antenared.com » microcinta http://antenared.com Teoría, simulación, implementación y más sobre antenas Fri, 28 Aug 2009 00:23:41 +0000 http://wordpress.org/?v=2.9.2 en hourly 1 Antena Panel: Diseño http://antenared.com/2009/08/antena-panel-diseno/ http://antenared.com/2009/08/antena-panel-diseno/#comments Wed, 12 Aug 2009 16:17:29 +0000 Francisco Sandoval http://antenared.com/?p=985 La antena panel tiene como especificaciones de diseño las siguientes: Datos Frecuencia de operación:

  • Datos:
    • Frecuencia de operación:   f_{r}=5.8 GHz
    • Substrato dieléctrico:

    \varepsilon_{r}=4.5

    tan\delta=0.019

    h=1.6mm

    • Método de alimentación: Cable Coaxial
    • Polarización: Lineal
  • Cálculo del ancho:

W=\frac{c}{2f_{0}\sqrt{\frac{\varepsilon_{r}+1}{2}}}

Donde:

c – velocidad de la luz en el espacio libre

f_{r} – frecuencia de operación

\varepsilon_{r} – constante dieléctrica

W=\frac{3*10^{8}}{2*5.8G*\sqrt{2.75}}=15.6mm

  • Cálculo del dieléctrico efectivo

\varepsilon_{reff}=\frac{\varepsilon_{r}+1}{2}+\frac{\varepsilon_{r}+1}{2}\left[1+12\frac{h}{W}\right]^{-\frac{1}{2}}

Donde:

\varepsilon_{reff} – constante dieléctrica

h – altura del substrato dieléctrico

W- Ancho del panel

\varepsilon_{reff}=\frac{5.5}{2}+\frac{3.5}{2}\left(0.6695\right)=3.92

  • Cálculo de la longitud efectiva

L_{eff}=\frac{c}{2f_{r}\sqrt{\varepsilon_{reff}}}

Donde;

c – velocidad de la luz en el espacio libre.

f_{r} – frecuencia de operación

\varepsilon_{reff} – constante dieléctrica efectiva

L_{eff}=\frac{3*10^{8}}{\left(2\right)\left(5.8G\right)\sqrt{3.92}}=13.06mm

  • Cálculo del incremento de la extensión del panel

\Delta L=0.412h\frac{\left(\varepsilon_{reff}+0.3\right)\left(\frac{W}{h}+0.264\right)}{\left(\varepsilon_{reff}-0.258\right)\left(\frac{W}{h}+0.8\right)}

\Delta L=0.412\left(1.6\right)\frac{\left(3.92+0.3\right)\left(\frac{15.6}{1.6}+0.264\right)}{\left(3.92-0.258\right)\left(\frac{15.6}{1.6}+0.8\right)}

\Delta L=\frac{4.22\left(10.014\right)}{3.662\left(10.55\right)}=0.72mm

  • Cálculo de la longitud del panel

L=L_{eff}-2\Delta L

L=13.06-2\left(0.72\right)=11.62mm

  • Cálculo del punto de alimentación de la antena panel

\lambda_{0}=\frac{c}{f_{r}}

\lambda_{0}=\frac{3*10^{8}}{5.8GHz}=0.0517m

k_{0}=\frac{2\pi f_{r}}{c}

k_{0}=\frac{2\pi}{\lambda_{0}}=121.48m^{-1}

Tomando la siguiente condición se puede calcular la ubicación del punto de alimentación [11]:

\begin{cases} y_{0}=\frac{W}{2}\\ x_{0}=\frac{L}{2\sqrt{\varepsilon_{reff}}}\end{cases}

y_{0}=\frac{15.6}{2}=7.8\, mm

x_{0}=\frac{11.6}{2\sqrt{3.93}}=2.9\, mm

  • Cálculo del plano tierra de la antena panel

L_{g}=6H+L

L_{g}=6(1.6)+11.6=21.2\, mm

W_{g}=6H+W

W_{g}=6(1.6)+15.6=25.2\, mm

Resultados de Diseño

antena panel

Referencias:

