Micro Strip

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1LA ANTENA MICROSTRIPAntenas microstrip- Antenas con gran implantacin en los ltimos aos- Fuerte aparato matemtico asociado a su anlisis- Muy relacionado con elementos tales como las lneas detransmisin o los resonadores, estudiados en otras asignaturas Objetivos:- Conocimiento de las aplicaciones de esta antena- Ventajas e inconvenientes que presenta- Principio fsico de funcionamiento- Concretar algunas reglas bsicas de diseo LA ANTENA MICROSTRIP ndice de la Presentacin1. Introduccin Definicin Ventajas e inconvenientes Aplicaciones2. Configuraciones habituales y modos de alimentacin3. Principio de funcionamiento. El parche rectangular Modelo de lnea de transmisin Modelo de cavidad4. Parmetros caractersticos Resistencia de entrada Factor de calidad y ancho de banda Polarizacin5. Temas avanzados y resumenLA ANTENA MICROSTRIP 1. Introduccin- La antena microstrip es una extensinde la lnea de transmisin microstrip.- Sus dimensiones se eligen de formaque el parche disipe la potencia enforma de radiacin.- Se conciben por primera vez en los 50aunque slo a partir de los 70 se trabajaactivamente en ellas.LA ANTENA MICROSTRIPParche rectangularLnea de transmisinPlano de masaSubstrato dielctricohEstructura:- Parche metlico (dimensiones comparables a )- Substrato dielctrico sin prdidas grosor:0.003 h 0.05 constante dielctrica: 2.2 r 12- Plano de masa1. IntroduccinLA ANTENA MICROSTRIPVentajas Bajo perfil Conformables a estructuras Fabricacin sencilla y barata Robustas Combinables con circuitosintegrados de microondas Verstiles en la eleccin de la frec. de resonancia o la polarizacin.Inconvenientes Baja eficiencia Baja potencia Alto Q Pobre pureza de polarizacin Banda estrecha Radiacin esprea de las lneas1. Introduccin LA ANTENA MICROSTRIPAplicaciones Antenas embarcadas en misiles Altmetros radar en aviones Antenas de exploracin radar en satlites Sistemas GPS Telefona mvil Comunicaciones mviles por satlite Aplicadores de calor en medicina (hipertermia)1. Introduccin2LA ANTENA MICROSTRIP Comunicaciones mviles por satliteAgrupacin de antenas con barrido mecnico1. Introduccin LA ANTENA MICROSTRIP Comunicaciones mviles por satliteAgrupacin de antenas con barrido electrnico1. IntroduccinLA ANTENA MICROSTRIPAntena microstrip conformadaLa antena en el satlite Antena embarcada en satlite para telemetra1. Introduccin LA ANTENA MICROSTRIP Comunicaciones mviles terrestres1. IntroduccinNOKIA 3210LA ANTENA MICROSTRIP 2. Configuraciones y alimentacin Formas de parche ms habitualesCuadrado rectangular dipolo circular Otros tipos de parche elptico triangular anilloLA ANTENA MICROSTRIPParche rectangularh Lnea de transmisinConector coaxialRanuraLnea de transmisinParcheAcoplamiento por ranuraLnea de transmisinParchePlano demasaAcoplamiento por proximidad Modos de alimentacin2. Configuraciones y alimentacin3LA ANTENA MICROSTRIP ndice de la Presentacin1. Introduccin Definicin Ventajas e inconvenientes Aplicaciones2. Configuraciones habituales y modos de alimentacin3. Principio de funcionamiento. El parche rectangular Modelo de lnea de transmisin Modelo de cavidad4. Parmetros caractersticos Resistencia de entrada Factor de calidad y ancho de banda Polarizacin5. Temas avanzados y resumenLA ANTENA MICROSTRIP La lnea de transmisin microstrip- Se propaga un modo cuasi-TEM- La mayor parte del campo est confinado en el dielctrico- Propiedades del dielctrico:1. Elctricamente delgado (0.003 h 0.05 ), para evitar fugasy ondas superficiales2. Permitividad alta (3 r10), para que las lneas de campo estnconfinadas entorno a la lnea microstrip.Lneas decampo elctricohr3. Principio de funcionamientoLA ANTENA MICROSTRIP Modelo de lnea de transmisinDiscontinuidad Circuito abierto- El efecto de bordes se manifiesta en los cuatro costados y dependedel grosor y la permitividad del dielctrico. - La presencia de discontinuidades de tamao comparable