La herramienta Análisis de Antenas es un programa sencillo que calcula y grafica los parámetros característicos de 7 diferentes tipos de antena en base a sus variables de diseño. El programa se creó con el objetivo de enseñar a los estudiantes los fundamentos del diseño de antenas de una manera más intuitiva y sencilla, buscando que el estudiante aprenda rápidamente cómo es que las variables de diseño de una antena (por ej. dimensiones o materiales) afectan sus características de radiación.

1. Manual de Usuario Análisis de Antenas
Manual de Usuario
Programa de Análisis de Antenas
por José Carlos Pérez
29 de Marzo de 2012
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jcperez@unitec.edu
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2. Manual de Usuario Análisis de Antenas
1. Introducción:
¿Por qué decidí crear este programa?
Como en la mayoría de las universidades tecnológicas del mundo, en UNITEC la
carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones cubre un área de conocimiento muy
extensa. Debido a las numerosas clases que cursan los estudiantes de la carrera,
siempre hay contenidos que no se pueden cubrir en mayor detalle. En el caso de
UNITEC, uno de esos contenidos es la teoría y el análisis de antenas, del cual
apenas pudimos apreciar la punta del iceberg. Existen muchas variedades de antenas,
cada una con distintas características y aplicaciones, por lo que se consideró que el
aprendizaje de las características de algunos de los tipos más utilizados, mediante
prácticas de laboratorio, sería un complemento excelente para la formación integral
del ingeniero en Telecomunicaciones egresado de UNITEC.
Originalmente pensé en hacer un proyecto de investigación sobre diseño de antenas de
Parche (Microstrip). Pero rápidamente llegué a la conclusión de que existía un serio
problema: a pesar de mi interés en el tema de antenas, la base teórica sobre las mismas
era muy pobre. De vez en cuando se toca dicho tema durante las clases, pero siempre
de manera superficial. La antena es, a fin de cuentas, sólo una de las muchas partes
que se deben considerar en un sistema de telecomunicaciones, así que difícilmente
había tiempo para entrar en mayor detalle. Tampoco se tienen laboratorios que
ayuden a cubrir esa deficiencia teórica y que permitan aplicar la teoría a la realidad,
para su posterior uso en el diseño e instalación de antenas. Ciertamente no todos
los egresados de nuestra carrera van a trabajar en áreas de radiofrecuencia (RF),
pero como parte integral de la formación de un ingeniero en telecomunicaciones, es
conveniente instruirse sobre la teoría e instalación de antenas, para su utilización
apropiada en enlaces inalámbricos.
Dada esa situación, opté por enfocar mi proyecto de graduación en resolver ese
problema. Este programa puede ser, con mucha esperanza, el primer paso en la
creación de un “Laboratorio de Antenas, Microondas y Satélites”, en el cual el
estudiante aprenderá, a través de prácticas de laboratorio, acerca de los aspectos
básicos de la teoría, análisis y diseño de antenas, para que pueda luego aplicar esos
conocimientos adquiridos a la selección de antenas durante la creación de enlaces
inalámbricos de comunicación.
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3. Manual de Usuario Análisis de Antenas
2. Objetivos y Filosofía del Programa
La herramienta Análisis de Antenas es un programa sencillo que calcula y grafica los
parámetros característicos de 7 diferentes tipos de antena en base a sus variables
de diseño. El programa se creó con el objetivo de enseñar a los estudiantes los
fundamentos del diseño de antenas de una manera más intuitiva y sencilla, buscando
que el estudiante aprenda rápidamente cómo es que las variables de diseño de una
antena (por ej. dimensiones o materiales) afectan sus características de radiación.
Se buscó crear una interfaz gráfica lo más sencilla posible, de manera que el usuario
pueda usar el programa sin tener la necesidad de ver este Manual de Usuario. El
usuario sólo tiene que introducir los valores pedidos en el panel de Variables de Diseño,
y presionar el botón de Calcular. Posteriormente podrá ver, en esa misma ventana,
las características de la antena, como la directividad, ancho de haz, ancho de banda
e impedancia de entrada de la antena, todo en una misma pantalla. La ventaja de
mostrar tanto entradas como resultados en una misma pantalla es que el estudiante
podrá ver más fácilmente la relación entre las variables de diseño que está ingresando,
y los parámetros de antena que muestra el programa como salida.
3. Instalación del Programa
La instalación del programa no tiene mayor complicación. Sólo debe seguir los
siguientes pasos:
1. Ejecute el archivo ProyectoAntenas_x86_pkg.exe.
NOTA: Si está usando el CD-ROM que acompaña al Informe del Proyecto de
Graduación, debe copiar el archivo a su computadora. El programa “Análisis de
Antenas” se desempacará en el mismo directorio en el que se encuentra este
instalador.
2. La primera ventana que aparece es un cuadro de diálogo para selección de
idioma, así como se aprecia en la Figura 1. No hay opción de cambiarlo a
Español, así que se utilizará Inglés como idioma de instalación. Presione el
botón OK.
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Figura 1: Selección de idioma de instalación.
3. En la siguiente pantalla, se le avisa que se deben instalar algunas librerías
requeridas. Presione el botón Install para continuar.
4. Ahora se instala el compilador de MATLAB (Matlab Compiler Runtime).
Aparecerá una ventana como la de la Figura 2. Presione el botón Next para
continuar.
Figura 2: Primera ventana de instalación del MATLAB Compiler Runtime.
5. En esta ventana (la cual puede observar en la Figura 3) escriba su nombre y el
nombre de su organización. Presione el botón Next para continuar.