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

$L_{eff}=\frac{c}{2f_{r}\sqrt{\varepsilon_{reff}}}$

Post Relacionados

]]> http://antenared.com/2009/08/antena-panel-diseno/feed/ 0 Microcinta Parche Circular: Ejemplo de Diseño http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-ejemplo-de-diseno/ http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-ejemplo-de-diseno/#comments Sat, 07 Mar 2009 06:27:05 +0000 Francisco Sandoval http://antenared.com/?p=722

Tabla de contenido de Microcinta: Parche Circular

  1. Microcinta Parche Circular: Introducción
  2. Microcinta Parche Circular: Análisis
  3. Microcinta Parche Circular: Diseño
  4. Microcinta Parche Circular: Ejemplo de Diseño

Luego de la revisión de los conceptos básicos en los post anteriores pertenecientes a esta serie ,respecto a las antenas microcinta de parche circular, se culminará exponiendo un ejemplo de diseño en base a los pasos establecidos en el post teórico sobre diseño. El problema es el siguiente:

Diseñe una antena microcinta circular usando con dieléctrico constante de 2.2, h=0.1588 cm. y una frecuencia de resonancia de 10 Ghz.

SOLUCIÓN:

Usando la Ecuación 6:

F = \dfrac{8.791 \times 10^{9} }{10 \ast 10^{9} \sqrt{2.2}} = 0.593

A continuación, usando la Ecuación 5:

a = \dfrac{F}{\left\lbrace 1 + \dfrac{2 h}{\pi \epsilon_{r} F} \left[ \ln \left( \dfrac{\pi F}{2 h} \right)+ 1,7726 \right] \right\rbrace ^{\frac{1}{2}}} = 0.525 cm

Al igual que en el parche rectangular, es necesario calcular las dimensiones del plano de tierra, para concluir el diseño. Por lo tanto, de igual manera consideramos que el plano tierra es seis veces más grande que las dimensiones del parche. Para el ejemplo, las dimensión será entonces:

A_{g} \approx 6 h + a \approx 6 \left( 0.1588\right) + 0.525 \approx 1.14778 cm

Anterior de la serie

Post Relacionados

]]> http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-ejemplo-de-diseno/feed/ 1 Microcinta Parche Circular: Diseño http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-diseno/ http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-diseno/#comments Fri, 06 Mar 2009 05:57:00 +0000 Francisco Sandoval http://antenared.com/?p=689

Tabla de contenido de Microcinta: Parche Circular

  1. Microcinta Parche Circular: Introducción
  2. Microcinta Parche Circular: Análisis
  3. Microcinta Parche Circular: Diseño
  4. Microcinta Parche Circular: Ejemplo de Diseño

Basado en la formulación del modelo de cavidad, se puede establecer los pasos a seguir para diseñar una antena microcinta de parche circular para el modo dominante T_{110}^{z}. Para esto se debe asumir que la información de las especificaciones iniciales incluye la constante dieléctrica del substrato (\epsilon _{r}), la frecuencia de resonancia (f _{r}) y la altura del substrato h. El procedimiento es el siguiente:

Especifique:

\epsilon _{r}, f _{r} (en Hz), y h (en cm)

Determine: El radio actual a del parche.

