Diseño y verificación de una antena de polarizacióncircular de banda ancha de tamaño compacto

Tesista:

Nicolás Temponentempone@ieee.org

Tutor:Prof. Valentino Trainotti

IEEE Life Fellowvtrainotti@ieee.org

Universidad de Buenos AiresFacultad de Ingeniería - Departamento de Electrónica

Jornada de Tesistas

Julio de 2011

Introducción

Definición: AntenaLa parte de un sistema de transmisión o recepción que está diseñadapara irradiar o para recibir ondas electromagnéticas.

Ejemplo: Dipolo de media onda

Se considera un dipolo de media onda (L = λ/2). Esta antena produceondas de polarización lineal y opera en banda angosta (prácticamente auna sola frecuencia).Para cambiar la frecuencia de trabajo hay que modificar la longitud L.

Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 2 / 21

Introducción

Definición: AntenaLa parte de un sistema de transmisión o recepción que está diseñadapara irradiar o para recibir ondas electromagnéticas.

Ejemplo: Dipolo de media onda

Se considera un dipolo de media onda (L = λ/2). Esta antena produceondas de polarización lineal y opera en banda angosta (prácticamente auna sola frecuencia).Para cambiar la frecuencia de trabajo hay que modificar la longitud L.

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Principio de funcionamientoTeoría de Bandas: Zona activa

Baja frecuencia Alta frecuencia

D ≈ λ

π

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Especificaciones adoptadasEspecificaciones técnicas

Rango de frecuencias 300 - 3000 MHz

Ganancia 6 dBic ± 2 dB

Impedancia de entrada nominal 50 Ω

Relación de onda estacionaria (ROE) < 2

Polarización circular

Relación axial < 3 dB

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Unidireccionalidad

En el espacio libre, la antena espiral plana irradia en dos direcciones conigual intensidad y polarización contraria.

Simulación del diagrama de radiación de una antena espiral plana en elespacio libre

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Terminación resistivaEsquema de la terminación con resistores colocados sobre la ranura

Final de laterminación, R0

Comienzo de laterminación resistiva, RL

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Antena propuestaEsquema de la espiral de ranura

Cavidad metálica

ranuras

Diámetro D

Diámetro D

Alturade la

cavidadh

Corte transversal Vista frontal

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Algunos estudios realizadosEsquema de un diseño mixto con diferentes valores de a y formas de espiral

Arquíimides

Equiangular 1

Equiangular 2

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Simulaciones del modelo óptimo obtenidoGanancia [dBic]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5−10

−8

−6

−4

−2

0

2

4

6

8

10

Frecuencia [GHz]

G [d

Bic

]

Ganancia simuladaValor especificado

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Simulaciones del modelo óptimo obtenidoRelación axial [dB]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Frecuencia [GHz]

RA

[dB

]

Relacion axial simuladaLimite especificado

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Simulaciones del modelo óptimo obtenidoDiagramas de radiación [dB]

300 MHz

2000 MHz

1000 MHz

2500 MHz

1500 MHz

3000 MHz

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Modelo óptimo obtenidoAntena construida en INTI - Mecánica

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Modelo óptimo obtenidoBalun colocado en la antena

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Modelo óptimo obtenidoImplementación de la terminación resistiva en la antena construida

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Algunos baluns construidos y medidos

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Mediciones del coeficiente de reflexiónComparación de |Γ| del conjunto balun+antena con y sin resistores de terminación

500 1000 1500 2000 2500 30000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1|Γ

|

Con balun de 10.5 cm (f0 = 500 MHz)

Frecuencia [MHz]

Balun+antena sin sus resistores de terminacionBalun+antena con sus resistores de terminacion

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Banco de medicionespara la ganancia y los diagramas de radiación

h1 h2

Analizador deespectro

Rohde & Schwarz

Generador de señalesAgilent

r

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Mediciones del diagrama de radiaciónMeidicón a f = 500 MHz en cámara semianecoica, φ variable. Altura de las antenastransmisora y receptora: 2m

0

−5

−10

−15

−20

−25

−30 0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

G [dB] para φ = 0º | Frec: 500 MHz

Mediciones CSAMediciones preliminaresSimulaciones

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ConclusionesReducción del perfil

Espiral plana deranura:

h = 3 cm

Espiral cónica:

55 cm < H < 164 cm

Espiral plana concavidad absorbente:

h ≈ 25 cm

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ConclusionesResumen

I Estudio teórico y paramétrico.

I Obtención de un modelo óptimo mediantesimulaciones.

I Verificación de los resultados mediantemediciones.

I Gran reducción del perfil.

I No se pierde la mitad de la potencia en lacavidad.

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ConclusionesResumen

I Estudio teórico y paramétrico.

I Obtención de un modelo óptimo mediantesimulaciones.

I Verificación de los resultados mediantemediciones.

I Gran reducción del perfil.

I No se pierde la mitad de la potencia en lacavidad.

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ConclusionesResumen

I Estudio teórico y paramétrico.

I Obtención de un modelo óptimo mediantesimulaciones.

I Verificación de los resultados mediantemediciones.

I Gran reducción del perfil.

I No se pierde la mitad de la potencia en lacavidad.

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ConclusionesResumen

I Estudio teórico y paramétrico.

I Obtención de un modelo óptimo mediantesimulaciones.

I Verificación de los resultados mediantemediciones.

I Gran reducción del perfil.

I No se pierde la mitad de la potencia en lacavidad.

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ConclusionesResumen

I Estudio teórico y paramétrico.

I Obtención de un modelo óptimo mediantesimulaciones.

I Verificación de los resultados mediantemediciones.

I Gran reducción del perfil.

I No se pierde la mitad de la potencia en lacavidad.

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ConclusionesResumen

I Estudio teórico y paramétrico.

I Obtención de un modelo óptimo mediantesimulaciones.

I Verificación de los resultados mediantemediciones.

I Gran reducción del perfil.

I No se pierde la mitad de la potencia en lacavidad.

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¡MUCHAS GRACIAS!

Tempone Nicolás

Universidad de Buenos AiresFacultad de Ingeniería - Departamento de Electrónica

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