1 Loop antennas - Wiley Encyclopedia Of Telecommunications Volume

Transcripción

1 Antenas loop comparadas mediante 4NEC2 y ecuaciones teóricas Para la geometría de la figura, un loop eléctricamente corto, con un diámetro 2b y un diámetro del conductor de 2a, presenta en el punto de alimentación una impedancia dada por: 1 Esta ecuación se usa como referencia para determinar si la simulación mediante 4NEC2 2 produce resultados apropiados. Para los fines de la comparación, se utilizaron 24 conductores rectos, cada uno de ellos dividido en 3 segmentos. Se supone en el espacio libre, y no se asignan pérdidas a los conductores, de modo que la parte real de la impedancia refleje la resistencia de radiación. La aproximación a un círculo del mismo diámetro es bastante buena, pues el área del circulo es de mts 2, y el área del polígono es de 0,7899mts 2, con un error del 0.5%. 1 Loop antennas - Wiley Encyclopedia Of Telecommunications Volume 3 2

2 El largo eléctrico del loop es de longitudes de onda, por lo que se encuentra en el rango en que la suposición de corriente constante no introduce errores. Por encima de 0.1 de longitud de onda comienza a apreciarse la diferencia entre el modelo real y el de corriente constante. En los casos de antenas de radioaficionados, la resistencia de radiación tiende a ser levemente mayor que la predicha por los programas de cálculo para este tipo de antenas. Esto no es particularmente importante para comparar con 4NEC2, pero si para otros tipos de calculo. La elección de las dimensiones y frecuencia del modelo se basan simplemente en la disponibilidad del archivo para su simulación. Se hicieron pruebas con tres diámetros de conductor de 1mm, 2.5mm, y 10mm, cuyos resultados se muestran en la siguiente tabla: Frecuencia Diam. del loop Diam. conductor Real de Z Imag. de Z Método de cálculo 7.1 MHz. 2 mts. 2.5 mm NEC 7.1 MHz. 2 mts. 2.5 mm ecuación 7.1 MHz. 2 mts. 1 mm NEC 7.1 MHz. 2 mts. 1 mm Ecuación 7.1 MHz. 2 mts. 10 mm NEC 7.1 MHz. 2 mts. 10 mm ecuación Según estos resultados, la resistencia de radiación de ambos métodos solo difiere en un 3.5%, siendo mayor el valor obtenido mediante 4NEC2. Si se supone la resistencia de radiación directamente asociada al área del loop, la diferencia debería haber sido 1% mayor, con lo que la diferencia se reduce al 2.5%. Estos resultados no dependen del diámetro del conductor. En cuanto a la parte imaginaria, la diferencia es del orden del 2.5%, siempre mayor en 4NEC2. Aquí también debería aplicarse idéntico criterio al caso de la resistencia de radiación, pues la inductancia crece con el área del loop, son lo que la diferencia se reduce al 1.5%. Esta comparación muestra que la simulación mediante 4nec2 produce resultados consistentes y con una exactitud mucho mas allá de los medios accesibles a los radioaficionados para su verificación. Para aquellos que deseen repetir las comparaciones, incluyo el archivo de las simulaciones: CM Loop para pruebas CE GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2

3 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GW e-2 GE 0 GN -1 EK EX FR RP EN Mediante simulación con 4NEC2, se obtuvieron los siguientes resultados, suponiendo el radio del conductor de 25mm y el radio del loop de 1mt. Se utilizaron 16 segmentos para modelar el loop principal, y 8 para el loop de acoplamiento. La eficiencia es de 22.7%, con una ROE de 1.05 en resonancia. La resonancia se obtiene con 79.6pF. El diagrama de la antena se puede observar a continuación, con el condensador de sintonía ubicado en la parte superior, y y el loop de acoplamiento en la parte inferior. El grafico de ROE muestra que la resonancia esta en 7.099MHz, con un ancho de banda de 9KHz para 1,5 de ROE, por lo que es apto para usar en SSB.

4 A continuación se muestra el diagrama de radiación, que se ve mas achatado que el clásico del dipolo. Para los fines de comparar los diagramas, a continuación se muestra el del dipolo, ubicado a 1,5mts de altura, para que su ubicación coincida con el centro del loop. En este caso, la eficiencia es del 11.27%, por la cercanía respecto de tierra y las consecuentes pérdidas que ocasiona.

5 Como no se hizo ninguna adaptación para el caso del dipolo, la ROE no es 1, pero el ancho de banda es mucho mas amplio que el del loop. Por último, mediante el uso del software de cálculo de KI6GD, disponible en Internet, se obtiene: Magnetic Loop Antenna Specifications Loop Circumference 6.28 meters

6 Conductor Diameter mm Frequency 7.10 mhz Bandwidth 9.9 khz Capacitor Value 87.7 pf Capacitor Voltage 4.0 kv Conductor Wavelength lamda Efficiency 63.8 % Inductance µh Inductive Reactance ohms Loop Area 10.3 meters² Loop Diameter 2.0 meters Loop Q Value Qres Radiation Resistance ohms Resistance Loss ohms No contempla las pérdidas por la cercanía con la tierra. Para ello se utiliza el programa ( bajo DOS) rjeloop1.exe, que también se puede encontrar en Internet, con el que se obtienen los siguientes resultados: S. Shape of loop... CIRCLE P. Perimeter or circumference of main loop, metres D. Diameter of loop conductor, mm H. Height of lowest part of loop above earth, metres 0.5 F. Frequency of operation, megahertz T. Transmitter output power, watts Electrical length of loop wavelengths at operating freq. Inductance of main loop micro-henrys Coupling loop diameter metres to match to 50-ohm feeder Turns ratio on coupling xfmr. 9.4 to Tuning capacitor setting pico-farads at resonance Current in main loop amperes rms, opposite capacitor Voltage across capacitor peak volts Q when transmitting Transmitting bandwidth kilo-hertz between 3dB points Radiation resistance ohms distributed around loop Conductor RF loss resistance Ground proximity losses Transmission efficiency percent of power input Loss relative to ideal loop. 7.7 db = 1.3 "S"-points Se puede ver que las pérdidas dependen fundamentalmente de la proximidad con la tierra, pues la resistencia equivalente de las pérdidas por la tierra es 8 veces más grande que la de las pérdidas en el conductor. Dicho de otro modo, es más importante elevar la antena que aumentar el diámetro del loop, para pasar del 22% al 63% de eficiencia, sin aumentar el diámetro.