Proceda a Diseñar: En primera instancia, para aproximarse a la solución de la ecuación 3 del post anterior, debemos encontrar a_{e} usando la ecuación 4 y substituyendo este valor dentro de la ecuación 3, hallando de esta manera a por medio de una función logarítmica. Es decir que a es igual:

a = \dfrac{F}{\left\lbrace 1 + \dfrac{2 h}{\pi \epsilon_{r} F} \left[ \ln \left( \dfrac{\pi F}{2 h} \right)+ 1,7726 \right] \right\rbrace ^{\frac{1}{2}}} \qquad ec (5)

Donde:

F = \dfrac{8.791 \times 10^{9} }{f_{r} \sqrt{\epsilon_{r}}} \qquad ec (6)

Anterior de la serie Siguiente de la serie

Post Relacionados

]]> http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-diseno/feed/ 1 Microcinta Parche Circular: Análisis http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-analisis/ http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-analisis/#comments Thu, 05 Mar 2009 09:00:15 +0000 Francisco Sandoval http://antenared.com/?p=665

Tabla de contenido de Microcinta: Parche Circular

  1. Microcinta Parche Circular: Introducción
  2. Microcinta Parche Circular: Análisis
  3. Microcinta Parche Circular: Diseño
  4. Microcinta Parche Circular: Ejemplo de Diseño

Frecuencia de Resonancia

La frecuencia de resonancia de la cavidad, considerando que las antenas típicas microcinta presentan un substrato de altura h bastante pequeña (típicamente h< 0.05 \lambda_{0}), para las cuales el campo a lo largo de z es esencialmente constante, está determinado por la fórmula siguiente, para el modo TM_{mn0}^{z}:

\left(f_{r} \right)_{mn0} = \dfrac{1}{2 \pi \sqrt{\mu \epsilon}}\left(\dfrac{\chi_{mn}}{a} \right) \qquad ec. (1)

Donde \chi_{mn} representa los ceros de la derivada de la función de Bessel J_{m}(x) y determina el orden de la frecuencia de resonancia. Los primeros cuatro valores de \chi_{mn} en orden ascendente, son:

\chi_{11} =1.8412

\chi_{21} = 3.0542

\chi_{01} = 3.8318

\chi_{31} = 4.2012

Basado en esto, los primeros cuatro modos, en orden ascendente, son TM_{110}^{z}, TM_{210}^{z}, TM_{010}^{z}, TM_{310}^{z}. El modo dominante es el TM_{110}^{z} y para este, la frecuencia de resonancia se determina por:

\left(f_{r} \right)_{110} = \dfrac{1.8412}{2 \pi a \sqrt{\mu \epsilon}}\left(\dfrac{1.8412 v_{0}}{2 \pi a \sqrt{\epsilon_{r}}} \right) \qquad ec. (2)

Donde v_{0} representa la velocidad de la luz en el espacio libre.

Al igual que sucedió con el parche rectangular, en esta ocasión el parche también se ve eléctricamente más largo y esto se calcula al introducir un factor de corrección conocido como radio efectivo  a_{e} el cual remplaza el actual radio, y está dado por:

a_{e} = a \left\lbrace 1 + \dfrac{2h}{\pi a \epsilon_{r}} \left[ \ln \left( \dfrac{\pi a}{2h} \right) + 1.7726 \right] \right\rbrace ^{\frac{1}{2}} \qquad ec. (3)

Por lo tanto, la frecuencia de resonancia especificada en la ecuación 2 para el modo dominante TM_{110}^{z} debería ser modificada usando la expresión de la ecuación 3 obteniendo:

\left(f_{r} \right)_{110} = \dfrac{1.8412 v_{0}}{2 \pi a_{e} \sqrt{\epsilon_{r}}} \qquad ec. (4)

Anterior de la serie Siguiente de la serie

Post Relacionados

]]> http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-analisis/feed/ 1 Microcinta Parche Circular: Introducción http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-introduccion/ http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-introduccion/#comments Wed, 04 Mar 2009 09:00:26 +0000 Francisco Sandoval http://antenared.com/?p=659

Tabla de contenido de Microcinta: Parche Circular

  1. Microcinta Parche Circular: Introducción
  2. Microcinta Parche Circular: Análisis
  3. Microcinta Parche Circular: Diseño
  4. Microcinta Parche Circular: Ejemplo de Diseño

