Antenas, Microondas y Fibra Óptica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA

FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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CURSO: Antenas, Microondas y Fibra Óptica

TURNO: Viernes 9:40 am

TEMA: Laboratorio 3 – Antena Dipolo

INTEGRANTES:

• APAZA MENDOZA GIAN APAZA                  20140507
• TEJADA HUAMANI DIEGO ALEXANDER     20153289

27 DE JUNIO DEL 2023 AREQUIPA – PERU

LABORATORIO 4

SIMULACION DE UNA ANTENA DIPOLO 

1. OBJETIVO 

Construcción de una antena dipolo para simulación, usando el software Ansys HFSS.

1. MATERIAL 

Computadora con Software HFSS instalado

3. INTRODUCCION 

Las antenas dipolo son de sencillo diseño y construcción desde el punto de vista teórico, es utilizada para transmisión o recepción de señales de RF.

Básicamente está compuesta por dos conductores colineales de igual longitud, es alimentado desde el centro. La longitud de la antena es igual a la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de resonancia.

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4. PROCEDIMIENTO DE CREACION DEL MODELO 

ESTABLECER UNIDADES 

1. Establecemos las unidades eligiendo la pestaña Modeler/ Units  
2. Seleccionar in (inches)

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ESTABLECER MATERIAL  

1. En la barra de herramientas seleccionar el botón deslizante y elegir la opción Select.
2. En la ventana que se abre buscar la opción copper como la resaltada en la ventana que se muestra a continuación:

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5. CREACION DEL MODELO 

1. ANILLO 1  

A. PRIMER CILINDRO

1. Seleccionar Draw/Cylinder
2. Primeramente nos pedira ingresar las coordenadas de posicion, para este caso usaremos el origen X: 0.0 Y: 0.0 Z: 0.0, estas se pueden ingresar en la parte inferior derecha de la ventana.

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1. Luego se requiere las coordenadas del radio, dX: 0.31 dY 0.0 dZ 0.0
2. Finalmente se ingresan las coordenadas de la altura dX 0.0 dY 0.0 dZ 5.0

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1. El cilindro aparecerá en el espacio de trabajo, para este caso lo llamaremos “ring inner”

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B. SEGUNDO CILINDRO

1. Al igual que en el primer cilindro, usaremos el origen X: 0.0 Y: 0.0 Z: 0.0

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1. Radio dX: 0.37 dY 0.0 dZ 0.0
2. Altura dX 0.0 dY 0.0 dZ 5.0

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1. A este cilindro lo nombraremos “ring”

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C. SUSTRACCION

1. Seleccionar en la lista de elementos a “ring” y “ring_inner”

1. Elegir la pestaña Modeler/Boolean/ Substract
2. Aparecera una ventana en la cual debemos colocar en Blank Parts a “ring” y en Tool Parts a “ring_inner”. Presionamos OK. La figura resultante se llamara “ring” automaticamente.

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1. Luego de esto nos quedara una figura de cilindro hueco como la siguiente:  

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2. ANILLO 2

1. Seleccionamos el objeto llamado “ring” con click derecho, vamos a la opción Edit/ Copy
2. Luego hacemos click en la pestaña Edit/ Paste. Se creará una copia de la figura anterior llamada “ring1” a la cual modificaremos algunos parámetros.

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1. Vamos a la lista de objetos, dentro de “ring1” aparecerá la propiedad Create Cylinder la cual abriremos y nos aparecerá una ventana como la siguiente, donde cambiaremos el antiguo radio al valor de 0.5. Finalmente presionamos aceptar.

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1. Luego expandimos Substract para ingresar a las propiedades de “ring_inner1”, en este caso, cambiaremos el radio a 0.435

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1. Tendremos un cilindro hueco dentro de otro como se muestra en la figura  

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3. BRAZO 1

1. Ir a la pestaña Draw/Box
2. Primero ingresaremos las coordenadas de posicion X: -0.1 Y: -0.31 Z: 5.0
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4. La siguiente coordenada a ingresar dX: 0.2 dY: -4.69 dZ: -0.065 4. El nombre de la figura sera “arm1”

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1. Obtendremos lo siguiente:  

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1. Ahora agruparemos todos los elementos creados hasta ahora, en la lista de elementos seleccionaremos “ring”, “ring1” y “arm1”, luego iremos a la pestaña Modeler/Boolean/Unite y los elementos se agruaparan.

