ANTENAS MICROSTRIP_PARCHE

ANTENAS MICROSTRIP TIPO PARCHE FUNDAMENTOS Y DISEÑO En el presente es el proyecto del Primer Bimestre de Sistemas de Comunicación Radiantes. Consta de fundamentos y diseño para una antena tipo parche microstrip Patricio Montenegro C. Marco Betancourt P. 05 de octubre de 2012

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SISTEMAS RADIANTES. ANTENA MICROSTRIP TIPO PARCHE

Contenido INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 2 ANTENAS MICROSTRIP TIPO PARCHE ................................................................................................. 2 APLICACIONES ................................................................................................................................. 2 DISEÑO ............................................................................................................................................ 3 MÉTODOS DE DISEÑO ................................................................................................................. 3 MODOS DE ANÁLISIS ....................................................................................................................... 4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ............................................................................................... 4 FORMA DE LOS PARCHES ................................................................................................................ 6 TÉCNICAS DE ALIMENTACIÓN ......................................................................................................... 7 DISEÑO DE UNA ANTENA MICROSTRIP TIPO PARCHE ........................................................................ 8 SIMULACIÓN.................................................................................................................................. 10 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 11

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ANTENAS MICROSTRIP INTRODUCCIÓN Las antenas Microstrip son un tipo de antenas planas. Son una extensión de la línea de trasmisión Microstrip Las antenas planas son monomodo. Son unas antenas resonantes impresas, para conexiones wireless en microonda de banda estrecha que requiere una cobertura semiesférica. Debido a su configuración planar y fácil integración, este tipo de antenas se suelen usar como elmentos de un array. La forma y dimensiones se calculan para que el parche disipe la potencia en forma de radiación Su estructura se basa en: - Parche metálico de dimensiones comparables a la longitud de onda - Sustrato dieléctrico sin pérdidas - Plano de masa Inconvenientes Baja eficiencia - Baja potencia - Alto Q - Pobre pureza de polarización - Banda estrecha - Radiación espuria de las líneas Ventajas Bajo perfil - Conformable a estructuras - Fabricación sencilla y barata - Robustas - Combinable con circuitos integrados de microondas - Versátiles en la elección de la frecuencia de resonancia o polarización

ANTENAS MICROSTRIP TIPO PARCHE Existen varios tipos de antenas microstrip, la más común es la antena parche.Esta antena es de banda estrecha y esta fabricada cubriendo los elementos de la antena en un metal con sustrato dieléctrico formando una superficie plana. Las formas más comunes de los parches son cuadrados, rectangulares, circulares y elípticas pero es posible cualquier forma.

APLICACIONES Estas antenas suelen estar montadas en aviones ,naves espaciales o incorporadas a radios de comunicaciones móviles. Las antenas microstrip son baratas de construir gracias a su simple estructura. Estas antenas también son utilizadas en UHF ya que el tamaño de la antenas es directamente proporcional al ancho de banda de la frecuncia de resonancia. Una sola antena microstrip puede tener una ganancia de 6-9dBi. Un array de estas antenas consigue mayores ganancias que una sola antena microstrip. La antena microstrip más utilizada es la de parche rectangular .Esta antena es aproximadamente la mitad de la sección de la longitud de onda de la línea de transmisión de una microstrip rectangular. Una ventaja de estas antenas es la diversidad de polarización, pueden ser fácilmente diseñadas para estar polarizadas en vertical, horizontal, circular derecha o circular izquierda.

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DISEÑO Este tipo de antenas se diseñan a partir de líneas de transmisión o resonadores sobre sustrato dieléctrico. Su estructura consiste en un parche metálico sobre un sustrato dieléctrico sin pérdidas. El grosor varia entre 0.003 y 0.05 y su constante dieléctrica puede tomar valores entre 2 y 12. En la parte inferior hay un plano conductor perfecto.

Las antenas parche son un tipo popular de antena cuyo nombre viene del hecho de que consisten básicamente en un parche de metal tapado por un soporte plano que normalmente es de plástico y lo protege de daños. Los primeros diseños datan de la década de los 50, y se empiezan a utilizar en sistemas a partir de los años 70. La estructura consiste en un Parche metálico (dimensiones comparables a λ), sobre un substrato dieléctrico sin pérdidas. El grosor oscila entre 0.003λ y 0.05 λ. La constante dieléctrica (εr) puede tomar valores típicos de 2 a 12. En la parte inferior de la estructura se tiene un plano conductor perfecto.

MÉTODOS DE DISEÑO Existen diversos autores que muestran muchas formas de diseñar arreglos de antenas tipo microstrip, y otros se ocupan de antenas simples. Para nuestro caso se van a analizar los criterios

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de diseño de tres autores fundamentalmente, siendo ellos: Balanis, Bahl y Bhartia, y Benalla y Gupta. Método de Benalla y Gupta se puede observar que el método que ellos plantean aplica solamente en el diseño de antenas microstrip rectangulares de 2 puertos, en el cual trabajan con un arreglo de antenas microstrip. Por tal razón esta forma de diseño no aplica para lo que se busca en este trabajo el cual consiste en diseñar un módulo de antena tipo microstrip para transmitir en la banda UHF. Método de Bahl y Bhartia La forma en que Bahl y Bhartia plantean el diseño de una antena tipo microstrip se basa en una geometría rectangular (figura 3) y en el conocimiento de "r(constante diel´ectrica del sustrato), fr(frecuencia de resonancia en Hz) y el grosor del sustrato h. Método de Balanis El método de Balanis se basa en una recopilación de varios autores, y en el cual se muestra la manera de diseñar una antena microstrip rectangular. Este sistema como se verá más adelante se basa en el análisis por el método de cavidades resonantes.

MODOS DE ANÁLISIS Existen diversos métodos de análisis para una antena tipo microstrip, sea cual sea la forma del parche. Entre los más conocidos están Modelo de línea de transmisión Modelo de cavidades resonantes Método de diferencias finitas

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Las antenas microstrip se pueden analizar de muy diversas formas, desde los modelos más simples, basados en líneas de transmisión o cavidades hasta los más complejos, utilizando métodos numéricos o espectrales. La línea de transmisión microstrip consiste en un conductor separado por un dieléctrico sobre un plano de masa.

El modo fundamental es quasi-TEM, estando la mayor parte del campo confinado en el dieléctrico.

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El dieléctrico es eléctricamente delgado (0.003λ