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Antena Panel: Características Principales

Características principales

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, FR4, constituida por dos paneles conductores de cobre y el substrato con una constante dieléctrica $\epsilon_{r} =4.5$ .

Forma básica

Los elementos básicos de una antena panel rectangular de microcinta, se muestran en la Fig. 7.2.1. La cinta conductora de la parte superior (panel de radiación) de dimensiones LxW, se encuentra sobre el substrato dieléctrico con constante de dieléctrico $\epsilon_{r}$ y esperor h, y en la parte inferior del substrato la cinta conductora (plano tierra).

Fig. 7.2.1. Geometría básica de una antena panel rectangular. [11].

Para realizar la conexión del punto de alimentación al cable coaxial, se debe utilizar un conector tal como se muestra en la Fig. 7.2.2, el conductor interior del conector coaxial se extiende a través del dieléctrico y es soldado al panel de radiación de la antena anteriormente seleccionado, mientras que el conector exterior de cable coaxial está conectado con el plano tierra.

antena-panel-3 Fig. 7.2.2. Alimentación de antena panel de microcinta [11].

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<W/L<2 [11].

Referencias:

[11] David M. Pozar, “Microwave Engineering”, Second Edition. John Wiley & Sons, Inc. 1998.

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microcinta, teoría | luisjavier | June 11, 2009 09:51 | Comments (0)

Antena Panel: 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), que 15 años antes fueron patentadas por Gutton y Baissnot, pero propuestas en 1953 por Deschamps. 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 $\varepsilon_{r} \leq 10$ 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.

Fig. 7.1. Microcinta dispuesta como una antena panel [11].

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. [11].

Existen muchas ventajas de las antenas panel con respecto a las antenas de microondas convencionales:

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.

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. [11].

Referencias:

[11] David M. Pozar, “Microwave Engineering”, Second Edition. John Wiley & Sons, Inc. 1998.

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microcinta, teoría | luisjavier | June 10, 2009 08:38 | Comments (0)

Antena Grilla

La antena grilla es una variación de la antena parabólica, su diferencia fundamental radica en que aunque su contorno es parabólico, el reflector no es un plato, sino un arreglo de varillas horizontales y perpendiculares. En el siguiente diseño, se consideran los mismos parámetros de geometría considerados en la parábola.

Diseño

Datos

$F = 5.8 GHz$

$n = 10$

relación $\dfrac{D}{f} = 2.7$

$\lambda = 0.0517 m$

$D =2.5 f = 0.35m$

$2.7 \ast \lambda = 0.13959$

$\rho = 0.2$

La profundidad del reflector desde el vértice de la parábola hasta el punto de intersección entre las rectas comprendidas por el eje focal y la línea que une los extremos de la parábola es:

$z_{0} = \dfrac{D^{2}}{16 f} = \dfrac{0.348^{2}}{16 \ast 0.13959} = 0.058$

$z_{1} = f – z_{0} = 0.13959 – 0.058 = 0.071$

La separación entre varillas es:

$y \ast \lambda = 0.01$

$y \ast 0.0517 = 0.01$

$y = 0.19$

Para la construcción de este modelo, se construyo la geometría en el software SolidWorks, empezando con dos parábolas transversales como lo indica la figura 4.1.1 y 4.1.2, luego haciendo operaciones de simetría y matriz se obtienen las figuras 4.1.3 y 4.1.4.

Fig. 4.1.1. Sección horizontal.