Diseño y Simulación Antena Patch

UTPL.

Diseño y simulación de un antena panel de 5.8GHz

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DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UNA ANTENA PANEL DE 5,8GHz Luis Alfredo Quichimbo e-mail: [email protected]

Crhistian Paúl Tinoco e-mail: [email protected]

ABSTRAC: In this article is shown a simple procedure to carry out an antenna panel that works to a frequency of 5.8GHz. They have been extracted and shown based on the microstrip simple expressions for the dimensions of the metallic panel, substratum, flat earth and feeding point for coaxial cable. The results of the simulations show us the radiation diagram, gain and directivity, among other

Panel de radiación

Substrato

RESUMEN: En el presente artículo se muestra un  procedimiento sencillo para realizar una antena panel  que funcione a una frecuencia de 5.8GHz. Se han  extraído y mostrado en base a las microcintas  expresiones sencillas para las dimensiones del panel  metálico, substrato, plano tierra y punto de alimentación  para cable coaxial. Los resultados de las simulaciones  nos muestras el diagrama de radiación, ganancia y  directividad, entre otros.

Plano tierra Fig. 1 Microcinta dispuesta como una antena panel Los paneles rectangulares son probablemente los más utilizados debido a su geometría rectangular, éstos tienen un ancho de banda más grande comparados con las demás geometrías. Las circulares y elípticas son más complejas de analizar debido a su geometría. Las triangulares por tener una forma asimétrica producen una polarización cruzada. Mientras que las anillo no son tan fáciles de excitar a modos de orden bajo y obtener una buena impedancia de acople para resonancia.

PALABRAS CLAVE: antena panel, ganancia, punto de alimentación, substrato.

1 INTRODUCCIÓN En los años 70, gracias a la disponibilidad de buenos substratos con baja tangente de pérdidas y propiedades térmicas atractivas, mejores técnicas fotolitográficas y más modelos teóricos, se consigue fabricar las primeras antenas panel (en inglés patch anntenas) [1], que 15 años antes fueron patentadas por Gutton y Baissnot, pero propuestas en 1953 por Deschamps[2].

Existen muchas ventajas de las antenas panel con respecto a las antenas de microondas convencionales [2]: • Peso ligero. Bajo costo de fabricación. • • Con una simple alimentación son posibles las polarizaciones lineal y circular. Es posible realizar antenas con doble • polarización y doble frecuencia. • No requiere cavidad de respaldo. Puede ser fácilmente integrada con circuitos • integrados para microondas. El punto de alimentación y las redes de • acoplamiento pueden ser fabricadas simultáneamente con la estructura de la antena.

Las antenas panel se basan en las microcintas, tal como se muestra en la Fig. 1, está compuesta por un panel de radiación, un substrato de dieléctrico con εr ≤10 y un plano tierra. El panel de radiación puede ser de cobre u oro y tener geometría circular, rectangular, cuadrada, elíptica, triangular, anillo, entre otros; dependerá de la simplicidad del análisis.

Pero así como tienen muchos puntos a favor, también los tienen en contra, estas antenas tienen una relativamente baja ganancia, ancho de banda estrecho, y la sensibilidad a errores en la fabricación.

2 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 2.1 Características generales

1

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Diseño y simulación de un antena panel de 5.8GHz

. En nuestro diseño de la antena panel para una frecuencia de 5.8GHz, el panel tendrá forma rectangular y con el fin de utilizar materiales que están disponibles en nuestro medio, se utilizará baquelita de doble lado, 1 FR4 , constituida por dos paneles conductores de cobre y el substrato con una constante dieléctrica εr=4.5.

2.2 Forma básica Los elementos básicos de una antena panel rectangular de microcinta, se muestran en la Fig. 2. La cinta conductora de la parte superior (panel de radiación) de dimensiones LxW, se encuentra sobre el substrato dieléctrico con constante de dieléctrico εr y esperor h, y en la parte inferior del substrato la cinta conductora (plano tierra). Panel de radiación Punto de alimentación

X0,y0

W

L

h

Εr

Substrato Wg

Lg

Fig. 3 Alimentación de antena panel de microcinta Cuando la antena es excitada por la alimentación, la distribución de cargas se efectúa entre el panel de radiación y el plano tierra, en un instante de tiempo bajo el panel de radiación se concentra la carga positiva y sobre el plano tierra la carga negativa. La atracción de fuerzas entre éstas se establece, tendiendo a llevar una gran cantidad de carga entre ambas superficies. Sin embargo, la fuerza de repulsión de las cargas positivas, presiona a las cargas hacia los bordes, dando como resultado una densidad de carga en los bordes. Estas cargas son la fuente de campos del borde y la radiación asociada. El ancho del panel de radiación (W) tiene poco efecto en la frecuencia de resonancia y el diagrama de radiación de la antena. Un gran ancho del panel incrementa la potencia de radiación, por tanto decrece la resistencia de resonancia, incrementa el ancho de banda e incrementa la eficiencia de radiación. El ancho del panel debería ser seleccionado para obtener una buena eficiencia de radiación si lo requerimientos de estado real o los lóbulos no son factores primordiales. Esto sugiere que 1