Herramienta para la representación de diagramas de radiación 2D y 3D basada en MATLAB

Abstract

El aprendizaje en el campo de las antenas requiere cierta capacidad de visualización espacial cuando se analiza la respuesta direccional de las mismas. En el caso de repuestas omnidireccionales o directivas sencillas, los recursos tradicionales pueden ser suficientes. Sin embargo, en el caso de antenas de apertura, las capacidades de visualización espacial requeridas son mucho mayores. lo que dificulta la interpretación de las respuestas por parte del alumnado. En este Trabajo Fin de Grado se ha desarrollado una herramienta de apoyo al aprendizaje para la visualización 2D y 3D de diagramas de radiación normalizados en potencia totales y parciales y la estimación de las directividades asociadas a diferentes configuraciones básicas de antenas de apertura. Como herramienta orientada a la docencia presenta las siguientes características: - Se ha diseñado de forma modular para permitir la incorporación de nuevas configuraciones sin afectar a las ya implementadas. - Utiliza la representación mediante las componentes habituales en el campo de las antenas (esféricas, circulares, CP-XP según 3ª definición de Ludwig). - Utiliza cualquiera de los tres Principios de Equivalencia de campo para el cálculo de los campos radiados por la correspondiente antena de apertura. - Presenta los resultados en los formatos más habituales tanto en 2D como en 3D. - Proporciona resultados lo más autocontenidos posibles y utilizables por el alumno sin necesidad de disponer de la herramienta. La herramienta está basada en interfaces gráficas de usuario (GUI) en MATLAB que permiten calcular y visualizar los diagramas de radiación en 2D y 3D en los formatos más habituales y que proporcionan estimaciones de directividad para evaluar las correspondientes funciones de directividad totales y parciales a partir de los mismos. Se han incorporado modelos para algunos casos básicos de antenas de apertura rectangular con diferentes iluminaciones y para bocinas rectangulares de tipo sectorial y piramidal. En el presente documento se recogen tanto las bases teóricas como la especificación a nivel de diagrama de bloques de la herramienta, así como un manual de usuario y las correspondientes validaciones de casos y ejemplos de uso más allá de la simple determinación de los correspondientes diagramas.

The learning in the antenna field requires some degree of spatial visualisation capability as far as their directional behaviour is concerned. As long as omnidirectional or simple directive responses are involved, classical docent resources can be enough for the purpose. However, when aperture antennas are involved the spatial visualization capabilities required are higher by far, which makes difficult the interpretation of their response by the students. A learning support tool for the 2D and 3D visualisation of both total and partial normalised power radiation patterns and the estimation of associated directivities for different aperture antennas basic configurations has been developed on this TFG. As a tool oriented to the learning process support, it presents the following characteristics: -Has been designed in a modular way to allow the incorporation of new configurations without affecting the ones already implemented. -Uses the most common components in the antenna field for the representations (spherical, circular, CP-XP after 3ª Ludwig definition of polarization). -Uses any of the three field Equivalence Principles for the computation of the radiated fields by the considered aperture antenna. -Shows the results in the most usual formats in both 2D and 3D representations. -Provides results as self-contained as possible and usable by the student without having the tool available. The tool is based on Graphical User Interfaces (GUI) in MATLAB that allow the computation and visualization of 2D and 3D radiation patterns using most usual formats and provides directivity estimates that allow the evaluation of the corresponding total and partial directivity functions from the patterns. Models for some basic cases of rectangular apertures with different illuminating fields as well as for sectorial and pyramidal horn antennas have been implemented. This document summarizes both the theoretical basis and the block diagram level specification of the tool. It also includes a user manual and the corresponding case validations along with some use examples showing its potential use further from just the evaluation of the corresponding radiation patterns.