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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA

DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA UNIDAD IZTAPALAPA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA AREA DE CONCENTRACIÓN: COMUNICACIONES

“DISEÑO DE UN SISTEMA DE ANTENA IMPRESA PARA SISTEMAS DE COMUNICACIONES”

PROYECTO TERMINAL

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE LICENCIADO EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA

P R E S E N T A N

MARTÍNEZ ALMAZÁN ELIZABETH

HERNÁNDEZ MEDINA LEONARDO

ASESORES: OTHÓN GANDARILLA CARRILLO ________________________ YUDIEL PÉREZ ESPEJO ________________________

REALIZADO EN UAM-I DE SEPTIEMBRE DE 2006 A MAYO DE 2007.

Diseño de un Sistema de Antena Impresa para Sistemas de Comunicaciones

Proyecto Terminal de Ingeniería Electrónica 1

TABLA DE CONTENIDO T E M A PAG. 1. OBJETIVOS 3 2. INTRODUCCIÓN 3 3. ANTENAS: CONCEPTOS BÁSICOS

3.1 DEFINICIÓN 4

3.2 FUNCIONAMIENTO DE UNA ANTENA 4

3.3 PARAMETROS CARACTERÍSTICOS 3.3.1 Impedancia 4 3.3.1.1 Impedancia característica 4 3.3.1.2 Impedancia de entrada 4

3.3.2 Patrón de radiación 5 3.3.3 Ancho de banda 6 3.3.4 Ganancia 6 3.3.5 Ganancia directiva y Ganancia de potencia 6 3.3.6 Polarización 6 3.3.7 Campos cercanos y lejanos 7 3.3.8 Abertura de haz de la antena 7 3.3.9 Resistencia de radiación y Eficiencia de antena 8 3.3.10 Rendimiento en la antena 8 3.3.11 Reciprocidad 8

3.4 TIPOS DE ANTENAS 3.4.1. Antenas Básicas 8

3.4.1.1 Dipolo elemental 9 3.4.1.2 Dipolo de media onda 10 3.4.1.3 Antena isotrópica 10

3.4.2 Antenas de uso especial

3.4.2.1 Dipolo doblado 11 3.4.2.2 Antena de Marconi 12

3.4.2.3 Antena de Yagi-Uda 12 3.4.2.4 Antena de torniquete 12 3.4.2.5 Antena de Cuadro 12 3.4.2.6 Antena log-periódica 13 3.4.2.7 Antena Helicoidal 14 3.4.2.8 Antenas de UHF y de microondas 14 3.4.2.9 Antenas de arreglo de fase 15

3.4.3 Antenas de Apertura 3.4.3.1 Antenas parabólicas 15

3.4.3.1.1 Mecanismos alimentadores 16 3.4.3.1.2 Alimentación central 16 3.4.3.1.3 Alimentación cónica 16 3.4.3.1.4 Alimentación de Cassegrain 17 3.4.3.2 Antena de cuerno cónico 17



T E M A PAG. 4. ANTENAS PLANAS O IMPRESAS 4.1 DEFINICIÓN 18 4.2 FORMA DE LAS ANTENAS 18 4.3 LÍNEA DE TRANSMISIÓN 18 4.4 ALIMENTACIÓN DE ANTENAS PLANAS 19 4.5 DISEÑO 20 4.6 ASPECTOS GENERALES 20

4.7 VENTAJAS DE ANTENAS PLANAS 20 4.8 DESVENTAJAS DE ANTENAS PLANAS 21 4.9 APLICACIONES DE ANTENAS PLANAS 21 4.10 EJEMPLO DE ANTENA PLANA

4.10.1 Diseño de una Antena Plana 22 4.10.2 Modelos de Radiación 25

5. CONSTRUCCIÓN DE LA ANTENA PLANA DEL PROYECTO PRESENTADO

5.1 DISEÑO Y ESTRUCTURA 27

5.2 CÁLCULOS Y SIMULACIÓN 28

5.3 COSTOS 30

5.4 CONSTRUCCIÓN 30

5.5 DISEÑO DE UN ACOPLADOR 33

5.6 PRUEBAS REALIZADAS 40

5.7 RESULTADOS 41 6. CONCLUSIONES 46 7. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA 47



11.. OOBBJJEETTIIVVOOSS a) Presentar el diseño de una antena impresa incluyendo dispositivos adjuntos para

acoplamiento. b) Probar el diseño por medio de un simulador y la implementación de la antena. 22.. IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN La entrada al siglo XXI abre las puertas a la revolución de la comunicación inalámbrica. Existen varios sistemas de uso comercial para intercambio de mensajes, voz, datos y, en los más avanzados, imágenes como por ejemplo el GSM9001, GSM18002, y el más reciente UMTS3; sistemas de ayuda a la navegación como el GPS4; y algunos de más recientes como el Bluetooth5 que pretenden eliminar por completo los incómodos hilos entre dispositivos. Una antena microstrip es un parche conductor que presenta por su tamaño y complejidad de construcción múltiples ventajas, pero a su vez adolece de defectos como limitación de potencia entre otras. Su diseño se adecúa de forma que la estructura disipe la potencia en forma de radiación. Existen diversas formas de diseñar una antena plana impresa; considerando el tipo de alimentación que se va usar, se puede incrementar la eficiencia de la antena pero a su vez complica la construcción, por tal razón hay que encontrar un equilibrio. Cuando se tiene ya claro la forma en que se va a construir la antena se analizan los dispositivos adjuntos como son, línea de transmisión, cavidades, etc., tomando como criterio la complejidad y la reducción en los costos. El proyecto presentado se dividió en dos etapas, las cuales se desarrollaron de septiembre a diciembre de 2006 y de enero a mayo de 2007, que de manera general incluyeron lo siguiente: 1era. etapa:

• Investigación sobre conceptos básicos de antenas • Investigación sobre conceptos de antenas impresas • Lectura de varios artículos relacionados con antenas impresas • Visita al Servicios a la Navegación en el Espacio Aéreo Mexicano (SENEAM)

donde nos mostraron una antena plana que se utiliza en el sistema de radar del Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México.

• Recopilación y captura de la información obtenida. • Realización de cálculos del ejemplo mostrado en el proyecto.

2da. etapa

• Realización de cálculos en Matlab para la elaboración de nuestras antenas. • Diseño de las antenas realizadas en este proyecto (una antena cuadrada y una

circular). • Elaboración de las antenas. • Realización de cálculos para elaborar un acoplador que será utilizado en las

antenas. • Pruebas realizadas con las antenas fabricadas utilizando señales de radio

frecuencia (RF) de acuerdo a los cálculos realizados comprobando así su funcionamiento.

1 Global System for Mobile Communications = Sistema Global para Comunicaciones Móviles. GSM900 tiene un rango de

operación entre 890 MHz y 915 MHz para uplink y de entre 935 MHz y 960 MHz para downlink. 2 Global System for Mobile communications 1800 tiene un rango de operación entre 1710 MHz y 1785 MHz para uplink y

de entre 1805 MHz y 1880 MHz para downlink. 3 Universal Mobile Telecommunications System=Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles. 4 Global Positioning System = Sistema Global de Ubicación. 5 Especifación técnica para estandarizar la transmisión inalámbrica entre una variedad de dispositivios como PDA, telefonos

móviles, impresoras, comnputadoras portátiles, etc,



33.. AANNTTEENNAASS:: CCOONNCCEEPPTTOOSS BBÁÁSSIICCOOSS 3.1 DEFINICIÓN [1] Una antena es un sistema capaz de radiar y capturar ondas electromagnéticas. Se puede considerar a una antena como un acoplador de la línea de transmisión con el espacio libre y viceversa. Una aplicación de la línea de transmisión es acoplar la energía entre un transmisor o un receptor y una antena, que a su vez acopla la energía con la atmósfera terrestre y, de la atmósfera terrestre a una línea de transmisión. En el extremo transmisor de un sistema de radiocomunicaciones, una antena convierte la energía eléctrica que viaja por una línea de transmisión en ondas electromagnéticas que se emiten al espacio. En el extremo receptor, una antena convierte las ondas electromagnéticas en el espacio en energía eléctrica en una línea de transmisión. 3.2 FUNCIONAMIENTO DE UNA ANTENA [1] El funcionamiento de una antena lo podemos explicar de acuerdo con la siguiente ilustración de ondas estacionarias en una línea de transmisión:

(a) (b)

Fig 1. Radiación de una línea de transmisión: (a) radiación de línea de transmisión; (b) conductores divergentes

La línea de transmisión termina en un circuito abierto, que representa una discontinuidad abrupta para la onda incidente de voltaje o de corriente. La inversión de fase hace que se irradie algo del voltaje incidente, sin reflejarse hacia la fuente. La energía radiada se propaga alejándose de la antena, en forma de ondas electromagnéticas transversales. La eficiencia de radiación es la relación de la energía irradiada entre la energía reflejada. 3.3 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS Una antena va a formar parte de un sistema, por lo que tenemos que definir parámetros que la describan y nos permita evaluar el efecto que va a producir sobre nuestro sistema. Algunos parámetros son: 3.3.1 Impedancia [1] [4] Una antena se tendrá que conectar a un transmisor y deberá radiar el máximo de potencia posible con un mínimo de perdidas. Se deberá adaptar el transmisor a la antena para una máxima transferencia de potencia, que se suele hacer a través de una línea de transmisión. Esta línea también influirá en la adaptación, debiéndose considerar entre otros, su impedancia característica y atenuación. 3.3.1.1 Impedancia característica (Z0)

[1] Es un parámetro que depende de parámetros primarios; de la relación longitud-diámetro del material del conductor y de la frecuencia de trabajo. La Z0 de cada punto del conductor es también función de su distancia al punto de alimentación de la antena. 3.3.1.2 Impedancia de entrada [1] Es el parámetro circuital de la antena. Es solo la relación del voltaje de entrada a la antena a la corriente de entrada a la misma, es decir,

