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ANTENAS PARCHEPOR JOHNATAN GIRALDO CHAVARRIACURSO: LABORATORIO DE EVOLUCIÓN TECNOLOGICA
INTRODUCCION
• Las antenas parche datan de los años 50 aunque no recibieron gran atención hasta los años 70.
• La investigación en el campo de las antenas parche vino motivada por la necesidad de antenas cada vez más ligeras y compactas para las nuevas aplicaciones operando en frecuencias de microondas que se iban desarrollando.
• Sus dimensiones se eligen de forma que el “parche” disipe la potencia en forma de radiación.
• Se diseñan a partir de líneas de transmisión o resonadores sobre substrato dieléctrico.
Estructura:
La estructura consiste en un Parche metálico (dimensiones comparables a λ), sobre un substrato dieléctrico sin pérdidas. El grosor oscila entre 0.003λ y 0.05 λ. La constante dieléctrica (εr) puede tomar valores típicos de 3 a 10. En la parte inferior de la estructura se tiene un plano conductor perfecto.
En cuanto al material dieléctrico, se opta por utilizar una baquelita comercial de constante dieléctrica (ε= 4.35), y en cuanto al material del conductor se opta por el cobre para aprovechar el uso de placas para diseño de circuito impreso (baquelita y cobre) y no tener que usar otros materiales difíciles de conseguir.
Se pueden encontrar radiadores de las formas más diversas, aunque las geometrías más habituales son las circulares y rectangulares.
Otras formas menos habituales son las elípticas, triangulares o en forma de anillo.
FORMA DE LOS PARCHES
Técnicas por contacto • Alimentación por línea microstrip (BW: 2-5 %,
facilidad de fabricación) • Alimentación por cable coaxial (BW: 2-5 %, )
TÉCNICAS DE ALIMENTACIÓN
Técnicas sin contacto • Alimentación por acoplamiento de
apertura (BW: 2-5 %) bajo CPL (Cross Polarization Level)
• Alimentación por acoplamiento de proximidad (BW: sobre 13%),
• Ambas son difíciles de construir ya que son multicapa
VENTAJAS: • Son livianas y ocupan poco
volumen. • Fáciles de adaptar a distintas
superficies. • Bajos costos de fabricación y
facilidad para fabricarlas en serie.
• Soporta tanto polarización lineal como polarización circular.
• Fácilmente integrables a sistemas integrados de microondas (MICs)
• Pueden diseñarse para trabajar a distintas frecuencias.
• Mecánicamente robustas al ser montadas en superficies rígidas.
DESVENTAJAS: • Son de pequeño ancho de
banda • Baja potencia • Baja ganancia • Limitada potencia • Baja pureza de polarización • La radiación de los bordes
puede afectar los parámetros de la antena.
APLICACIONES
Las aplicaciones más importantes son para antenas de los sistemas de teledetección (sistemas de radar a bordo de satélites), sistemas de posicionamiento global, antenas de móviles, aplicadores de calor en tratamientos de hipertermia, altímetros de aviones, aplicaciones militares y en general todos los sistemas a frecuencias de microondas.
Entre otras tenemos: • Comunicaciones móviles (estaciones base, teléfono movil, automóvil). • Antenas en aviones (navegación, altímetros, telefonía). • Satélites de comunicaciones. • Sistemas GPS• Radares (Phased arrays) con conformado electrónico de haz. • Biomédicas (aplicadores de calor en medicina (hipotermia)). • Telemetría (guiado de misiles, sensores). • Observación de la tierra.
RADIACIÓN
Diagrama de radiación normalizado (dB) a la frecuencia central:
Patrón de radicación tridimensional:
DISEÑO DE UNA ANTENA PARCHE RECTANGULAR
Geometría básica de una antena parche rectangular
conexión del punto de alimentación mediante un cable coaxial
DISEÑO DE UNA ANTENA PARCHE RECTANGULAR
El dielectrico es electricamente delgado (0.003 λ <h < 0.05 λ ), para evitar fugas y ondas superficiales. La permitividad es a (3< εr <10 ), para que las lineas de campo esten confinadas en torno a l parche.
PASOS PARA EL DISEÑO La antena parche tiene como especificaciones de diseño las siguientes: Frecuencia de operación: fr =5.8GHz Substrato dieléctrico: h= 1.6mm εr= 4.5 (constante dielectrica) Método de alimentación: cable coaxial Polarización: lineal
CALCULO DEL ANCHO
Donde: c : velocidad de la luz en el espacio libre fr : frecuencia de operación εr : constante dieléctrica
CÁLCULO DEL DIELÉCTRICO EFECTIVO
Donde: εr : constante dieléctrica h : altura del substrato dieléctrico W: Ancho del panel
CÁLCULO DE LA LONGITUD EFECTIVA
Donde;c : velocidad de la luz en el espacio libre.fr : frecuencia de operación
εreff : constante dieléctrica efectiva
Cálculo del incremento de la extensión del parche
Cálculo de la longitud del parche
Cálculo del punto de alimentación de la antena parche
Tomando la siguiente condición se puede calcular la ubicación del punto de alimentación:
Cálculo del plano tierra de la antena parche
BIBLIOGRAFIA
http://es.slideshare.net/joshsepe/disenoysimulacionantenapatch http://cybertesis.urp.edu.pe/bitstream/urp/68/1/saenz_js.pdf