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