Ii

EiZent =



Donde Zent = impedancia de entrada a la antena (ohms) Ei = voltaje de entrada a la antena (volts) Ii = corriente de entrada a la antena (amperes) En general, la impedancia de entrada a la antena es compleja, sin embargo, si el punto de alimentación está en un máximo de corriente y no hay componente reactivo, la impedancia de entrada es igual a la suma de la resistencia de radiación más la resistencia efectiva. Como el transmisor producirá corrientes y campos, a la entrada de la antena se puede definir la impedancia de entrada mediante la relación tensión-corriente en ese punto. Esta impedancia poseerá una parte real Re(w) y una parte imaginaria Ri(w), dependientes de la frecuencia. Si a una frecuencia una antena no presenta parte imaginaria en su impedancia de entrada Ri(w)=0, entonces diremos que esa antena está resonando a esa frecuencia. Normalmente usaremos una antena a su frecuencia de resonancia, que es cuando mejor se comporta, por lo cual, a partir de ahora no hablaremos de la parte imaginaria de la impedancia de entrada de la antena, si no de la resistencia de entrada a la antena Re. Esta resistencia de entrada se puede descomponer en dos resistencias, la resistencia de radiación (Rr) y la resistencia de pérdidas (RL). Se define la resistencia de radiación como una resistencia que disiparía en forma de calor la misma potencia que radiaría la antena. La antena por estar compuesta por conductores tendrá unas pérdidas en ellos. Estas pérdidas son las que definen la resistencia de pérdidas en la antena. Nos interesa que una antena esté resonando para que la parte imaginaria de la antena sea cero. Esto es necesario para evitar tener que aplicar corrientes excesivas que lo único que hacen es producir grandes pérdidas económicas. 3.3.2 Patrón de radiación [1] Es un diagrama o gráfica polar que representa las intensidades de los campos o las densidades de potencia alrededor de una antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la intensidad del campo eléctrico (E) o de la densidad de potencia (P), se llama patrón de radiación absoluto (es decir, distancia variable y potencia fija). Si se grafica la intensidad del campo o la densidad de potencia con respecto al valor en un punto de referencia, se llama patrón de radiación relativa. La figura 2(a) muestra la gráfica de patrón de radiación relativa con la densidad de potencia en decibeles [dB=10 log (P/Pmax)], donde P es la densidad de potencia y Pmax es la densidad de potencia máxima. En direcciones a ± 45º de la referencia, la densidad de potencia es -3dB (mitad de potencia) en relación con la densidad de potencia en la dirección de radiación máxima (0º). La figura 2(b) muestra la gráfica del patrón de radiación para una antena onmidireccional. Una antena omnidireccional, o isotrópica, irradia energía en todas direcciones por igual y, en consecuencia, la gráfica de radiación es un círculo (en realidad una esfera). También con una antena isotrópica no hay lóbulos frontales, traseros o laterales, porque la radiación es igual en todas direcciones.

(a) (b)

Fig. 2.- Patrones de radiación: (a) gráfica de patrón de radiación relativa (distancia fija) en decibeles; (b) gráfica de radiación relativa (distancia fija) en decibeles para una antena direccional (fuente puntual).



3.3.3 Ancho de banda [1] [2] El ancho de banda de una antena se define como el intervalo de frecuencias dentro del cual la operación de la antena es satisfactoria. Este determina la variación de frecuencia, respecto a la de trabajo permitida por la antena para que ésta tenga un rendimiento aceptable, es decir, que la potencia radiada disminuya en un 50% (3dB). 3.3.4 Ganancia [1] Es la directividad (en dB) menos las pérdidas en la antena (en dB). Refleja el comportamiento real de la antena al tener en cuenta su geometría a través de la directividad y los materiales que la componen, tanto conductores como dieléctricos, incluidos en las pérdidas. Es el cociente entre la potencia emitida por la antena en su dirección de máxima emisión respecto a una antena isotrópica. Se expresa en dBi6 3.3.5 Ganancia directiva y ganancia de potencia [1] La ganancia directiva es la relación de la densidad de potencia radiada en una dirección en particular entre la densidad de potencia radiada al mismo punto por una antena isotrópica de referencia, suponiendo que ambas antenas irradian la misma cantidad de potencia. La gráfica de densidad de potencia de radiación para una antena en realidad es una gráfica de ganancia directiva, si se toma la referencia de densidad de potencia para una antena normal de referencia, que por lo general es una antena isotrópica. La máxima ganancia directiva se llama directividad, que es la razón de la máxima intensidad de radiación a la intensidad de radiación promedio. Este parámetro depende del diagrama de radiación y no de la eficiencia ni potencia radiada. La ganancia de potencia es igual a la ganancia directiva excepto que se utiliza el total de potencia que alimenta a la antena (o sea, que se toma en cuenta la eficiencia de la antena). Se supone que la antena dada y la antena de referencia tienen la misma potencia de entrada y que la antena de referencia no tiene pérdidas. Si la antena es sin pérdidas, irradia 100% de la potencia de entrada, y la ganancia de potencia es igual a la ganancia directiva. 3.3.6 Polarización [1] La polarización de una antena se refiere sólo a la orientación del campo eléctrico radiado desde ésta. Una antena puede polarizarse en forma lineal (por lo regular, polarizada horizontalmente o verticalmente, suponiendo que los elementos de la antena se encuentran dentro de un plano horizontal o vertical), en forma elíptica, o circular. Si una antena irradia una onda electromagnética polarizada verticalmente, la antena se define como polarizada verticalmente; si la antena irradia una onda electromagnética polarizada horizontalmente, se dice que la antena está polarizada horizontalmente; si el campo eléctrico gira en un patrón elíptico, está polarizada elípticamente; y si el campo eléctrico gira en un patrón circular, está polarizada circularmente.

(a)

6 El decibel, en antenas, es una relación logarítmica entre voltajes, que se utilizan principalmente para medir ganancia.

También el decibel aparece cuando hablamos de dispositivos de audio como medida de la amplificación que brinda un cierto componente. El decibel, dado que es una relación logarítmica puede tomar valores positivos o negativos. Cuando hablamos de dBi nos referimos a decibeles sobre un radiador isotrópico o dBd a decibeles sobre un dipolo estándar. [10]



(b) (c)

Fig. 3. Polarizaciones de antena: (a) lineal, (b) elíptica, (c) circular

3.3.7 Campos cercano y lejano [1]

El término campo cercano se refiere al patrón de campo que está cerca de la antena, y el término campo lejano se refiere al patrón de campo que está a gran distancia. Durante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en donde parte de la potencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia que está en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción es similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energía. Por tanto, el campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que alcanza el campo lejano continúa irradiando lejos y nunca regresa a la antena. Por tanto, el campo lejano se llama campo de radiación. La potencia de radiación, por lo general, es la más importante de las dos; por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano. Es decir: El campo cercano debe ser βr<<1 El campo lejano debe ser βr>>1 Donde r es la distancia de la antena al punto P de observación donde se observa el campo y

β para el espacio libre es λπ2 , donde λ es la longitud de la onda.

3.3.8 Abertura del haz de la antena [1] Es un parámetro de radiación, ligado a la ganancia. El ancho del haz de la antena es solo la separación angular entre los dos puntos de media potencia (-3 dB) en el lóbulo principal del patrón de radiación del plano de la antena, por lo general tomado de uno de los planos "principales". La ganancia de la antena es inversamente proporcional a la abertura del haz: mientras mas grande es la ganancia de una antena, la abertura del haz es menor.

Fig.4.- abertura de haz de antena



3.3.9 Resistencia de radiación y eficiencia de antena [1]

No toda la potencia suministrada a la antena se irradia. Parte de ella se convierte en calor y se disipa. La resistencia de radiación es "irreal", en cuanto a que no puede ser medida directamente. La resistencia de radiación es una resistencia de antena a la corriente alterna, y es igual a la relación de la potencia radiada por la antena entre el cuadrado de la corriente en su punto de alimentación. La ecuación que define la resistencia de radiación es:

2i

PR rad

r =

Donde: Rr= Resistencia de radiación (ohms) Prad= Potencia radiada por la antena (Watts) i= Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes) La resistencia de radiación es aquella que, si reemplazara a la antena, disiparía en calor, exactamente la misma cantidad de potencia que radiaría la antena. La eficiencia de antena es la relación de la potencia radiada por una antena entre la suma de la potencia radiada y la potencia disipada, o la relación de la potencia radiada por la antena entre la potencia total de entrada. 3.3.10 Rendimiento en la antena [3]

El rendimiento de una antena (ηantena) transmisora, es la relación entre la potencia de radiación y la potencia total aplicada a la antena, en la cual se toma en cuenta, además de la potencia de radiación, la potencia de pérdida proporcionada por la resistencia de pérdida. Su fórmula es:

)(2

2

RpRrI

RrI

ef

ef

antena +=η

Donde: ηantena= rendimiento de una antena Ief=Corriente efectiva Rr= Resistencia de radiación (ohms) Rp= Resistencia de pérdida (ohms) En el caso de una antena receptiva se define el rendimiento como la relación entre la potencia que llega a la carga de la antena y la potencia que absorbe esta misma carga, pero sin pérdidas. 3.3.11 Reciprocidad [5] El comportamiento de la antena en transmisión es similar al de recepción. La influencia mutua que ejercen dos antenas entre sí, está regida por el principio de reciprocidad, el cual se formula como sigue: “Si la potencia radiada por una antena provoca en otra una corriente eléctrica determinada y a su vez, la potencia radiada por la segunda provoca en la primera la misma corriente eléctrica, entonces ambas antenas radian a la misma potencia” (Belotserkovski,1977). 3.4 TIPOS DE ANTENAS Una antena es un dispositivo que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana. Se dividen en dos ramos: antenas básicas y antenas de uso especial.



