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Microcinta Parche Rectangular: Ejemplo de Diseño

Tabla de contenido de Microcinta: Parche Rectangular

Microcinta Parche Rectangular: Análisis [Parte I]
Microcinta Parche Rectangular: Análisis [Parte II]
Microcinta Parche Rectangular: Diseño
Microcinta Parche Rectangular: Ejemplo de Diseño
Microcinta Parche Rectangular: Simulación

1.- Especificaciones de Diseño:

Figura 1. Vista superior de Antena Parche Microcinta

Como ya se mencionó anteriormente, son tres los parámetros primarios para el diseño de una antena microcinta con parche rectangular y estos son [1]:

Frecuencia de operación ( $f_{0}$ ): La frecuencia de operación de la antena debe ser seleccionada apropiadamente. Para el presente ejemplo la frecuencia de resonancia elegida es 2.4GHz

Constante dieléctrica ( $\varepsilon_{0}$ ): Para el ejemplo $\varepsilon_{0}$ =4.7.

La altura del sustrato dieléctrico (h): Para las aplicaciones como Internet inalámbrico, es necesario que la antena no ocupe mucho espacio. Por lo tanto, la altura del sustrato dieléctrico seleccionado es 0.15cm.

Entonces, los parámetros para el ejemplo a desarrollar son:

$f_{0}$ = 2.4Ghz

$\varepsilon_{0}$ = 4,7.

h = 0.15cm

2.-Desarrollo:

Usando las ecuaciones dadas en el post anterior, vamos a obtener cada uno de los parámetros:

Así pues, el ancho W del parche es:

$W= \dfrac{v_{0}}{2 f_{r}}\sqrt{\frac{2}{\varepsilon_{0}+1}}= \dfrac{30}{2(2.4)}\sqrt{\frac{2}{4.7+1}}= 3.702 cm$

La constante dieléctrica efectiva del parche viene determinada por:

$\varepsilon_{0}= \dfrac{4.7+1}{2}+\dfrac{4.7-1}{2}\left[ 1+12\dfrac{0.15}{3.7}\right] ^{-0.5} = 4.3$

El incremento en la longitud del parche $\Delta L$ se encuentra utilizando la ecuación siguiente:

$\Delta L = 0.412\ast 0.15 \ast \dfrac{\left( 4.37+0.3\right) \left( \frac{3.7}{0.15}+0.264\right)}{\left( 4.37-0.258\right) \left( \frac{3.7}{0.15}+0.8\right) } = 0.074 cm$

Hallamos la longitud efectiva, a través de:

$L_{eff} = \dfrac{30}{2\ast 2.4 \sqrt{4.37}} = 2.99 cm$

Por lo tanto la longitud actual del parche es:

L = 2.99 – 2*0.074 = 2.842cm

A continuación para concluir el cálculo de las dimensiones necesarias para completar el diseño de la antena microcinta de parche rectangular, es necesario calcular las dimensiones del plano tierra ( $L_{g}$ y $W_{g}$ ). Esto debido a que en la práctica es esencial tener un plano finito. Esto se lo demuestra por [2], que presenta resultados similares que el plano infinito o finito que se lo obtiene si las dimensiones del plano tierra es seis veces más grande que las dimensiones del parche. Para el diseño, las dimensiones del plano tierra están dadas por:

$L_{g} \approx$ 6h + L $\approx$ 6 (1.5) + 28.42 $\approx$ 37.42mm

$L_{g} \approx$ 6h + W $\approx$ 6 (1.5) + 37.02 $\approx$ 46.02mm

Referencias:

[1] Cristian Landacay, Luis Moreno. “Análisis, Simulación y Diseño de Antena Patch Microchip para la Frecuencia de 2,4 GHz”. Universidad Técnica Particular de Loja.

[2] Kumar, G. and Ray, K.P., Broadband Microstrip Antennas, Artech House, Inc, 2003.

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