. - Otros sistemas radiantes: antenas cuadro, antenas helicoidales. - Sistemas de antenas: dipolos plegados, antena Yagui, dipolo-reflector plano. Laboratorio 2: Sistema de antena para radiodifusión (MF). Diseñar un sistema de antenas de radiodifusión de AM cuya frecuencia de portadora es de 860 Khz., que provea un diagrama horizontal tipo cardioide. Diseñar, construir un prototipo a escala y efectuar mediciones de ganancia, impedancia de entrada y patrón horizontal de radiación al sistema radiante propuesto. Laboratorio 3: Sistema de antena directiva para una estación fija de comunicaciones (UHF). Diseñar un sistema de antena para un equipo de comunicaciones que opera en la banda de 440 a 450 Mhz que cumpla los siguientes requisitos: ancho de haz aproximadamente igual a 60º, ganancia máxima no inferior a 8 db. Laboratorio 4: Antena transceptora de HF. Diseñar una antena transreceptora para operar en la banda de 14 a 28 Mhz.. Seleccionar, diseñar y construir un adaptador de impedancias de constante concentradas (tipo L, T ó Pi ) que permita operar al sistema con una ROE inferior a 1,5. 5. Evaluaciones y promoción de la materia: Como requisito para obtener el cursado de la materia los alumnos deberán presentar los informes de los cuatro (4) laboratorios y efectuar una exposición de un trabajo individual, presentado en una monografía sobre el cálculo específico de una antena. Dicha monografía deberá constar de: 1. Pasos de diseño para dimensionar el radiante. Factores que intervienen en la selección de la antena. 2. Diagramas horizontales y verticales de intensidad de campo. 3. Descripción del sistema de alimentación adoptado. 4. Cálculo de la red adaptadora de impedancias. 5. Montaje mecánico (Detalles estructurales del soporte, consideraciones grales). 6. Referencias bibliográficas (manuales, catálogos). 7. Material a utilizar. 8. Costos. La evaluación final consistirá en un exámen escrito oral, sobre los temas abordados en clase.

5 6. Bibliografía ANTENNAS - John D. Kraus - Mac Graw-Hill Book Co ANTENNA ENGINEERING HANDBOOK 3º Edic. Parte 1, 2, 3 y 4 - R.C.Johnson. - McGraw-Hill PROPAGACION Y RADIACION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS. Parte III RADIACION ELECTROMAGNETICA - Salvador Puliafito - Editorial Idearium ANEXO A LA PARTE III - Salvador Puliafito - Editorial Idearium ANTENNAS Theory and Practice - S.A. Schelkunoff y H.T. Friis. - John Wiley & Sons,Inc ANTENNAS Theory and Design - W.L.Stutzman - INGENIERIA DE ANTENAS - Edmund Laport - Editorial H.A.S.A MANUAL DE ANTENAS - Woodrow Smith - Editorial H.A.S.A ING. Gabriel Antonio PULIAFITO Profesor Adjunto Interino Legajo Nº 27565