Dipolo Elemental

Básicas Dipolo De Media Onda Antena Isotrópica Dipolo Doblado

Monopolo Conectada A Tierra (Antena De Marconi) Antena de Yagi-Uda Antena de Torniquete Antena de Cuadro Antena log-periódica Antena Helicoidal

Antenas Antenas de UHF Antenas de Microondas

Uso Especial Antenas de arreglos en fase Antenas de apertura

• reflectores parabólicos • mecanismos alimentadores

- alimentación central - alimentación cónica - alimentación de Cassegrain

Antena de cuerno cónico Antenas de parche

Antenas planas

3.4.1 ANTENAS BÁSICAS 3.4.1.1 Dipolo elemental [8] [9]

Un dipolo elemental es un elemento de corriente de longitud h, recorrido por una corriente uniforme, cuyas dimensiones son pequeñas comparadas con la longitud de onda. La mayor parte de las antenas a frecuencias inferiores a 1 MHz se comportan como dipolos elementales, dado que a esa frecuencia la longitud de onda es de 300 m. Un dipolo elemental es una pequeña longitud δδδδl de conductor (pequeña comparada con la longitud de onda λλλλ). En la cual circula una corriente alternativa

jwteII 0=

En la cual ωωωω=2πF es la pulsación (y la frecuencia). es, como de costumbre . Esta notación, utilizando números complejos es la misma que la utilizada cuando se trabaja con impedancias.

Fig. 5.- Doblete elemental

Hay que notar que este tipo de dipolos elemental no puede fabricarse prácticamente. Es preciso que la corriente que lo atraviesa venga de algún lado y salga a otro lado. En realidad este segmento de conductor no será más que uno de los muchos en los cuales se puede dividir una antena real para poderla calcularla. El interés es que el campo eléctrico lejano de la onda electromagnética radiada por ese pedacito de conductor es calculable fácilmente. Solo mostraremos el resultado:



Aquí,

• es la permitividad del vacío. • es la velocidad de la luz en el vacío. • es la distancia entre el dipolo y el punto donde está evaluado .

• es la constante de fase y es el número de onda

El exponente de da cuenta de la variación de la fase del campo eléctrico con el tiempo y con la distancia al dipolo. El campo eléctrico lejano de la onda electromagnética es coplanario con el conductor y perpendicular a la línea que los une. Si imaginamos el dipolo en el centro de una esfera y alineado con el eje norte-sur, el campo eléctrico lejano tiene la dirección de los meridianos y el campo magnético lejano tiene la dirección de los paralelos. 3.4.1.2 Dipolo de Media Onda o antena de Hertz [1] El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una de las antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de 2 MHz, la longitud física de una antena de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda se le refiere por lo general como antena de Hertz. Una antena de Hertz es una antena resonante. O Sea, es un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más lejano. Las ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen a lo largo de una antena resonante. La impedancia varia de un valor máximo en los extremos de aproximadamente 2500 Ω a un valor mínimo en el punto de alimentación de aproximadamente 73 Ω (de los cuales entre 68 y 70 Ω es la impedancia de radiación). El patrón de radiación de espacio libre para un dipolo de media onda depende de la localización horizontal o verical de la antena con relación a la superficie de la tierra.

Fig. 6.- Dipolo de Media Onda

3.4.1.3 Antena isotrópica[1] Es una antena hipotética sin pérdida (se refiere a que el área física es cero y por lo tanto no hay pérdidas por disipación de calor) que tiene intensidad de radiación igual en todas direcciones. (IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronic Terms, 1979). Sirve de base de referencia para evaluar directividad. La antena isotrópica no es una antena, sino un concepto de referencia para evaluar a las antenas en su función de concentración de energía y a las pérdidas por propagación en el espacio libre en los enlaces de radiofrecuencia. Su patrón de radiación es una esfera.



3.4.2 ANTENAS DE USO ESPECIAL 3.4.2.1 Dipolo Doblado [1] El dipolo doblado, es en esencia una antena única formada por dos dipolos paralelos cortocircuitados en su extremo. Un elemento se alimenta en forma directa, mientras que el otro tiene acoplamiento inductivo en los extremos. Cada elemento tiene media longitud de onda de largo. Sin embargo como puede pasar corriente por las esquinas, hay una longitud de onda completa de corriente en la antena. Así, para la misma potencia de entrada, la corriente de entrada es la mitad de la del dipolo básico de media onda, y la impedancia de entrada es cuatro veces mayor. Se utiliza para recepción de FM y en antenas Yagi. La impedancia de entrada de un dipolo doblado es igual a la impedancia de media onda multiplicada por la cantidad de alambres doblados, elevada al cuadrado. Su fórmula es:

2

02

011

+=

Z

ZZZ en

Donde: Zen = impedancia de entrada del dipolo Z = impedancia de media onda Z01 = impedancia del dipolo excitado Z02 = impedancia del dipolo aislado

(a) (b)

(c)

Fig. 8.- (a) dipolo doblado; (b) dipolo doblado de tres elementos (c) dipolo doblado para recepción FM



3.4.2.2 Monopolo Conectado a Tierra (Antena De Marconi) [1] Una antena monopolo (un solo polo) de un cuarto de longitud de onda de largo, montada en dirección vertical con el extremo inferior conectado en forma directa al suelo, o aterrizada a través de la red de acoplamiento de la antena, se llama Antena de Marconi. Las características de esta antena se parecen a las de la antena de Hertz, a causa de las ondas reflejadas en el suelo. Se usan en bajas frecuencias menores a 2 MHz.

Fig. 7.- antena aterrizada de un cuarto de onda

3.4.2.3 Antena de Yagi-Uda [1][4][6][7] Es un conjunto lineal formado por un dipolo y dos o más elementos parásitos; un reflector y uno o más directores. Es utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas, por su gran ancho de banda. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. Para la antena Yagi de tres elementos la distancia entre el reflector y el activo es de 0.15λ, y entre el activo y el director es de 0.11λ. Estas distancias de separación entre los elementos son las que proporcionan la óptima ganancia, ya que de otra manera los campos de los elementos interferirían destructivamente entre sí, bajando la ganancia.

Fig. 9.- Antenas Yagi

3.4.2.4 Antena de Torniquete [1] Una antena de torniquete se forma colocando dos dipolos en ángulo recto entre si, desfasados 90º. La pauta de radiación es la suma de las radiaciones de los dos dipolos, con lo cual se obtiene una distribución casi omnidireccional. Son frecuentes las ganancias de las antenas de torniquete de 10 ó más DB. 3.4.2.5 Antena de Cuadro [1] Antena de escasa sensibilidad, formada por una bobina de una o varias espiras arrolladas en un cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace útil en radiogoniometría. Si el radio r es pequeño en comparación con una longitud de onda, la corriente está esencialmente desfasada por la espira. Una espira está formada por muchos dipolos elementales conectados entre si. Los dipolos son rectos, y por consiguiente, la espira es en realidad un polígono, mas que un círculo. Sin embargo se puede tener un círculo aproximado si se supone que los dipolos son lo bastante cortos. La espira está rodeada por un campo magnético en ángulo recto con el alambre, y la pauta direccional es independiente de la forma.



Fig. 10.- Antena de cuadro

3.4.2.6 Antena log-periódica [1] [4] El diseño de una antena log-periódica consiste en una figura geométrica básica que se repite, pero con distintos tamaños. Pueden ser unidireccionales o bidireccionales y, tener una ganancia directiva de baja a moderada. También se pueden alcanzar altas ganancias usándolas como elementos de una red mas complicada. Tienen características de banda muy ancha y, por ende, se dice también que son independientes de la frecuencia. La estructura física de una antena log-periódica es repetitiva, y eso causa un comportamiento repetitivo de sus características eléctricas. En la figura 11 se muestran varias antenas del tipo log-periódica o independientes de la frecuencia. La antena más sencilla de describir, dentro de estos tipos, es la configuración bipolar log-periódica que se muestra en la figura 11(a).

Fig. 11.- Ejemplos de antenas log-periódicas

El término log-periódica no se refiere, como se supone erróneamente, a las longitudes relativas de los elementos o las relaciones entre sus distancias. En lugar de ello, se enfoca en sus características eléctricas. Si se trazara una gráfica que mostrase la impedancia de la antena en función del logaritmo de la frecuencia, sería una curva similar a la que aparece en la figura 12(b). Observe que el valor máximo de impedancia en esta curva se repite periódicamente en la escala logarítmica, de donde procede el nombre de log-periódica. Una característica importante de las antenas log-periódicas es la relación geométrica entre el espaciamiento de los elementos y la longitud de los elementos. Esas longitudes y esos espaciamientos varían en una progresión geométrica que hace que la antena se haga cada vez mayor, conforme aumenta la distancia de un punto teórico creciente, denominado ápice. De modo similar, aumenta también la longitud de los elementos, como se puede mostrar mediante la antena log-periódica que aparece en la figura 12(a). Cuando una estación transmite una señal, y la antena log-periódica se apunta en la dirección necesaria para recibir esa señal, se puede demostrar que sólo uno o dos de los elementos bipolares de la antena reaccionarán a la frecuencia. Todos los demás elementos serán inactivos a esa frecuencia dada, sin embargo, se harán activos para algunas otras frecuencias. En otras palabras, para cualquier frecuencia dada que se reciba, solo se consideran activos uno o dos de los elementos log-periódicos.



