El documento describe el diseño de una antena helicoidal para una frecuencia de 2.4GHz. Explica que una antena helicoidal consiste en un alambre espiral formando una hélice, y describe algunos parámetros de diseño como el diámetro, la separación entre vueltas y el número de vueltas. También resume las ventajas de este tipo de antena y los cálculos necesarios para el diseño propuesto.

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones
ANTENA HELICOIDAL (2.4GHz)
Byron Ganahazpa#1
#1
Profesionales en formación, Universidad Técnica Particular de Loja
Loja, Ecuador
RESUMEN: El presente trabajo tiene Existen algunas ventajas en cuanto a este
como finalidad describir el diseño de una tipo de antenas, la helicoidal, como se dijo
antena helicoidal una frecuencia de anteriormente, posee una polarización de
(2.4GHz), para ello se tomaran en cuenta tipo circular la que permite independencia
algunos parámetros tanto en el diseño entre la calidad de los enlaces y la
como en la construcción de la misma, estos orientación de las antenas.
son: su diámetro, la separación entre dos
vueltas, el número de vueltas, y la El elemento reflector aporta una seguridad
frecuencia para la cual debe funcionar. para la relación delante-atrás. Otra ventaja
es que se puede implementar a bajo costo y,
INTRODUCCIÓN además, se aumenta la ganancia ampliando
el las espiras. [2]
La antena helicoidal, es una configuración
práctica de una radiación electromagnética, DISEÑODE LA ANTENA
que está formada por un hilo de alambre
espiral formando una hélice. Es una La configuración geométrica de un hélice
evolución del monopolo vertical, en la cual consiste usualmente de N vueltas, el
ha sido modificado para tomar la forma de diámetro D y la separación S entre cada
un solenoide. [1] espira. La longitud total de la antena es
mientras la longitud total del
Este tipo de antena sus características alambre es de
principales como: polarización circular, donde es la longitud del
impedancia y ganancia sobre un rango de alambre entre cada giro y es la
frecuencia de banda ancha; la han circunferencia de la hélice.
convertido en una de las más utilizadas en
la actualidad, sobretodo en comunicaciones. Otro parámetro importante es el ángulo de
En la mayoría de los casos las hélices son separación que es al ángulo formado por
usadas como plano a tierra. El plano a tierra la línea tangente a la hélice del alambre y
puede tomar diferentes formas. Una es para un plano perpendicular a l eje de la hélice.
la tierra a del piso del palto. Típicamente el El ángulo de separación esta dado por la
diámetro del plano a tierra está en un valor siguiente ecuación
de 3λ/4. Sin embargo, el plano a tierra
puede también estar formado en la forma
de una cavidad cilíndrica.
En suma, la hélice es usualmente conectada Cuando el ángulo está entre ,
al centro del conductor de una línea de entonces forma una verdadera hélice con la
transmisión coaxial en el punto de circunferencia mayor que el cero pero
alimentación con el conductor exterior o menor que la circunferencia cuando la
malla de la línea atada al plano a tierra. hélice es reducida a un vuelta ( ).
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Las características de radiación de la antena
pueden estar variando controlando el
tamaño de sus propiedades geométricas
comparado a la longitud de onda.La En la antena helicoidal tendremos en
impedancia de entrada es críticamente cuanta:
dependiente en la ángulo de separación y el
tamaño del alambre conductor, C= Longitud circunferencia de la hélice.
espacialmente casi del punto de
alimentación, y este puede estar adjuntarse S= Distancias entre vueltas.
ccontrolando sus valores.La polarización
general de la antena es elíptica. L= Longitud de la antena.
CÁLCULOS D= Diámetro antena.
Las fórmulas tomadas en cuenta para los Lo= Longitud para una vuelta.
cálculos de la antena helicoidal son
tomados de los diseños del Ingeniero Luis l = Longitud total del cable. [3]
Celi, los cuales son las siguientes: [2]
Donde
Fig. 1 Parámetros geométricos de la
antena helicoidal
Para el Diseño de nuestra Antena hemos Impedancia de la antena
considerado la Frecuencia central para la
banda de 2.4 GHz (canales de wife), la
misma que va desde 2412 MHz a2467
MHz.De estas dos frecuencias calculamos
la media geométrica, que será la frecuencia
central de nuestra antena.
Esta es de: 2448 MHz.
Simulaciones de la antena Helicoidal.
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Fig. 2 Diseño y diagrama de radiación de la antena helicoidal
Fig. 3 Diagrama polar de la Antena helicoidal.
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Fig. 4 Carta de Smith (Impedancia de la Antena)
Como se puede observar en las simulaciones la Ganancia de la antena es de 13.5 dB.
Presentando en su Diagrama polar un lóbulo principal de radiación.
En la carta de Smith podemos notar que la antena aún no se encuentra acoplada. Este acople lo
podremos realizar, ya en el diseño mecánico o practico de la Antena helicoidal.
Diseño Mecánico de la Antena
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Presentación Final de la Antena
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Conclusiones
La antena helicoidal es muy eficiente
debido a: su polarización circular, su
ganancia, la cual crece en proporción al
número de espiras(hasta un valor
determinado), además el costo de su
implementación es muy bajo.
Para la construcción de esta antena, se
debe tener muy en cuenta parámetros
como: su diámetro, la separación entre
vueltas, el número de vueltas, de esta
forma, se garantizará el funcionamiento
de la misma.
REFERENCIAS
[1]Análisis, Diseño, Construcción y
Medición de Antenas Helicoidales para 2.4
GHz sobre Aeroplataforma de
Comunicaciones Globo-Antena (HAPS)
[En línea] disponible en:
<http://www.haps.cl/documentos/05.pdf>
[consulta 27-12-2010]
[2] ANTENAS HELICOIDALES. [En
línea] disponible en:
http://telecomunicacionespracticas.blogspot
.com/2011/02/antenas-
helicoidales.html[consulta 27-12-2010]
[3] Introducción a WiFi, estándares IEEE
802.11. [En línea] disponible en:
http://es.kioskea.net/contents/wifi/wifiintro.
php3
Constantine A. Balanis, Antenna Theory.-
3ra Edición, capítulo 10. pp. 566-576.
[consulta 29-12-2010].
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