a fuerzala radiacin de la estructura.3. Principio de funcionamiento LA ANTENA MICROSTRIP Modelo de lnea de transmisin- El parche equivale a dos ranuras de dimensiones WL- La longitud L se elige para que haya una inversin de fase y laradiacin de ambas ranuras se sume en fase. L=g/2- La radiacin de los flancos laterales del parche se cancela entre s.Frecuencia de trabajo:02rrcfL F=Anchura del parche:W g/2hLL LWE Er3. Principio de funcionamientoLA ANTENA MICROSTRIP Modelo de lnea de transmisinCircuito equivalenteB G 1 1 2 2 B Gc YAntena equivalenteE EnzxyWL3. Principio de funcionamiento LA ANTENA MICROSTRIPxzWd W > L/2( )00012rrcfW F=WLhWLh3. Principio de funcionamientoLA ANTENA MICROSTRIP Modelo de cavidadSe pueden excitar otros modos de orden superiorSiL > 2W( )0020 rrcfL F=SiW > 2L( )0002 rrcfW F=WLhWLh3. Principio de funcionamiento LA ANTENA MICROSTRIPMnMMMMMM Modelo de cavidad- El campo radiado se obtiene aplicando el principio de equivalencia y el teorema de las imgenes.Ranuras radiantes:sus contribuciones se suman en faseRanuras no radiantes:sus contribuciones se cancelan+3. Principio de funcionamiento5LA ANTENA MICROSTRIP Modelo de cavidadModo dominante, TM010Diagramas de radiacinModo de segundo orden, TM0203. Principio de funcionamiento LA ANTENA MICROSTRIP ndice de la Presentacin1. Introduccin Definicin Ventajas e inconvenientes Aplicaciones2. Configuraciones habituales y modos de alimentacin3. Principio de funcionamiento. El parche rectangular Modelo de lnea de transmisin Modelo de cavidad4. Parmetros caractersticos Resistencia de entrada Factor de calidad y ancho de banda Polarizacin5. Temas avanzados y resumenLA ANTENA MICROSTRIP 4. Parmetros caractersticos Resistencia de entrada, Rin112inRG=(En resonancia)- La Rincambia con el punto de alimentacinLWy0Rin( )20 0( ) ( 0)cosin inR y y R y yLQ= = =( )( 0)coszE Ey yLQ= =zV E 2 200( ) ( 0)( )radin inV y y V yWR R y y= == ==- Sencilla adaptacin del parche a la lneaB G 1 1 2 2 B Gc YLA ANTENA MICROSTRIP Factor de Calidad (Q) y ancho de banda- Es representativo de las prdidas en la antenaradiacinconduccindielctricoEnerga almacenadaQPotencia disipada=01 fQ f( ) ^ = ( )- El Q est relacionado con el grosor (h) y la permitividad (r) del dielctrico Q La banda de trabajo se estrechahrInteresan dielctricos gruesos y de permitividad bajaComportamiento como cavidad 4. Parmetros caractersticosLA ANTENA MICROSTRIP PolarizacinhLL LWE ErEl parche bsico presenta polarizacin linealEs posible combinar varios modos para conseguir polarizacin circular4. Parmetros caractersticos LA ANTENA MICROSTRIPDivisor depotenciaParchecuadrado/4Se consigue con dos polarizaciones lineales ortogonales y desfasadas 90 ( ) cos( ) sen( ) Et tx ty X X = GEn z=0,ParchecuadradoHbridode 90 Polarizacin circular4. Parmetros caractersticos6LA ANTENA MICROSTRIP 5. Temas avanzados Modelado riguroso de estructuras microstripEc. Integral+Algoritmos rpidosIncgnita:Corriente elctricaN=80.000 incgnitas- Requiere plantear una ecuacin integral y resolverla numricamente- Los algoritmos rpidos son especficos para cada tipo de problemaLA ANTENA MICROSTRIP Mediocres caractersticas de radiacin Aplicaciones que requieranpoca potencia Gran variedad de configuraciones Antenas muy compactas Facilidad para construir agrupaciones de parches5. ResumenLA ANTENA MICROSTRIP Modelo de cavidadDiagrama de radiacinParche circular3. Principio de funcionamiento LA ANTENA MICROSTRIPANTENAS CIRCULARES2 22 222 2 201 10kkz + = + + + = LA ANTENA MICROSTRIPMODOS DE RADIACIN( ),2 2 2zzjk z jnn k nzJ k e ek k k == +Conector coaxialLA ANTENA MICROSTRIPMODOS DE RADIACIN MODOS DE RADIACIN MODOS DE RADIACIN MODOS DE RADIACINJ0J1 J2J3 7LA ANTENA MICROSTRIPFRECUENCIAS DE RESONANCIAFuncinJ0J1 J2J3 ceros 13.83171.84123.05424.2012 27.01565.33146.70618.0152 310.17358.53639.969511.3459 413.323711.706013.170314.5858 LA ANTENA MICROSTRIPCAMPOS RADIADOS POR LAS ANTENAS CIRCULARES''jnsM e =G