Fig. 12.- (a) configuración bipolar log-periódica. (b) la naturaleza periódica de la impedancia de la antena

cuando se traza en una escala logarítmica 3.4.2.7 Antena Helicoidal [1] [2] [7] Una antena helicoidal es una de VHF o de UHF, ideal para aplicaciones donde se requiere irradiar ondas electromagnéticas de polarización circular, más que de polarización horizontal o vertical. Se puede usar como antena de un solo elemento, o se puede apilar en dirección horizontal o vertical en un conjunto, para modificar su pauta de radiación, aumentando la ganancia o disminuyendo el ancho de banda del lóbulo primario. Una antena helicoidal se monta en un plano de tierra formado por metal macizo, o por una malla metálica como de tela de gallinero.

(a) (b)

Fig. 13(a)(b).- antenas helicoidales 3.4.2.8 Antenas de UHF y de Microondas [1] [7] Las antenas para UHF (0.3 a 3 GHz) y para microondas (1 a 100 GHz) deben ser muy direccionales. Las antenas de microondas suelen tener aberturas de haz a mitad de potencia del orden de 1º o menos. Un haz angosto minimiza los efectos de la interferencia debida a fuentes externas y a antenas adyacentes. Las antenas de microondas tienen tres características importantes: eficiencia direccional, acoplamiento lado a lado y acoplamiento espalda con espalda. La eficiencia direccional o relación de frente a espalda de una antena, se define como la relación de su ganancia máxima en dirección delantera entre su ganancia máxima en dirección trasera. La eficiencia direccional de una antena de microondas es crítica en el diseño de un sistema de radio, porque las antenas de transmisión y recepción, en las estaciones repetidoras, se ubican con frecuencia opuestas entre sí, en la misma estructura. Los acoplamientos lado a lado y espalda con espalda, expresan en decibeles, la pérdida de acoplamiento entre antenas que conducen señales de salida de transmisión y antenas cercanas que llevan señales de entrada de receptor. Las antenas muy direccionales (de alta ganancia) se usan con los sistemas de microondas de punto a punto, o entre puntos fijos.



Fig. 14.- Antena de microondas con recibimiento

3.4.2.9 Antenas de arreglos en fase [1] [2][7]

Una antena de arreglo de fase es un grupo de antenas que, cuando se conectan, funcionan como una sola antena cuyo ancho de haz y dirección (o sea, patrón de radiación) puede cambiarse electrónicamente sin tener que mover físicamente ninguna de las antenas individuales. La ventaja principal de las antenas de arreglo de fase es que eliminan la necesidad de girar en forma mecánica los elementos de la antena. En esencia, un arreglo de fase es una antena cuyo patrón de radiación puede ajustarse o cambiarse electrónicamente. La aplicación principal de arreglo de fase es en radares, donde los patrones de radiación deben ser capaces de cambiar rápidamente para seguir un objeto en movimiento.

Fig 15.- arreglos de antenas. (a)arreglo Yagi_uda, (b)arreglo de apertura, (c) arreglo de guía de onda

ranurada

3.4.3 ANTENAS DE APERTURA 3.4.3.1 Antenas Parabólicas [1] [2] [6] Las antenas reflectoras parabólicas proporcionan una ganancia y una directividad extremadamente altas y son muy populares para los radios de microondas y el enlace de comunicaciones por satélite. Una antena parabólica se compone de dos partes principales: un reflector parabólico y elemento activo llamado mecanismo de alimentación. En esencia, el mecanismo de alimentación aloja la antena principal (por lo general un dipolo), que irradia ondas electromagnéticas hacia el reflector. El reflector es un dispositivo pasivo que solo refleja la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en una emisión concentrada altamente direccional donde las ondas individuales están todas en fase entre sí (un frente de ondas en fase).

Fig.16.- antenas parabólicas



3.4.3.1.1 Mecanismos alimentadores [1] [2] El mecanismo de alimentación en una antena parabólica es el que en realidad, irradia la energía electromagnética, y por eso a menudo, se le llama antena primaria. Este mecanismo de alimentación es de importancia básica, porque su función es irradiar la energía hacia el reflector. Un mecanismo ideal de alimentación debería dirigir toda su energía hacia el reflector parabólico, sin tener efecto de sombra. En la práctica es imposible lograr lo anterior, aun que si se tiene cuidado al diseñarlo, la parte de la energía se puede irradiar con la dirección adecuada, y se puede reducir la sombra al mínimo. Hay tres tipos de antenas parabólicas: alimentación central, alimentación cónica y alimentación de Cassegrain. 3.4.3.1.2 Alimentación central. [1] [2] La figura 17 muestra un diagrama de un reflector paraboloide alimentado en el centro, con un reflector esférico adicional. La antena primaria se coloca en el foco. La energía irradiada hacia el reflector se refleja hacia fuera, en forma de un haz concentrado. Sin embargo, la energía que no refleja el paraboloide se reparte en todas direcciones, y tiene la tendencia a perturbar la distribución general de la radiación. El reflector esférico redirige esas emisiones, hacia atrás, hacia el reflector parabólico, donde se vuelven a reflejar en la dirección correcta.

Fig. 17.- antena parabólica con alimentación central

3.4.3.1.3 Alimentación cónica o de bocina. [1] [2] Con un mecanismo de alimentación por bocina, la antena primaria es una antena pequeña cónica, o de embudo, y no un dipolo simple o una red de dipolos. La bocina no es más que un material abocardado de guía de ondas, que se coloca en el foco e irradia una distribución algo direccional, hacia el reflector parabólico. Cuando un campo electromagnético que se propaga llega a la boca del cuerno, continúa propagándose en la misma dirección general, pero de acuerdo con el principio de Huygens, se reparte en dirección lateral y al final, el frente de onda se hace esférico.

Fig. 18.- antena parabólica con alimentación cónica



3.4.3.1.4 Alimentación de Cassegrain. [1] [2] Esta alimentación recibe el apellido de un astrónomo del siglo XVIII. La figura 19 muestra la geometría básica de un mecanismo de alimentación de Cassegrain. La fuente de radiación primaria está en o justo atrás de una pequeña apertura en el vértice del paraboloide, y no en el foco. La antena primaria se apunta hacia un pequeño reflector secundario (el subreflector Cassegrain) que está entre el vértice y el foco. Los rayos emitidos por la antena primaria se reflejan en el subreflector de Cassegrain y a continuación eliminan el reflector parabólico principal, como si se hubiera originado en el foco. Los rayos son colimados (se obtiene un haz de rayos paralelos a partir de un haz luminoso) por el reflector parabólico de la misma forma que en los mecanismos de alimentación central y por bocina.

Fig. 19.- antena parabólica con alimentación de Cassegrain

3.4.3.2 Antena de cuerno cónico [1] [2] Consiste en un cono que se trunca en un tramo circular de guía de ondas como se ve en la figura 20. A su vez, la guía de ondas conecta a la antena con el transmisor o con el receptor. Si el cuerno mismo se usa como antena, el ángulo del cono θ que a veces se llama ángulo de conicidad sea de unos 50º. En este caso, la longitud del cono truncado determina la ganancia de la antena. Cuando se usa un cuerno cónico como mecanismo de alimentación de un plato parabólico, el ángulo de conicidad y la longitud se ajustan para obtener la iluminación óptima del reflector. También hay antenas de cuerno piramidales.

(a) (b)

Fig. 20.- Antenas cónicas.- (a) cuerno cónico.- (b)cuerno piramidal



44.. AANNTTEENNAASS PPLLAANNAASS OO IIMMPPRREESSAASS 4.1 DEFINICIÓN Una antena microstrip (plana o impresa) es un parche conductor que presenta por su tamaño y complejidad de construcción múltiples ventajas. Su diseño se adecua de forma que la estructura disipe la potencia en forma de radiación. Para diseñar una antena microstrip se deben tener en cuenta que existen diversas formas de hacerlo, también se debe tener mucho cuidado en el momento en que se escoge el tipo de alimentación que se va usar para la antena, ya que esto puede incrementar la eficiencia pero a su vez también causa una construcción mas compleja, por tal razón hay que encontrar un equilibrio. Cuando se tiene ya claro la forma en que se va a construir la antena esta se analiza tomando como criterio la complejidad, reducción en los costos, como es el caso del modelo de línea de transmisión y el de cavidades. Las antenas planas están formadas por un agrupamiento plano de radiadores microstrip y un circuito que distribuye la señal entre los radiadores. Ambos, radiadores y circuito, se fabrican utilizando técnicas de fotograbado sobre un sustrato dieléctrico laminado en cobre por ambas superficies. La antena microstrip es una extensión de la línea de transmisión microstrip. Sus dimensiones se eligen de forma que el “parche” disipe la potencia en forma de radiación. 4.2 FORMA DE LAS ANTENAS Aunque son muchas las formas en las que se puede encontrar una antena microstrip, las más habituales son rectangulares y circulares, existiendo también la forma cuadrada y dipolo:

Fig. 21.- Diversas formas de antenas microstrip

4.3 LINEA DE TRANSMISIÓN La línea de transmisión impresa consiste en un conductor separado por un dieléctrico sobre un plano de masa. El modo fundamental es quasi-TEM, estando la mayor parte del campo confinado en el dieléctrico, como se muestra en la figura 22.

Figura 22.- funcionamiento de la línea de transmisión



La radiación aparece en las discontinuidades y circuitos abiertos de la estructura, especialmente si su tamaño es comparable a la longitud de onda.

Figura 23.- línea de transmisión

4.4 ALIMENTACIÓN DE ANTENAS PLANAS Las antenas se pueden alimentar a través de líneas impresas, o bien a través de ranuras, sondas coaxiales, o bien por acoplamiento a las cavidades. • Una de las formas más habituales es la alimentación a través de una línea de transmisión en

el mismo plano del parche.