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5. Manual de Usuario Análisis de Antenas
Figura 3: Escribir nombre de usuario y organización.
6. La siguiente pantalla muestra el directorio en donde se instalará el compilador,
el cual puede cambiar si lo desea. Presione el botón Next para seguir.
Figura 4: Elección de directorio de instalación.
7. Esta ventana es únicamente de confirmación. Si ya no desea cambiar configuraciones
previas y está listo para instalar, presione Install.
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6. Manual de Usuario Análisis de Antenas
8. Una vez instalado, aparecerá la pantalla final. Presione el botón de Finish para
terminar.
9. El ejecutable del programa Análisis de Antenas se llama ProyectoAntenas_x86.exe.
Como se dijo anteriormente, este archivo se desempaca en el mismo directorio
en el que se encuentra el instalador. Ejecute este archivo para abrir el
programa. Puede borrar el instalador del compilador de MATLAB, que se llama
MCRInstaller.exe.
4. Descripción de la Interfaz Gráfica
La interfaz gráfica es bastante sencilla. En una sóla ventana se encuentran tanto las
entradas como los resultados. Así como se ve en la Figura 5, se puede descomponer
la interfaz en varias partes.
Figura 5: Descripción de las partes de la interfaz gráfica del programa
Análisis de Antenas.
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7. Manual de Usuario Análisis de Antenas
Menú de Selección de Antena En la parte superior izquierda de la ventana, se
encuentra un menú a través del cual se selecciona el tipo de antena que se desea
analizar. Si se había realizado cálculos previamente en el programa, éstos se
borrarán cuando se seleccione otro tipo de antena. Por esta razón, el usuario
siempre debe recordar exportar sus resultados antes de seleccionar otro tipo de
antena.
Imagen de Antena Justo debajo del menú de selección, se puede encontrar una
imagen de la antena seleccionada. La imagen se puede ver algo distorsionada
debido al aliasing que ocurre al mostrar una imagen a un tamaño distinto de su
tamaño original.
Panel de Variables de Diseño Este panel se encuentra en la parte media superior
de la ventana. Aquí es donde el usuario introduce las variables de diseño de
la antena en cuestión. Ya que cada tipo de antena tiene sus propias variables
características de diseño, las variables en este panel cambiarán cada vez que se
cambie de antena. Si una entrada de texto no va a ser utilizada, el programa
automáticamente la deshabilita, como se puede ver en la Figura 5.
Paneles de Resultados Numéricos En la parte media inferior de la ventana se
puede encontrar hasta 4 paneles que muestran resultados numéricos como la
directividad, los anchos de haz horizontal y vertical, la impedancia de entrada a
la frecuencia de operación y el ancho de banda. En el caso de la antena Yagi-Uda,
uno de los paneles muestra la relación delante/atrás, ya que es un parámetro
especialmente importante para esta antena.
Gráficos de Patrones de Radiación En la parte derecha de la ventana, se pueden
apreciar dos gráficos en coordenadas polares. Éstos son los patrones de radiación,
en el plano de azimut (horizontal) y en el plano de elevación (vertical).
Gráfico Cartesiano En la parte inferior izquierda de la ventana se ve la tercera de
las salidas gráficas del programa. Esta gráfica estará siempre en coordenadas
cartesianas. En el caso de las antenas Dipolo, Monopolo y Dipolo con Reflector
Diédrico, se muestra una gráfica de pérdidas de retorno vs. frecuencia. En el
caso de las antenas de Parche, Reflector Parabólico, y Bocina, se muestran las
gráficas de ambos patrones de radiación en coordenadas cartesianas. Y en el caso
de la antena Yagi-Uda. se puede ver una gráfica de la distribución de corriente
por elemento.
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8. Manual de Usuario Análisis de Antenas
5. Opciones de Exportación de Resultados
Para exportar los resultados obtenidos del programa Análisis de Antenas, debe utilizar
el menú Archivo de la esquina superior izquierda. Así como se muestra en la Figura
6, hay tres formas de exportar los resultados obtenidos del programa Análisis de
Antenas.
Figura 6: Opciones de exportación de resultados en el menú Archivo.
Imprimir en PDF La primera opción de exportación es imprimir toda la ventana
en formato PDF. La ventaja de esta opción es que los resultados obtenidos ya
están listos para imprimirse en papel.
Copiar al Portapapeles Esta opción permite exportar al portapapeles. Se puede
copiar la ventana completa, pero también se puede copiar, de manera individual,
la Gráfica Cartesiana, el Patrón de Radiación Horizontal o el Patrón de
Radiación Vertical. Ésto es útil cuando se desea los gráficos en un informe.
Exportar Pantalla Esta opción permite guardar toda la ventana directamente en
un formato de imagen. Los formatos soportados son JPEG, PNG, TIF ó BMP.
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9. Manual de Usuario Análisis de Antenas
6. Mensajes de Error
El programa está validado de manera que sólo acepte números positivos y no nulos.
Si usted ingresa un valor negativo, nulo ó que no sea un número (por ejemplo, letras),
verá el mensaje de error que se muestra en la Figura 7. En dado caso, presione el
botón de OK y vuelva a ingresar los valores, esta vez de manera correcta.
Figura 7: Mensaje de error.
Existen ocasiones en las cuales usted podría necesitar ingresar un valor nulo. En esos
casos, ingrese un valor muy pequeño como 0.00001, así como se ve en la Figura 8.
Figura 8: Ingresando valores de cero en el programa.
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