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El diseño y las dimensiones de la antena se han tomado del Ejemplo 6-2 de la página 239 de "Antenna Theory and Design" de Stutzman y Thiele [1]. La frecuencia central es de 8 GHz y la circunferencia de la hélice es de 3,45 cm. La hélice está construida con un giro a la derecha (en el sentido de las agujas del reloj) para producir un patrón de campo lejano polarizado circularmente a la derecha. La separación entre espiras es de 0,796 cm. En las figuras 6-14a y 6-14c [1] se muestra la anchura teórica del haz a media potencia de 44 grados y 39 grados. Estas dos anchuras de haz representan un valor tomado de mediciones y calculado a partir de teoría simple.
La antena se construye en XFdtd utilizando el script helix. La hélice se expandirá a lo largo del eje Z y tendrá un radio de 0,549 cm. Además de la hélice, un pequeño plano de tierra 2D se centra en la base de la hélice con dimensiones de 4 cm x 4 cm. En la figura 1 se muestra la geometría del modelo CAD resultante. Se malló con un tamaño de celda cúbica de 0,3 mm.
Figura 1: Modelo CAD de la hélice.
La alimentación se aplica al borde de la célula que conecta la hélice con la placa base. Se utiliza una señal sinusoidal a 8 GHz como forma de onda y el criterio de convergencia automática se establece en -30 dB. Tras la simulación, se calculan los patrones de la zona lejana en un plano de corte 2D y como patrón 3D. En la Figura 2 se muestra el diagrama con polarización circular derecha. Dado que la antena está polarizada a la derecha, el diagrama de polarización a la izquierda, que se muestra en la Figura 3, es mucho más bajo.
Figura 2: Patrón de ganancia de zona lejana con polarización circular a la derecha.
Figura 3: A la izquierda, patrón de ganancia de la zona lejana con polarización circular.
La ganancia del haz principal se traza en una línea bidimensional para determinar la anchura del haz a media potencia. El gráfico de la figura 4 indica una anchura del haz de media potencia de aproximadamente 42,5 grados, que se sitúa entre los dos valores proporcionados por Stutzman y Thiele. La figura 5 es el corte 2D completo en phi = 0 grados.
Figura 4: Anchura del haz a media potencia.
Figura 5: Ganancia total a phi = 0 grados.
Referencia
Stutzman y Thiele. Antenna Theory and Design. 2ª ed. Nueva York: John Wiley and Sons, 1998.