Figura 24. -alimentación de través de una línea de transmisión

• La alimentación a través de un conector coaxial también es bastante frecuente, sobre todo

en antenas poco directivas.

Figura 25.- alimentación a través de un conector coaxial

• Otras formas de alimentación son el acoplamiento por proximidad, en una estructura multicapa, como se muestra en la figura 26.

Figura 26.- alimentación de acoplamiento por proximidad



• Y finalmente el acoplamiento a través de una ranura.

Figura 27.- alimentación de acoplamiento a través de una ranura

4.5 DISEÑO Las antenas impresas, de tipo parche también denominadas antenas microstrip (microtira) se diseñan a partir de líneas de transmisión o resonadores sobre substrato dieléctrico. Las dimensiones se eligen de forma que la estructura disipe la potencia en forma de radiación.

Figura 28.- antena impresa

4.6 ASPECTOS GENERALES - Antenas muy usadas en los últimos años. - Muy relacionado con elementos tales como las líneas de transmisión o los resonadores. 4.7 VENTAJAS DE ANTENAS PLANAS Una de las principales ventajas de las antenas microstrip es el perfil reducido, factor que las hace interesantes para implementar antenas integradas en móviles por ejemplo. Como sabemos, la eficiencia de radiación de una antena repercute directamente en el consumo de batería. Por ejemplo, una antena poco eficiente integrada en un teléfono móvil obligaría a éste a transmitir con mayor potencia para establecer una comunicación correcta provocando un mayor consumo de batería. Lo anterior se evita con antenas microstrip miniatura, ya que en equipos de comunicación el espacio es un factor relevante y el ancho de banda está íntimamente ligado a la capacidad de transmitir información. Otras ventajas de este tipo de antenas, son: • De fabricación sencilla y barata • Combinables con circuitos integrados de microondas, y se pueden diseñar para trabajar a diversas frecuencias y con distintas polarizaciones

• Robustas Al ser una tecnología plana facilita su integración con el resto del sistema, favoreciendo la reducción del tamaño y peso. La fabricación de este tipo de antenas usando los progresos de la microelectrónica, a largo plazo reducirá los costos, al igual se simplificara la construcción de estructuras.



4.8 DESVENTAJAS DE ANTENAS PLANAS Como antena plana se suelen utilizar parches diseñados en tecnología microstrip. No obstante, el diseño de antenas parche tiene algunas limitaciones como una banda de operación restringida y una reducción de la eficiencia de radiación debido a las pérdidas por ondas de superficie (modos de substrato), que es más o menos importante en función de los parámetros de diseño. En recepción, una baja eficiencia de radiación de antena repercute en una pérdida de señal. La mayoría de las antenas comerciales no satisface las necesidades específicas de las empresas en sus sistemas de comunicaciones. El diseño a medida supone la superación de unos diseños comerciales para gran público, en la mayoría de las ocasiones con un funcionamiento no óptimo. Las desventajas en general, son: • Baja eficiencia • Limitada potencia • Ancho de banda reducido • Pobre pureza de polarización • Banda estrecha • La radiación de las líneas puede modificar los parámetros de las antenas 4.9 APLICACIONES DE ANTENAS PLANAS Son muchas las aplicaciones de este tipo de antenas, pero las principales están en el área de las telecomunicaciones, como antenas de alta, media y baja ganancia, generalmente en las bandas L y S. Se utilizan tanto para la estación base, como para los terminales de usuario. Algunas de las aplicaciones son: • Antenas embarcadas en misiles • Antenas de los sistemas de teledetección • Sistemas de posicionamiento global • Altímetros radar en aviones • Antenas de exploración radar en satélites • Sistemas GPS • Telefonía móvil • Comunicaciones móviles por satélite • Aplicadores de calor en medicina (hipertermia) Desde un punto de vista práctico interesa por tanto:

Disponer de técnicas que permitan diseñar antenas con un ancho de banda suficiente para satisfacer los requisitos de los sistemas de comunicación inalámbrica

Antenas que presenten dimensiones reducidas para poderlas integrar en equipos en

donde el volumen y peso se minimicen al máximo facilitando la portabilidad del equipo. Este requisito es vital para los teléfonos móviles.

Antenas que a pesar de ser miniatura presenten eficiencias elevadas para evitar un

consumo innecesario de potencia. En teléfonos móviles esto implica alargar la autonomía de la batería.



4.10 EJEMPLO DE ANTENA PLANA. [13]

4.10.1 DISEÑO DE UNA ANTENA PLANA.

Diseño de una antena de parche operando a 3 GHz. El sustrato es Duroid 5880 (Er=2.2) con un ancho de 0.030 pulgadas. La antena es alimentada por una línea de 50Ω y se usa un transformador de un cuarto de longitud de onda como acoplador de impedancia, como se muestra en la figura 29.

Fig. 29.- Diseño de antena parche rectangular

datos: fr = 3 GHz h = 0.030 pulgadas = 0.0762 cm

cmf

C

r

10==λ

• De la ecuación

2/1

2

1

2

−

+= Er

fr

CW …(1)

cmW 95285.3= Donde: W= ancho del parche C/fr =λ= longitud de onda Er = constante dieléctrica • De la ecuación

2/1

121

2

1

2

1−

+−++=W

hErErE eff

…(2)

14071.2=effE

Donde: Eeff = constante efectiva dieléctrica h = grosor del sustrato dieléctrico



• De la ecuación

+

+

−+

=∆8.0

264.0

258.0

3.0412.0

h

Wh

W

E

Ehl

eff

eff … (3)

040285.0=∆l Donde: ∆l= extensión del borde • De la ecuación

lEfr

CL

eff

∆−= 22

… (4)

33679.3=L Donde: L= longitud del parche

SiW < l , Gr =W2

90 l 2... H5L

y

Yin = 2 Gr =1

45 W2

l 2=

1

Rin... H6L

entonces, Rin = 288 W= impedancia de entrada. La impedancia característica del transformador es :

Z="#####################Rin X 50 ... H7L

Entonces Gr=0.00173611 Yin = 0.00347222 Z =120 Donde:

Gr= inductancia de radiación Yin = admitancia de entrada Rin = resistencia de entrada



• Ahora, de la figura 29 bis y 30 tenemos

58.01 ≈

h

W y 13.12 ≈λ

λ Er

Entonces, el transformador de impedancia, tiene una anchura W1 y longitud l (ver figura 29), de: W1=0.58h W1 =0.044196 Además:

l 2 =1.13 l!!!!!!Er

λ2 =7.61846 Y:

l1 =

l g

4 l1 =1.90461 Ahora, W2 para una línea de 50Ω, fue estimada de la figura 29 y se encontró de un valor de 0.228 cm. Resultados similares pueden obtenerse usando las ecuaciones (5.60) y (5.62); tenemos W1=0.044 cm, Eeff=1.736 y l1=1.89 cm. Para la línea de transmisión de 50Ω, W2=0.238 cm de la ecuación (5.60).[13] w

h=ikjjjHexpH´L

8-

1

exp H´

yzzz- 1

ec. (5.60)

Eeff =Er + 1

2 91 -

1

2 H´ JEr - 1

Er + 1N Jln p

2+

1

Er ln

4

pN=- 2

ec. (5.62)



Fig. 29 bis.- Impedancia característica como función de ω/h y Er

Fig. 30.- Longitud de onda como una función de ω/h y ∈r.

4.10.2 MODELOS DE RADIACIÓN [13] Los modelos de radiación de interés son los modelos en dos planos principales cuando φ=90° (plano E) y cuando φ=0° (plano H), refiriéndose a la figura 31.

Fig. 31.- Coordenadas para el cálculo del modelo de radiación



Los campos eléctricos están dados por: • Para el plano E

−−= θθ

λθ sin

2cossin

2exp

2

)exp(4 00

0

0 LkLkj

r

rjkVWjE

• Para el plano H

θ

θθθ

λφ

sin2

sin2

sin

cossin2

exp2

)exp(4

0

0

0

0

0

Lk

Lk

Lkj

r

rjkVWjE

−−=

Donde: V es la amplitud del voltaje aplicado al parche. r es la distancia desde el parche k0 es el número de onda en el espacio libre L es la longitud del parche W es el ancho del parche



55.. CCOONNSSTTRRUUCCCCIIÓÓNN DDEE LLAA AANNTTEENNAA PPLLAANNAA DDEELL PPRROOYYEECCTTOO PPRREESSEENNTTAADDOO

5.1 DISEÑO Y ESTRUCTURA El desarrollo de antenas impresas ha sido amplio debido a sus numerosas ventajas que las hacen muy deseables para muchas aplicaciones en comunicaciones. Destacan su conformabilidad y bajo perfil, la sencillez de su diseño y por supuesto su fácil fabricación y por tanto bajo costo. El carácter resonante de los parches con geometrías sencillas, típicamente rectangular o circular y con una única frecuencia de resonancia ligada al tamaño eléctrico de la apertura, condiciona su principal limitación, el ancho de banda.

En este proyecto se pretende diseñar dos antenas impresas, una rectangular y una circular, que funcionen en la banda de 1 a 2,7 GHz, conocida como banda L7 del espectro de radio frecuencia (RF)8, que nos permita comprobar en ambas, su funcionamiento como antenas transmisoras y antenas receptoras. Ambas antenas, la rectangular y circular, se diseñaron mediante una estructura tipo parche (cobre) sobre un substrato dieléctrico, con una alimentación a través de un conector coaxial9. Las antenas diseñadas se muestran en las siguientes figuras:

Fig. 32.- antena impresa rectangular Fig. 33.- antena impresa circular 7 La Banda L es una radiofrecuencia de las Microondas IEEE US que usa las frecuencias de 1,5 a 2,7 GHz. Una parte de

esta banda, entre 2,5 y 2,7 GHz se utiliza en muchos países para la difusión en MMDS (cable sin cable). MMDS es un acrónimo de Multichannel multipoint distribution service, e identifica a una tecnología inalámbrica de telecomunicaciones, usada para el establecimiento de una red de banda ancha de uso general o, más comúnmente, como método alternativo a la recepción de programación de televisión por cable. Se utiliza generalmente en áreas rurales poco pobladas, en donde instalar cable no es económicamente viable.

