Para el diseño de oficinas, se considera un espacio para 8 personas de los cuales, el mismo que se distribuirá en un cubículo abierto para 4 personas y un cubículo cerrado para 4 personas. El área de los cubículos cerrados será de 9 metros cuadrados y en el área central del espacio total se dividirá los cubículos abiertos con paredes de madera.
La altura del ambiente se considera de 2.3 metros con 50 centímetros para techo falso, la Figura 2.7 muestra el ambiente para Oficinas.
Las paredes de madera se consideran de 20 centímetros para fines de diseño, no existen valores comerciales de éste material.
Figura 2.7 Vista Superior del ambiente interior para oficinas
La Figura 2.8 muestra la elevación en AutoCAD del ambiente para oficinas y la Figura 2.9 muestra la elevación en 3 dimensiones donde se considera el grosor de las paredes.
Figura 2.8 Elevación del ambiente interior para oficinas
CAPÍTULO III
SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
3.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se realiza la simulación de las antenas usando el software CST STUDIO SUITE, y el escenario indoor usando el software WINPROP.
Se detallan de forma gráfica los resultados obtenidos del diseño y se analizan los valores obtenidos.
3.2 SOFTWARE DE SIMULACIÓN
Se analizan tres programas de simulación en base a sus hojas de datos y entorno de trabajo: Ansoft HFSS 13, ADS 2011 y CST STUDIO SUITE.
EL programa Ansoft HFSS tiene un entorno de trabajo más complejo que el resto, y como ventaja, presenta la ejecución de scripts para simulaciones, además de incluir mallado automático para diseño de circuitos electromagnéticos.
EL programa ADS 2011 presenta varios métodos de solución integrados para resolver sistemas electromagnéticos y manejo de diferentes capas o layouts simultáneos, como desventaja requiere integrar componentes externos para optimizar el diseño, como complementos para modelar conectores, puertos y plano de tierra.
El programa CST se detalla a continuación en la sección 3.2.1, la principal ventaja que presenta es enviar el diseño de la antena al programa WINPROP que se detalla en la sección 3.2.2.
Además CST, presenta un bajo uso de recursos de procesamiento para simulación evidenciado en simulaciones de prueba.
3.2.1 CST STUDIO SUITE
CST STUDIO SUITE es el acrónimo para las siglas en inglés de tecnología de Simulación por Computadora, que nos permite realizar simulaciones precisas,
eficientes para diseño y análisis de ondas y circuitos electromagnéticos en un rango amplio de frecuencias.
CST tiene integrados programas que se perfilan para diferentes aplicaciones, las que se puedes observar en la Figura 3.1, la simulación de antenas en frecuencias extremadamente altas cae en la categoría del programa de microondas, radiofrecuencia y comunicaciones ópticas ya que aquí están los algoritmos de cálculo de los parámetros requeridos por el diseño.
Figura 3.1 Componentes del programa de simulación CST
3.2.2 WINPROP
WinProp es una herramienta de simulación que incluye diferentes componentes de software para analizar la propagación de ondas electromagnéticas y planeación de redes.
Los componentes de WinProp son desarrollados para aplicaciones específicas, dentro de las cuales se encuentran las siguientes:
· ProMan: Herramienta utilizada para propagación de ondas en diferentes modelos y escenarios.
· Coman: Simulador de conectividad para redes y circuitos.
· WallMan: Editor gráfico para bases de datos vectoriales de edificaciones. · TuMan: Editor gráfico para túneles y estadios.
· Aman: Editor gráfico para patrones de antenas.
De las herramientas mencionadas, las que se ocupan en el presente trabajo son ProMan para la propagación de ondas y WallMan para la integración del escenario de propagación descrito en el capítulo 2.
Figura 3.2 Herramientas de trabajo WinProp
3.2.2.1 WallMan
La Herramienta WallMan permite editar gráficamente y exportar bases de datos vectoriales que incluyen diseños de edificaciones, donde se especifica dimensiones, ubicación y tipo de material de los distintos elementos que conforman la parte inmueble de un ambiente interior o exterior.
