Diseño de una Antena Rectangular Tipo Parche a 2.45GHz Usando Tecnología Microstrip Jeison Jair Ariza Pulido, Fernanda Paiba Castillo, Diego Fernando Zapata.
[email protected] Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá, Colombia.
Resumen—A lo largo de este artículo se estudiara y observara los resultados obtenidos al diseñar una antena rectangular tipo parche a una frecuencia de 2.45GHz haciendo uso de la tecnología microstrip, así mismo se tienen en cuenta parámetros como la ganancia y la relación axial los cuales fueron obtenidos al realizar el respectivo diseño y simulación, todo lo anterior recalcando las ventajas de la tecnología microstrip en el diseño de antenas tipo parche.
De esta manera el diseño de una antena rectangular de una sola capa involucra una serie de ecuaciones que son útiles a la hora de hallar los parámetros de diseño.
0.300 W ∆ H +0.262 =0.412 (1) H 0.258W ε eff − H + 0.813 ε eff +
Índice de términos—acoplador hibrido, antenas microstrip, ganancia, puerto de excitación, relación axial, stub.
I.
INTRODUCCIÓN
Las antenas microstrip son parches conductores que gracias a su tamaño y alto nivel de construcción presentan ventajas en muchas áreas pero que a su vez poseen también limitaciones en cuanto a estándares de potencia, directividad entre otros. Para diseñar una antena microstrip es necesario tener en cuenta aspectos como la forma que va a tomar la antena, el tipo de alimentación que se va a usar, ya que este aumenta la complejidad en la construcción de la antena. Durante el transcurso del diseño se exploran métodos de optimización para alcanzar los valores propuestos y si es posible mejorarlos como parte adicional del diseño.
II.
METODOLOGIA
Para un correcto diseño de la antena microstrip es necesario tener una base teórica que soporte los conceptos y parámetros que se quieren obtener con el diseño de la misma.
A. Obtención de parámetros Para el correcto diseño de una antena microstrip es necesario hacer uso de las ecuaciones propuestas en la literatura que facilitaran la obtención de los parámetros necesarios para fabricar la antena y hacer provecho de ella.
Donde H es el grosor del sustrato, W es el ancho del
ε eff
parche y
la constante dieléctrica efectiva de una
línea de transmisión con el mismo ancho que el parche.
ε eff =
(
−1 /2
)
(2)
ε r es la constante dieléctrica del sustrato.
Donde
W=
L=
ε r +1 ε r −1 10 H + 1+ 2 2 W
c 2 f √ εr c
2 f √ ε eff
(3)
−2 ∆ (4)
Las anteriores ecuaciones describen la manera de obtener las medidas de ancho y largo del parche.
RF-35 el cual tiene las siguientes características y que la frecuencia de trabajo será
f c =2.45GHz .
TABLA 2 PARAMETROS BASICOS SUSTRATO.
εr
3.5
h Tangente de perdidas Radio conector SMA
1.53 0.0018 0.6 cm
Fig. 1 Distribución de L y W
B. Diseño Para el diseño de la antena rectangular tipo parche se parte de la obtención de los parámetros necesarios para su implementación, parámetros como:
W , ε eff , ∆ . Para
esto se realizó un código en MATLAB que facilitara el cálculo de los parámetros para cualquier
εr , f y H .
Fig. 2 Parche Rectangular.
%Calculo de los parametros de diseño de una antena rectangular tipo parche er=3.5; c=300000000; f=2450000000; h=0.00153; w=(c)/(2*f*sqrt(er)) eff=((er+1)/2)+((er-1)/2)*((1+ ((10*h)/w))^(-1/2)) Delta= (0.412*((eff+0.300)/(eff0.258))*(((w/h)+0.262)/((w/h)+0.813)))*h l=(c/(2*f*sqrt(eff)))-(2*Delta) Con el anterior código se obtuvieron los siguientes datos. TABLA 1 PARAMETROS PARA DISEÑO.
W
ε eff
32.7 mm 3.2819
∆
7.2815e-04
L
32.3 mm
Ahora se procede a realizar el montaje del parche en el software de simulación. Se debe tener en cuenta que el sustrato que se va a trabajar es un Taconic
Fig. 3 Vista 3D del parche rectangular
C. Optimización del parche Para poder obtener los resultados esperados fue necesario realizar una serie de modificaciones al diseño original, algunas de las modificaciones fueron el recorte de dos de las esquinas del parche para poder así obtener la polarización circular, esto afecta la frecuencia de trabajo pero también influye en la relación axial, se modificó el lugar donde se ubica el puerto para poder obtener una mejor ganancia y mejor relación axial, además se incluyó un punto de corto en el centro del parche para asegurar los parametros mencionados anteriormente.
Fig. 4 Tipos de alteraciones usadas en parches microstrip para generar una polarización circular con un solo puerto de alimentación.