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4. PIN CENTRAL

1. Draw/Cylinder
2. Posición X: 0.0 Y: 0.0 Z: 0.0
3. Radio dX: 0.1 dY: 0.0 dZ: 0.0
4. Altura dX: 0.0 dY: 0.0 dZ: 5.1

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1. La figura se llamara “center_pin”

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5. BRAZO 2  

1. Draw/Box
2. Posición X: -0.1 Y: 0.0 Z: 5.1
3. Coordenada opuesta: dX: 0.2 dY: 5.0 dZ: -0.065

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1. La figura se llamara “arm2”

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        6.         CONEXIÓN A TIERRA

1. Draw/Cylinder
2. Posición X: 0.0 Y: 1.0 Z: 0.0
3. Radio dX: 0.0625 dY: 0.0 dZ: 0.0
4. Altura dX: 0.0 dY: 0.0 dZ: 5.1

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1. La figura generada se llamará “pin”

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1. Ahora agruparemos los siguientes objetos: “arm2”, “pin” y “center pin”, seleccionándolos y luego eligiendo la pestaña Modeler/Boolean/Unite

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7. PUERTO

1. Draw/Circle
2. Coordenada de centro: X: 0.0 Y: 0.0 Z: 0.0
3. Radio: dX: 0.31 dY: 0.0 dZ: 0.0

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1. Esta figura se llamará “p1”

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8. AIRE  

1. Seleccionamos como material por defecto a vacuum.
2. Ahora elegiremos Draw/Box
3. Coordenada de posición:  X: -5.0 Y: -10.0 Z: 0.0
4. Coordenada opuesta dX: 10.0 dY: 20.0 dZ: 12.0

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1. La figura se llamará “air”

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9. PERIMETRO DE RADIACION

1. En la figura “air”, iremos a la opción Edit/Selection Mode/Faces
2. Seleccionaremos todas las caras de “air” excepto la base que se enceuntra en el plano XY.

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1. Una vez seleccionadas las 5 caras requeridas, iremos al menú HFSS/Boundaries/Assign/Radiation. Aceptamos la ventana nombrando al elemento como “rad1”.

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1. Ahora         seleccionamos         el         puerto         “p1”,         luego         vamos         a         la         pestaña

HFSS/Excitations/Assign/Waveport dejando los valores por defecto.

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1. Luego seleccionaremos la cara faltante de “air”, es decir Z=0. Una vez seleccionada vamos a la pestaña HFSS/Boundaries/Assign/Finite Conductivity.

1. Pondremos los valores necesarios como se detalla en la siguiente ventana.

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1. Ahora iremos a HFSS/Radiation/Insert Far Field Setup/Infinite Sphere
2. Pondremos los siguientes valores:

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1. Presionamos aceptar
2. Seleccionamos el objeto “air” en la lista de objetos, le damos click derecho
3. Vamos a la opción Assign Mesh Operations/On Selection/Length Based y luego introducimos los siguientes datos:

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1. Finalmente hacer click en OK.

6. CONFIGURACION PARA EL ANALISIS 

1. Vamos a la pestaña HFSS/Analysis Setup/Add Solution Setup/Advanced

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1. Finalmente hacemos click en aceptar.

BARRIDO DE FRECUENCIA

1. Damos click derecho en el Setup1 creado anteriormente y elegimos la opción Add Frequency Sweep, luego llenamos con los siguientes valores

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VALIDACION

1. Nos aseguramos de haber guardado los cambios realizados
2. Vamos a HFSS/Validation Check  

1. Demorará unos minutos hasta validar el modelo y si todo está correcto aparecerá una ventana con la confirmación  

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ANALISIS  

1. Vamos a HFSS/Analyze All

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PARAMETROS S

1. Vamos a HFSS/Results/Create Modal Solution Data Report/Rectangular Plot
2. Usaremos los siguientes valores y elegimos la opción New Report

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1. Obtendremos el siguiente resultado

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1. También podemos obtener el patrón de radiación, vamos a HFSS/Results/Create Far Fields Report/Radiation Pattern y pondremos la siguiente configuración  

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1. Obtendremos el siguiente resultado

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7. TRABAJO ADICIONAL

1. Haga una interpretación de los resultados obtenidos teniendo en cuenta las dimensiones de construcción utilizadas en este modelo.

Se trabajo con una frecuencia de 0.55 GHz que seria 550 MHz como observamos en la grafica se acerca el marcador M1 bastante a este valor.

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