Se importa el diseño los ambientes interiores realizados durante el capítulo 2 en AutoCAD, hacia la suite WallMan. Se debe importar el archivo de tipo vectorial en 3 dimensiones, siguiendo tres pasos que se indican en las Figuras 3.3 y 3.4, se recalca que los archivos de AutoCAD deben tener el formato DWG.
En la figura 3.4 se observa que en el entorno de conversión de AutoCAD se debe seleccionar que elementos son los que se convertirán en paredes, es necesario dibujar sólo dos dimensiones en AutoCAD, ya que WallMan trabaja con un algoritmo que modela volúmenes a partir del dibujo en dos dimensiones.
Figura 3.4 Conversión de plano vectorial de AutoCAD a WallMan
3.2.2.1.1 Materiales
En AutoCAD se pudo definir las distancias y dimensiones de los elementos como paredes, puertas y ventanas; en la herramienta WallMan se asigna un material para cada sección, la base de datos de materiales que viene por defecto en la herramienta incluye parámetros necesarios para el modelamiento del escenario.
La Figura 3.5 detalla las características eléctricas del material Concreto que es el más utilizado durante el diseño, la Figura 3.6 detalla las características eléctricas del material Vidrio y la Figura 3.7 detalla las características eléctricas del material Madera, que son los tres materiales que se utilizan en la simulación para paredes, ventanas y puertas respectivamente.
Figura 3.6 Parámetros eléctricos del material Vidrio
Se pueden modificar los parámetros, sin embargo se dejan los valores que vienen por defecto en el programa; existe un material adicional llamado Pizarrón y está formado por una capa delgada de madera, forrado por plástico y silicio, que presenta una alta conductividad eléctrica y alta pérdida por transmisión, lo que hace suponer una atenuación mayor a los otros materiales.
3.2.2.2 ProMan
La Herramienta ProMan permite simular la propagación de ondas electromagnéticas mediante modelos empíricos y matemáticos que dejan observar el comportamiento de las ondas en un ambiente determinado, también permite que se carguen directamente bases de datos vectoriales desde WallMan y antenas directamente desde CST por lo que es la herramienta ideal para trabajar con los dos programas mencionados anteriormente.
3.2.2.2.1 Modelo Multi-Pared COST 231
Este modelo viene configurado por defecto para proyectos en el programa ProMan, se puede referir a la sección 1.5.2 para detalles matemáticos del mismo; se muestra el principio básico del modelo en la Figura 3.8.
Este modelo es menos acertado y preciso que otros modelos pero sirve como referencia en escenarios pequeños.
3.2.2.2.2 Modelo de Trazado de Haces
Éste modelo considera multi-trayectoria para el cálculo de propagación de la onda, donde los aspectos dominantes son difracción, reflexión y penetración.
Se puede ajustar dentro del programa cuantas interacciones se consideran entre la señal y los obstáculos, para facilitar el proceso de simulación se deja por defecto el valor de dos reflexiones y una difracción.
Figura 3.8 Modelo para Multi-Pared COST 231 [8]
Dentro de éste modelo existen dos sub-modelos que se puede considerar, aquellos con datos previamente procesados, que harán la simulación más rápida y sin datos
previamente procesados. Se escoge la segunda opción porque al trabajar con ambientes indoor no es necesario tener una base de datos con los detalles del plano y antenas, estos elementos se añadirán individualmente al entorno de trabajo.
3.2.2.2.3 Modelo de Trazado de Haces SRT
En éste modelo se utilizan longitudes, número de interacciones y ángulos de incidencia para procesar la pérdida por trayectoria usando ecuaciones semi determinísticas.
Hace uso de un camino dominante para la trayectoria a partir de la ecuación (3.1) [8] y recurre a reflexiones y difracciones para la elaboración de un modelo más acertado.
= 20 log $% + 10 Ò log(Ó) + ∑ R(Ô, Å)WV, + ∑SÕ,ÑÕ− Ö (3.1) Donde:
p = coeficiente de pérdidas l = longitud de la trayectoria
R(Ô, Å) = pérdidas individuales por cada interacción ÑÕ = pérdidas por penetración por cada interacción
Ö = ganancia debido a corrientes inducidas