8 El término espectro de radiofrecuencia, o RF, se aplica a la porción del espectro electromagnético en el que se pueden

generar ondas electromagnéticas aplicando corriente alterna a una antena. 9 Los conectores eléctricos diseñados para trabajar con frecuencias de radio se conocen como conectores RF. RF también es

el nombre del conector estándar de audio/video, también conocido como BNC (BayoNet Connector).

Superficie de la antena

Parte frontal de la antena



5.2 CÁLCULOS Y SIMULACIÓN Los cálculos fueron realizados con Matlab10 al igual que la simulación de los modelos de radiación. Dichos cálculos se hicieron tomando como base el ejemplo que se mostró en la sección 4.11. El uso de esta herramienta nos permitió realizar cálculos de diferentes estructuras de una manera relativamente rápida. Los modelos de radiación obtenidos para el caso de la antena rectangular, al realizar los

cálculos en Matlab, fueron los siguientes:

En el plano E En el plano H

(a) (b)

Fig. 34(a).- modelo de radiación plano E. (b).- modelo de radiación plano H Y en forma polar:


(a) (b)

Fig. 35(a).- modelo de radiación plano E forma polar. (b).- modelo de radiación plano H forma polar En estas figuras, vemos como el campo de radiación se adecua de acuerdo a la forma de la antena. Las frecuencias tomadas en estos cálculos se fueron variando de tal manera que el modelo de radiación fuera tomando forma de acuerdo a la figura dibujada en la antena, para comprobar que el campo de radiación abarcara toda la antena impresa.

10 MATLAB es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones totalmente integrado, orientado para llevar a cabo

proyectos en donde se encuentren implicados elevados cálculos matemáticos y la visualización grafica de los mismos.



Los modelos de radiación obtenidos para el caso de la antena circular, fueron:


(a) (b)

Fig. 36(a).- modelo de radiación plano E. (b).- modelo de radiación plano H Y en forma polar:


(a) (b)

Fig. 37(a).- modelo de radiación plano E forma polar. (b).- modelo de radiación plano H forma polar De acuerdo a estos cálculos se pudieron determinar las medidas aceptadas para las antenas diseñadas y como resultado tenemos lo siguiente:

Tabla 1.- valores aceptados para las antenas impresas de este proyecto

ANTENA MEDIDAS ACEPTADAS FRECUENCIA

rectangular L = 6.00 cm 2 GHz.

W = 5.00 cm

Circular r = 10 cm 1 GHz.



5.3 COSTOS El material que se requirió para la fabricación de las antenas impresas de este proyecto fue poco y de fácil adquisición, a excepción del cable coaxial de 50Ω11, que no es muy común, sin embargo, consideramos que tanto el costo como la adquisición de las piezas fueron accesibles a nuestro presupuesto.

Tabla 2.- Costo de las antenas impresas de este proyecto En la fabricación de las antenas, no hubo desperdicio de ningún material, por lo que consideramos que el costo es real. 5.4 CONSTRUCCIÓN DE LAS ANTENAS 1. En papel couché se imprimió la forma de la antena impresa a grabar (impresora láser), es

decir, se imprimió el rectángulo de 6X5 cm. y un circulo de 20 cm. de diámetro. También se imprimieron los datos de la escuela.

Fig. 38.- figuras impresas en papel couché

11 Se requirió cable coaxial de 50Ω porque es el tipo de cable con el cual trabaja el equipo con el que se hicieron las

pruebas. (analizador de espectros y generador de señales)

IMPORTE IMPORTE

UNIDAD MATERIAL UNITARIO $ TOTAL $

1 placa de cobre de dos caras de 30X30 cm 120.00 120.00

1 placa de cobre de dos caras de 10X10 cm 6.00 6.00

2 conectores machos BNC 3.50 7.00

2 metros de cable coaxial de 50 Ω 6.50 13.00

1 metro de cable magneto 7.00 7.00

1 cloruro férrico para grabar circuitos imp. 20.00 20.00

1 plumón para grabar circuitos impresos 12.00 12.00

1 pliego de papel couche 2.80 2.80

soldadura la necesaria 3.00 3.00

impresión de los circuitos 10.00 10.00

200.80



2. Cada figura se imprimió en la placa de cobre correspondiente por medio de calor, utilizando para esto, una plancha.

Figura 39.- impresión de la figura circular en la placa de cobre.

Se hizo de igual manera con la figura rectangular

Cada placa, debía conservar cobre en la parte trasera, por lo que también se cubrió con toner (impreso en papel couché), aplicando calor nuevamente.

3. Una vez que estaban impresas las figuras, se preparó una solución de 2 partes de cloruro

férrico por una parte de agua. En esta solución se introdujeron las placas; esto provocó que en las partes que no estaban protegidas con toner o con tinta del plumón para circuitos impresos, se quitara el cobre de la placa. Con ayuda de un cepillo quitamos más rápido el cobre que no necesitamos.

(a) (b)

Fig.40(a)(b).-Placas en cloruro férrico, con ayuda de un cepillo quitamos el cobre sobrante 4. Cuando observamos que el cobre había desaparecido, enjuagamos las placas y quitamos el

papel couché que estaba adherido a la placa, quedando solo la placa con el cobre en la parte trasera y la antena impresa deseada por el frente.

(a) (b) (c) Fig. 41. (a).- enjuague de la antena una vez que se quitó el cobre no deseado. (b) y (c) antenas impresas

deseadas, circular y rectangular, respectivamente



5. Al extremo de cada cabe coaxial de 50Ω (se utilizó un metro para cada antena) se le puso el conector macho BNC; se separó el núcleo y la malla del cable para unirlo a la antena impresa, este conexión nos permitió conectar las antenas con el equipo de prueba.

Fig. 42.- cable coaxial con conector BNC (un metro para cada antena)

6. Se unió con soldadura el cable coaxial con la antena. Por la parte delantera se soldó el

núcleo y por la parte de atrás la malla. Figuras 43, 44 y 45.

(a) (b)

Fig. 43.- antena impresa rectangular unida con el cable coaxial (a)parte trasera(b)parte delantera

(a) (b)

Fig. 44.- antena impresa circular unida con el cable coaxial (a)parte trasera(b)parte delantera

Fig.45.- antenas impresas terminadas



5.5 DISEÑO DE UN ACOPLADOR [10] [11] [12] Existen dos características importantes de una antena que se deben tener presentes en todo momento, las cuales son su frecuencia resonante y su impedancia. La frecuencia resonante es la frecuencia a la cual la antena se vuelve eléctricamente resonante, y en la cual existe una cancelación interna mínima de la señal transmitida. A esta frecuencia resonante la antena irradia el 100% de la señal que se le proporciona. Normalmente la longitud de los elementos irradiantes coincide con las longitudes de onda resonantes para lograr este efecto, las cuales son los múltiplos impares de la media onda (1/2, 3/2, 5/2, etc.). Sin embargo dependiendo de la antena pueden usarse otras longitudes con similar éxito. La impedancia de una antena es una especie de resistencia que posee toda antena, y de hecho todo sistema eléctrico, y que se deriva del efecto combinado de resistencia, reactancias capacitivas y reactancias inductivas de los elementos. La impedancia afecta la transferencia de energía entre las diferentes partes de un sistema de comunicación. En cuanto a impedancia, la regla general es que para lograr una máxima transferencia de energía a la antena, la impedancia de la antena debe ser igual a la impedancia de la línea de transmisión, la cual en este caso debe ser igual a la impedancia de entrada, del equipo de prueba utilizado. La impedancia de nuestro equipo de prueba y de la línea coaxial es constante, y son por lo general 50 ohm. Por lo tanto, para lograr una transferencia adecuada de energía debemos tener en nuestra antena una impedancia de 50 ohm. Esto resulta fácil en algunos casos, pero en otros resulta inusualmente difícil lograr el ajuste, y es necesario emplear acopladores de impedancia. Una forma de medir el efecto combinado de resonancia e impedancia es mediante la relación de ondas estacionarias (SWR o ROE). La SWR es una relación de las señales en el cable coaxial, que nos indica el porcentaje de señal que se está reflejando de vuelta hacia el transmisor. En una antena apropiadamente ajustada, la SWR será de 1.1:1, y conforme va aumentando el desajuste se dan mayores SWR. El dispositivo utilizado para medir la SWR se conoce como medidor de ondas estacionarias o medidor SWR. En este proyecto utilizamos la técnica de línea de transmisión o línea Lecher [11][12] como se muestra en la figura 46, que consiste en dos líneas paralelas con un sensor que se desliza sobre las dos líneas; con esta técnica obtenemos la VSWR (Relación de Onda Estacionarias de Voltaje), y con los cálculos indicados más adelante podemos obtener la impedancia de la antena, para poder diseñar un acoplador que nos permita convertir todo un rango de impedancias a 50 ohm.

Fig. 46.- línea Lecher para obtener la SWR

En esta técnica se toman las distancias entre el primer máximo y el primer mínimo de voltaje de cada antena, con ayuda de un osciloscopio, tomando los valores del voltaje indicado en cada punto.