Luego del parche rectangular, la siguiente configuración más popular es el parche circular o de disco, como se muestra en la Figura 1. Este también recibe atención no sólo con respecto a un único elemento, sino también para un arreglo de los mismos. Los modos soportados por la antena de parche circular pueden ser encontrados, tratando el parche, el plano de tierra, y el material entre los dos como una cavidad circular. Como en el parche rectangular, los modos que son soportados principalmente por una antena microcinta circular cuya altura del substrato es pequeña (h << \lambda) son TMz donde z es tomado perpendicularmente al parche. También recordará (de post anteriores), que existían dos grados de libertad para controlar la antena microcinta rectangular, estos eran: la longitud y el ancho. Por consiguiente el orden de los modos puede cambiar con el cambio de las dimensiones relativas del ancho y la longitud del parche (ancho a radio de longitud), para el parche circular existe un único grado de control (radio del parche). Esto no cambia el orden de los modos; sin embargo, esto produce cambios en el valor absoluto de la frecuencia.

circular.jpg

Figura 1. Geometría de Antena Microcinta con parche circular

La antena de parche circular puede únicamente analizarse convenientemente usando el modelo de cavidades. Esto puede lograrse usando un procedimiento similar que el utilizado en el análisis de parches rectangulares por este método, pero para este problema en concreto, deben utilizarse condenadas cilíndricas. La composición de la cavidad está establecida por dos perfectos conductores eléctricos encima y debajo, que representan el parche y el plano a tierra, y por un conductor magnético perfecto cilíndrico alrededor de la periferia circular de la cavidad. El material dieléctrico del substrato es asumido al truncar más allá la extensión del parche.

Siguiente de la serie

Post Relacionados

]]> http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-circular-introduccion/feed/ 0 Microcinta Parche Rectangular: Simulación http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-rectangular-simulacion/ http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-rectangular-simulacion/#comments Tue, 03 Mar 2009 20:58:13 +0000 Francisco Sandoval http://antenared.com/?p=631

Tabla de contenido de Microcinta: Parche Rectangular

  1. Microcinta Parche Rectangular: Análisis [Parte I]
  2. Microcinta Parche Rectangular: Análisis [Parte II]
  3. Microcinta Parche Rectangular: Diseño
  4. Microcinta Parche Rectangular: Ejemplo de Diseño
  5. Microcinta Parche Rectangular: Simulación

Con los datos obtenidos en el post anterior, se procede a evaluar el diseño realizando una simulación de la antena obtenida, en la herramienta Microware Office. La versión del software es la 5. Si usted cuenta con otra versión puede variar algunas de las instrucciones que a continuación se exponen.

En primera instancia, para ingresar los datos de las dimensiones y las características del dieléctrico, cree una nueva estructura EM, ya sea utilizando la barra de herramientas o a través de Project/add EM structure/new EM structure. Ingrese el nombre que desea a la estructura.

A continuación para ingresar las dimensiones, doble clic en Enclosure, opción que puede encontrar en la barra de herramientas o en el navegador de proyectos luego de expandir EM structures y su nueva estructura. O si prefiere por Structure/Enclosure.

Ya en la ventana Substrate Information (Figura 1) ingrese los datos de las diferentes ventanas según las figuras 1, 2, y 3.

Cabe recordar que por lo general la primera capa se la establece como aire por ende la constante dieléctrica es \varepsilon_{0} =1.

enclosure.jpg

Figura 1. Ingreso de datos, pestaña Enclosure

dielectric layers.jpg

Figura 2. Ingreso de datos, pestaña Dielectric Layers

boundaries.jpg

Figura 3. Ingreso de datos, pestaña Boundaries

Siguiendo con la introducción de los datos, se traza en la capa del dieléctrico el Patch conductor y la alimentación. Para lo cual escoja el conductor rectangular (rect conductor) de la barra de herramientas o a través de Draw/Add rect conductor y dibuje un rectángulo de dimensiones LxW. A continuación introduzca el punto de alimentación por medio de Draw/Add Via Port. Luego de esto usted debe apreciar algo similar a la figura 2.

parche conductor.jpg

Figura 4. Introducción del parche conductor y el punto de alimentación.