(a) (b) Fig. 47.-(a)primer máximo de voltaje (b)primer mínimo de voltaje. Esta técnica se empleó en ambas antenas El valor obtenido, nos da la Relación de Onda Estacionaria de Voltaje (VWSR) por medio de la fórmula:

|min|

|max|

V

VVSWR =

De esta manera podemos conocer el coeficiente de reflexión, ρρρρT :[11][12]

1

1||

+−=

VSWR

VSWRTρ

Y también el ángulo de coeficiente de reflexión, φφφφT :

ππλ

πφ ndV

T 2min4 ±−=

Donde: dVmin = distancia al primer mínimo tomada a partir de la carga λ = longitud de onda del generador, que en este caso está dado por: λSWR=20 cm, por lo tanto, λ = 2(λSWR)= 40 cm n = puede tomar cualquier valor entero, en este caso su valor es 0 El valor de φT nos da en radianes, y para poder hacer las operaciones, tenemos que hacer la conversión a grados. Posteriormente, encontramos la impedancia característica, Zt:

1

1

0

0

+

−=

Z

ZZ

Z

t

t

Tρ ⇒ 01

1ZZ Tt

t

−+

=ρ

ρ

Donde: Zt = impedancia característica de la antena Z0 = impedancia característica de la línea = 50 Ω ρT = coeficiente de reflexión

1er. voltaje máximo

1er. voltaje mínimo



Una vez que se obtuvo la impedancia característica de cada antena, se hace una transformación de impedancia para poder tener el acoplador adecuado para eliminar ruido en la transmisión – recepción de la señal utilizada en las antenas. Este cálculo se realizó con una configuración de sección L, que nos permite por medio de capacitores e inductores, diseñar y fabricar un acoplador con determinadas características y valores que en ocasiones no existen en el mercado. El diseño para encontrar los valores necesarios y las fórmulas utilizadas son:

Fig. 48.- circuito para encontrar valores de capacitores e inductores para la elaboración de un acoplador

Obteniendo primero Z1 y Z3:

0

0

01

1

ZZ

ZjZZ

t −

±=

0

03 ZZ

ZjZZ

tt −

±=

Donde: Z0 = 50Ω Zt = impedancia característica de la antena Con el valor obtenido de Z1 y Z3, encontramos ahora el valor de los capacitores e inductores que necesitaríamos para construir el acoplador requerido, tomando solo la parte real, usando las fórmulas:

jW

ZL 1= y

3WZ

jC

−=

jW

ZL 3= y

1WZ

jC

−=

Donde: W= 2 π f f = frecuencia de cada antena de acuerdo a su diseño Quedando los circuitos:

(a) (b) Fig. 49.- (a) (b) circuitos para elaborar un acoplador, una vez que se encontraron los valores del capacitor e

inductor necesarios.

Z0

Z0 Z0



Cabe mencionar que estos cálculos de realizan haciendo todas las combinaciones posibles de acuerdo a los signos que tienen los valores de Z1 y Z3. (++, +-, -+, --). Esto se muestra en los cálculos siguientes. Antena Circular - Primer Voltaje Máximo 24 cm = 200 mV - Primer Voltaje Mínimo 12 cm = 100 mV Por lo tanto, la distancia al primer voltaje mínimo es de: 12 cm = dVmin - Obteniendo ahora la VSWR, tenemos:

2100

200

|min|

|max| ===mV

mV

V

VVSWR

- Siendo el coeficiente de reflexión:

3

1

12

12

1

1|| =

+−=

+−=

VSWR

VSWRTρ

- Y el ángulo de coeficiente de reflexión:

ππλ

πφ ndV

T 2min4 ±−=

º36628.05)4.0(

)12.0(4 ===−= radT

πππφ

- Obteniendo así la impedancia característica de esta antena:

Ω

∠−∠+=

−+

= 50º363/11

º363/11

1

10ZZ Tt

t ρρ

Ω=Ω

+−

++= 5.7750

)º36º36(cos3

11

)º36º36(cos3

11

jsen

jsenZ t

- De esta manera, conocemos el valor de los capacitores e inductores que son necesarios para construir el acoplador.

08.378181.1

150

505.77

50

150

1

0

0

01 jjj

ZZ

ZjZZ

t

±=±=

−

±=

−

±=

50.1048181.5.77505.77

505.77

0

03 jjj

ZZ

ZjZZ

tt ±=1±=

−±=

−±=



- Quedando los circuitos: Frecuencia = f = 1x109 Hz. W = 2πf = 2π(1x109) = 6.28 x 109 Hz

9

991 109.5

1028.6

08.37

1028.6−==== x

xj

j

xj

Z

jW

ZL

129

3

1052.1)5.104(1028.6

−=−

−=−= xjx

j

WZ

jC

8

93 10664.1

1028.6

5.104 −=== xxj

j

jW

ZL

129

1

1029.4)08.37(1028.6

−=−

−=−= xjx

j

WZ

jC

Z0

Z0



Antena rectangular - Primer Valor Máximo 23 cm = 300 mV - Primer Valor Mínimo 13 cm = 90 mV Por lo tanto, la distancia al primer mínimo es de: 13 cm = dVmin - Obteniendo ahora la VSWR, tenemos:

33.390

300

|min|

|max| ===mV

mV

V

VVSWR

- Siendo el coeficiente de reflexión:

535.03.4

3.2

13.3

13.3

1

1|| ==

+−=

+−=

VSWR

VSWRTρ

- Y el ángulo de coeficiente de reflexión:

ππλ

πφ ndV

T 2min4 ±−=

º549424.0)4.0(

)13.0(4 ==−= radT ππφ

- Obteniendo así la impedancia característica de esta antena:

Ω

∠−∠+=

−+

= 50º54535.1

º54535.1

1

10ZZ Tt

t ρρ

Ω=Ω

+−++= 30.5450

)º54º54(cos535.01

)º54º54(cos535.01

jsen

jsenZ t

- De esta manera, conocemos el valor de los capacitores e inductores que son necesarios para construir el acoplador.

66.1463.11

150

5030.54

50

150

1

0

0

01 jjj

ZZ

ZjZZ

t

±=±=

−

±=

−

±=

18.18563.113.54503.54

503.54

0

03 jjj

ZZ

ZjZZ

tt ±=±=

−±=

−±=



- Quedando los circuitos: Frecuencia = f = 2x109 Hz. W = 2πf = 2π(1x109) = 12.57 x 109 Hz

9

991 1017.1

1057.12

66.14

1057.12−==== x

xj

j

xj

Z

jW

ZL

129

3

1043.0)18.185(1057.12

−=−

−=−= xjx

j

WZ

jC

9

93 1074.14

1057.12

18.185 −=== xxj

j

jW

ZL

129

1

1043.5)66.14(1057.12

−=−

−=−= xjx

j

WZ

jC

Como se puede observar en los cálculos realizados, los valores de los inductores y capacitores son muy pequeños. En el mercado, existen valores aproximados a los obtenidos en lo que se refiere a los capacitores, sin embargo, en los inductores no existen bobinas con esos valores, por lo que procedimos a elaborarlos con alambre, pero no fue posible, ya que son valores muy pequeños y su construcción no es sencilla. Por lo anterior, no se pudo elaborar el acoplador que necesitábamos para eliminar ruido en la transmisión de la señal, por lo que las pruebas realizadas se hicieron sin el acoplador. Sin embargo, consideramos que dichas pruebas fueron satisfactorias.

Z0

Z0



5.6 PRUEBAS REALIZADAS Se acondicionó un sistema de Transmisión-Recepción que consistió en: - Una antena transmisora, que en este caso, fueron la antena rectangular y/o circular - Una antena receptora, que fueron una antena dipolo y una antena logarítmica (incluidas en

el equipo de medición).

Fig. 50.- antena dipolo Fig. 51.- antena logaritmica El equipo utilizado fue: Para la antena impresa circular (que requiere 1 GHz): a) Un generador de señales de radio frecuencia (ROHDE & SCHWARZ SML 01) para las

frecuencias comprendidas entre 9 kHz. – 1.1 GHz. b) Un analizador de espectros (ADVANTEST R3131A SPECTRUM ANALYZER) donde vimos el

comportamiento de la señal transmitida. Para la antena impresa rectangular (que requiere 2 GHz). a) Se utilizó un generador de señales de radio frecuencia (ADVANTEST R3765 AH

NETWORK ANALYZER) para las frecuencias comprendidas entre 40 MHz. – 3.8 GHz. y que también funciona como un analizador de espectros.

La antena transmisora se conectó al generador de señales seleccionando la frecuencia a la

que se transmitió la señal. La antena receptora se conectó al analizador de espectros, observando el espectro de la

señal transmitida. Se hicieron pruebas, tomando la antena impresa rectangular y circular tanto como antenas

transmisoras como antenas receptoras, para observar el comportamiento de la señal transmitida.

En algunos casos, se hizo prueba de alguna de las antenas con una frecuencia diferente a la

que se determinó en el cálculo, usando la de la otra antena, es decir, se utilizó la frecuencia de la antena rectangular en la antena circular y viceversa, para observar el comportamiento de la señal.

Fig.52.- equipo utilizado en las pruebas de medición de antenas impresas



5.7 RESULTADOS Algunos de los resultados observados en las pruebas realizadas, fueron: 1. Antena dipolo Tx Antena rectangular Rx Frecuencia (RF) 978.0 MHz. Observaciones: Si la antena Tx se pone de manera vertical, el nivel de potencia de la señal es pequeño,

sin embargo, si la antena se pone de manera vertical, el espectro aumenta de manera considerable, esto es debido a la directividad de la antena dipolo.

Fig. 53.-Valor de la Frecuencia de la antena transmisora (dipolo)

Fig. 54.-Sistema Tx-Rx.-Dipolo – antena impresa rectangular respectivamente

(a) (b) Fig. 55.- (a) espectro observado de la señal transmitida. El lóbulo de la antena Tx se hizo hacia adelante y hacia atrás. (b) si se pone horizontal la antena Tx, sube el nivel de potencia de la señal. En ambas imágenes observamos que el valor de la frecuencia transmitida se conserva aún cuando el nivel de potencia es diferente. También se observa distorsión y ruido en la señal, esto puede ser a que no hay un acoplamiento de la señal en la antena impresa.

Tx Rx



2. Tx antena circular Rx dipolo Frecuencia (RF) 978.0 MHz Observaciones: En esta prueba, la antena circular funcionó como transmisora y la antena dipolo como

receptora y se observa que la señal transmitida tiene ruido, y aun cuando se acerque o aleje cualquiera de las antenas, no hay cambios en el espectro de la señal recibida. También se colocó en medio del sistema, la antena rectangular para ver si interfería en la señal, pero no ocurrió nada, la señal se mantuvo igual.

Fig. 56.- Sistema Tx-Rx.- antena impresa circular-dipolo respectivamente. En esta prueba se colocó la antena rectangular en medio del sistema para ver si interfería en la señal, pero no ocurrió ningún cambio en el espectro de la señal.

(a) (b) Fig. 57.- (a) Valor de la frecuencia de la antena transmisora (antena impresa circular). (b) espectro observado de la señal transmitida. Como se observa, no cambió la frecuencia a la que se estaba transmitiendo la señal, sin embargo se ve ruido en la señal, debido a que no hay un acoplamiento en la antena impresa circular. 3. Tx circular Rx logaritmica Frecuencia 978 MHz Observaciones: En esta prueba, la antena circular funcionó como transmisora y la antena logaritmica

como receptora y se observa que la señal transmitida tiene ruido, y cuando se acerca o aleja cualquiera de las antenas, el cambio en el espectro de la señal es muy pequeño.

Tx Rx



(a) (b) (c) Fig. 58.- (a) Valor de la frecuencia de la antena transmisora (antena impresa circular). (b) espectro observado de la señal transmitida. (c) espectro de la señal cuando se aleja cualquiera de las antenas, el cambio es muy pequeño como se observa en las imágenes, el valor de la frecuencia no cambia. Para las siguientes pruebas, tomamos como referencia la frecuencia de 2 GHz, usando el

ADVANTEST R3765 AH NETWORK ANALYZER que requiere una frecuencia de inicio y una frecuencia final, tomando los valores de:

Frec. Start 1.9 GHz Frec. Stop 2.1 GHz 4. Tx rectangular Rx dipolo Frecuencia Frec. Start 1.9 GHz Frec. Stop 2.1 GHz Observaciones: En esta prueba, la antena rectangular funcionó como transmisora y la antena dipolo

como receptora y se observa que la señal transmitida tiene menos ruido que las pruebas anteriores, y cuando se aleja el dipolo de la antena impresa, el espectro de la señal se aprecia mejor y ya no presenta tanto ruido.

Fig. 59.-Sistema Tx-Rx, antena impresa rectangular-dipolo respectivamente

(a) (b) Fig. 60.- (a) y (b) espectro observado de la señal transmitida. En (a) las antenas están separadas y el espectro de la señal se ve con ruido, sin embargo, al alejar el dipolo a la antena impresa, la señal ya no presenta distorsión, como se observa en la imagen (b), esto es debido a la directividad del dipolo. En ambas imágenes observamos que la potencia fue de 10.22 dBm.

Tx Rx



5. Tx rectangular Rx logaritmica Frecuencia Frec. Start 1.9 GHz Frec. Stop 2.1 GHz Observaciones: En esta prueba, la antena rectangular funcionó como transmisora y la antena logarítmica

como receptora, entre mas alejadas estén las antenas, son más directivas y el espectro de la señal no presenta tanto ruido.

Fig. 61.-Sistema Tx-Rx, antena impresa rectangular-antena logarítmica respectivamente

(a) (b) Fig. 62.-(a) el espectro de la señal no presenta distorsión cuando las antenas están alejadas, es decir, son más directivas. (b) si las antenas se acercan, se observa distorsión en la señal, esto también es debido a que no hay acoplamiento en la antena impresa. 6. Tx circular Rx dipolo Frecuencia Frec. Start 1.1 GHz Frec. Stop 1.3 GHz Observaciones: En esta prueba, la antena circular funcionó como transmisora y la antena dipolo como

receptora, se cambió el valor de la frecuencia para ver que sucedía con la señal. En el espectro de la señal no se observa ruido cuando se orienta mejor el dipolo, además entre mas alejadas estén las antenas, son más directivas.

Fig. 63.-Sistema Tx-Rx, antena impresa circular-antena dipolo respectivamente

Tx Rx

Tx Rx



Fig. 64.-El espectro de la señal no presenta distorsión cuando las antenas están alejadas, es decir, son más directivas. Orientado el dipolo se aprecia mejor la señal. 7. Tx logaritmica Rx dipolo Frecuencia Frec. Start 1.1 GHz Frec. Stop 1.3 GHz Observaciones: En esta prueba, la antena logaritmica funcionó como transmisora y la antena dipolo

como receptora, se cambió el valor de la frecuencia. Entre estas dos antenas la transmisión de la señal es buena, debido al acoplamiento que hay en cada una de ellas, además de la directividad que presentan.

Se colocó la antena circular en diferentes partes del sistema para ver si ocurría algún cambio en la señal, observando solo algunos reflejos (brincos) en el espectro de la señal.

Fig. 65.-Sistema Tx-Rx, antena logaritmica-antena dipolo respectivamente.

Se utilizó la antena impresa circular para ver si ocurría algún cambio en la señal transmitida.

Fig. 66.-El espectro de la señal no presenta distorsión debido al acoplamiento de las antenas utilizadas.

Tx

Rx



6. CONCLUSIONES Las antenas planas o impresas se diseñan a partir de líneas de transmisión cuyas

dimensiones se eligen de forma que la estructura disipe la potencia en forma de radiación. Sus aplicaciones más importantes son en antenas de sistemas de telecomunicaciones, como antenas de alta, media y baja ganancia, generalmente en las bandas L y S. También son utilizadas en sistemas de posicionamiento global y antenas de exploración radar en satélites, por lo cual, son antenas muy utilizadas en la actualidad.

Las ventajas más importantes son su bajo perfil, se pueden adaptar a la forma de la

estructura (plana o curvada), su fabricación es sencilla y barata, son combinables con circuitos integrados de microondas, y se pueden diseñar para trabajar a diversas frecuencias y con distintas polarizaciones.

Al ser una tecnología plana se facilita su integración con el resto del sistema, favoreciendo la

reducción del tamaño y peso. La fabricación de este tipo de antenas usando los progresos de la microelectrónica, a largo plazo reducirá los costos, al igual que se simplificará la construcción de estructuras que permitan diseñar antenas que presenten dimensiones reducidas para poderlas integrar en equipos en donde el volumen y peso se minimicen al máximo facilitando la portabilidad del equipo.

Un aspecto importante por el cual no se obtuvo una transmisión óptima es por que se

utilizaron dos antenas con características de radiación y recepción diferentes, es decir, la característica de radiación de la antena emisora es diferente a la característica de recepción de la antena receptora. La característica de radiación de una antena representa el cambio de intensidad de un campo magnético en una esfera cuyo centro es la antena radiante. Esta es una representación en 3 dimensiones y resulta muy complicada, por lo tanto también se puede usar una descripción bidimensional que se aproxima a la forma tridimensional. Entonces se puede decir que la radiación de la antena tiene una forma circular, elíptica, etc.

La antena dipolo y la antena logarítmica están más acopladas, comparadas con las antenas

impresas fabricadas, por lo que tienen una impedancia mayor y son más directivas que las antenas planas.

No fue posible elaborar el acoplador para eliminar el ruido presentado en las pruebas

realizadas, porque los valores obtenidos de los inductores eran muy pequeños. Con las pruebas realizadas podemos concluir que nuestro sistema Tx-Rx puede transmitir y

recibir ondas de radio, convirtiendo la onda guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre. Cumpliendo así con los objetivos señalados al inicio de este proyecto.



7. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA

[1] Wayne Tomasi.-Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.- Pearson Educación.- México, 2003. ISBN: 970-26-0316-1

[2] Balanis Constantine A.- Antenna Theory.- Ed. Wiley

[3] García Domínguez A.- Cálculo de Antenas.- 2ª edición.- Ed. Alfa Omega, S.A de

C.V.-1995. México, D.F.

[4] Kaufman Milton.- Manual para Ingenieros y Técnicos en Electrónica.- Ed. Mc Graw Hill, 1988. México, D.F. ISBN 968-451-224-4

[5] Revista Contactos.- Revista de Educación en Ciencias Básicas e Ingeniería.-

Artículo: “La Formación del ingeniero electrónico en el tema de antenas”.- Vol. III. Num. 2.- abril-junio 1988.

[6] www.antenasbasico.com

[7] www.todoantenas.com [8] www.upv.es/antenas [9] http://es.wikipedia.org [10] www.tiOrc.org [11] Ware & Reed.-Communication Circuits.-3rd Edition.-Ed. Wiley. [12] R.A. Chipman Ph. D.- Líneas de Transmisión.- Teoría y 165 problemas resueltos.-

Mc. Graw Hill.- 1971. [13] Kai Chang. Inder Bahl.- R.F. and microwave circuits and component design for

wireless systems.- Ed. Wiley

CONSULTA:

Compact Integrated Antenas.- Freescale Seminconductor.- Document Number AN2731.- Rev.1.4. 07/2006.

D. Orban and G.J.K. Moernaut.- The Basics of Patch Antennas.- Orban Microwave Products.

“diseÑo de un sistema de antena impresa para …148.206.53.84/tesiuami/uami14443.pdf · 3.4.2.8...

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