Una vista 3D de la antena se presenta a continuación:

vista 3d parche.jpg

A partir de aquí se introduce los datos necesarios para la presentación de los resultados. Primero, usted puede establecer a su conveniencia el rango de frecuencia en el cual va a realizar el análisis. Para lo cual ingrese a través de Structure/Frecuency a la ventana option. Para modificar los rangos por defecto deseleccione la opción Use Project frecuency y establezca los rangos en el cuadro Modify Range. Para este ejemplo los rangos son los mostrados en la figura 6.

frecuency values.jpg

Figura 6. Rangos de frecuencia.

Como siguiente paso, defina las gráficas que desea apreciar como resultado de su simulación. Las opciones no son pocas. Para este ejemplo se realizarán tres gráficas.

a.- Gráfica pérdidas de retorno vs frecuencia.

En la barra de herramientas, haga clic en Add Graph o través de Project/Add Graph. Modifique el nombre si o cree conveniente, y escoja el tipo de gráfica rectangular. En la barra de herramientas, Add Measurement y seleccione las opciones respectivas según se indica en la gráfica siguiente. No olvide la Data Source adecuada y seleccionar la opción dB en el Result Type.

add meansurement.jpg

Figura 7. Add Measurement

b.- Gráfica de polarización

Agregue una nueva gráfica de acuerdo al paso anterior. Esta vez escoja el tipo antena plot. Incluya las dos medidas que se muestra en las gráficas siguientes. Ingréselas a través de apply.

add meansurement polarizacion.jpg Figura 8

add meansurement polarizacion 2.jpg

Figura 9

c.- Gráfica de Potencia

Agregue una nueva gráfica de tipo antena plot. E ingrese los siguientes datos de medida.

add meansurement potencia.jpg
Figura 10

Para obtener los resultados finales, haga clic en analizar.

Los resultados obtenidos se presentan a continuación:

perdidas por retorno vs frecuencia.jpg

Figura 11. Pérdidas por Retorno vs Frecuencia

La gráfica de RL vs. Frecuencia nos indica que para la frecuencia seleccionada, existe el menor valor de perdidas por retorno.

Este valor ayuda a calcular el ancho de banda de operación de la antena, así como el punto de alimentación.

polarización.jpg

Figura 12. Polarización

Donde:

  • Línea azul representa, Polarización circular a derechas (RHCP): Esta polarización es una combinación lineal de E_{\theta} y E_{\phi} , de la siguiente manera:

</em>\dfrac{\left( E_{\theta} + j E_{\phi}\right)}{\sqrt{2}}

Vmáx = -0.1 dB, Ang = 0 grados

  • Línea marrón representa, Polarización circular a izquierdas (LHCP): Esta polarización es una combinación lineal de E_{\theta} y E_{\phi} ,de la siguiente manera:

</em>\dfrac{\left( E_{\theta} – j E_{\phi}\right)}{\sqrt{2}}

Vmáx = 4.6 dB ,Ang = 0 grados

potencia.jpg Figura 13. Potencia

Potencia Total (TPwr): Es una medida muy útil, representa el total de potencia disponible, sin importar la polarización, y es obtenida mediante la suma de las potencias de E_{\theta} y E_{\phi}. Esta medida es real y no tiene una fase asociada con este

Vmáx = 5.59dB, Ang = 0 grados

Nota: Las gráficas también pueden ser agregadas luego de realizar el análisis.

Por último, también se presentarán los diagramas de radiación con barrido tanto en phi como en theta, como se muestra en la siguiente gráfica.

diagramas de radiación.jpgFigura 14. Diagramas de radiación

Esto es todo por ahora, aunque es un post algo extenso espero sea de utilidad.

Anterior de la serie

Post Relacionados

]]> http://antenared.com/2009/03/microcinta-parche-rectangular-simulacion/feed/ 0