dimensiones de la antena se sigue la siguiente formula.
(3-19)
3.5 Estructura de anillos resonantes separados
La estructura de anillos resonantes separados o SRR (Split-Ring Resonator) consta de dos anillos metálicos concéntricos separados por un hueco y ambos teniendo divisiones en lados apuestos como se muestra en la figura 3.17.
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Figura 3.17 Estructura de anillos resonantes separados
Una resonancia magnética es inducida por las divisiones de los anillos y por los huecos entre el anillo interior y exterior. Si el campo magnético de excitación es perpendicular al plano del campo magnético con el fin de inducir corrientes resonantes en el bucle y generar un momento equivalente dipolar magnético, esta estructura exhibe un tipo de permeabilidad negativa efectiva. [17]. Comprende dos anillos metálicos abiertos, esto puede ser considerado como un circuito resonante LC que efectivamente consiste de la inductancia debida al intervalo de los dos anillos. [18]. Se Inducen flujos de corrientes sobre los anillos cuando un campo electromagnético con un campo magnético vertical existe. Sin embargo los flujos de corriente son interrumpidos por las divisiones de los anillos y hay cargas eléctricas acumuladas entre los anillos. Una característica de la estructura es que la permeabilidad efectiva cambia en gran medida en la vecindad de la frecuencia de resonancia. La permitividad eléctrica compleja y la permeabilidad magnética compleja son definidas como:
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(3-20)
(3-21)
Dónde:
.
3.5.1 Circuito equivalente de la Estructura de anillos resonantes
separados.
Los dos anillos de la estructura son acoplados por una fuerte capacitancia distribuida por los huecos de los anillos. Cuando en un tiempo se aplica un campo armónico tal que el campo magnético se encuentre a lo largo del eje x, una fuerza electromotriz es experimentada por el SRR. Con el modelo cuasi-estático en mente, las líneas de corriente inducida pasarán de un anillo a otro a través de las brechas capacitivas en la forma de corrientes de desplazamiento. Por lo tanto, la intensidad total de la corriente que fluye en ambos anillos sigue siendo igual para cualquier sección transversal de la estructura es decir, independiente de las coordenadas angulares. En la figura 3.18 se muestra el circuito equivalente LC [19]. La frecuencia de resonancia viene dada por la siguiente expresión:
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Figura 3.18 Circuito equivalente de estructura SRR
Donde la capacitancia Cs será la capacitancia en serie de las mitades superior e inferior y L es la inductancia total de la SRR.
3.5.2 Origen de la capacitancia e inductancia en SRR.
La capacitancia total de la estructura tiene principalmente dos aportaciones. Una que surge de las separaciones entre los anillos y otra de las divisiones que tiene cada anillo. La capacitancia debida a las divisiones impide que la corriente fluya alrededor de los anillos pero la capacitancia mutua entre los dos anillos permite el flujo de la corriente a través de la estructura. La inductancia surge de los anillos conductores.
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3.5.3 Efecto de las dimensiones físicas sobre la frecuencia de
resonancia.
Al variar las dimensiones del resonador podemos controlar la frecuencia de resonancia deseada. Lo esencial es cambiar las dimensiones que afectan la capacitancia de la estructura:
Efecto del ancho de las divisiones (d): Un ancho mayor en la división de
cada anillo significa una capacitancia mayor, y la frecuencia de resonancia disminuye en cuanto la capacitancia aumente.
Efecto de la distancia de separación (t): Cuando distancia de separación
entre los anillos se incrementa aumenta la frecuencia de resonancia, debido al aumento de la distancia de separación reduce la capacitancia mutua del circuito equivalente.
Efecto del ancho del metal (w): Incrementando el ancho del metal decrece la
inductancia y la capacitancia. Por lo tanto SRR con anillos delgados tiene frecuencias de resonancia pequeñas.
Efecto de capacitancia adicional: Si cambiamos la capacitancia del sistema
agregándole capacitores entre las divisiones de los anillos, la capacitancia aumenta y esto a su vez disminuye la frecuencia de resonancia.
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C
APÍTULO 4|
DISEÑO, SIMULACIÓN, CONSTRUCCIÓN Y
MEDICION DE ANTENAS PARA LA BANDA
UHF, OPERANDO A FRECUENCIAS DE 866.5
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CAPÍTULO 4. DISEÑO, SIMULACIÓN, CONSTRUCCIÓN Y MEDICION
DE ANTENAS PARA LA BANDA UHF, OPERANDO A FRECUENCIAS
DE 866.5 MHZ Y 915 MHZ.
4.1 Diseño de antenas para etiquetas RFID pasivas en la banda UHF
El diseño de una antena para etiqueta pasiva es de gran importancia debido a los factores que influyen para que se lleve a cabo una buena comunicación. Es fundamental que dicha antena tenga alta ganancia, buena eficiencia, ancho de banda estrecha (debido a las bajas tasas de transferencia de datos), patrón de radiación según la aplicación, así como una red de acoplamiento de impedancias, para permitir una máxima transferencia de energía entre la antena y el chip.Típicamente el diseño de antenas para etiquetas RFID pasivas se basan en el dipolo λ/2, con algunas técnicas de reducción, como el serpenteado y suelen acoplarse por medio de ondas electromagnéticas para los rangos de ultra alta frecuencia. Para el caso de antenas dipolo serpenteado se utiliza un bucle (llamado loop) corto de aproximadamente λ/4 con estructuras inductivas para una mejor alimentación.
En este capítulo se presentan algunos diseños de antenas, basándose en un monopolo λ/4 en forma de L invertida, con dimensiones calculadas y propuestas para tener un punto de partida en la optimización de un diseño eficiente. La estructura de anillos resonantes es agregada para comparar los desplazamientos en la frecuencia de resonancia, aumentar la ganancia, conseguir una impedancia de entrada con una reactancia mínima para un mejor acoplamiento, modificar el ancho de banda, así como poder modificar también el patrón de radiación. La estructura es considerada como un método para modificar los parámetros antes mencionados sin cambiar las dimensiones de la antena L invertida. Para nuestro diseño nos auxiliamos con la
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Identificar los requerimientos de operacion Obtener la impedancia del CI
Determinar las dimensiones maximas de la antena Proponer un diseño de antena
Realizar simulaciones, variando los parametros (Dimensiones de la antena) ¿Existe acoplamiento safisfactorio? Aplicar tecnicas de optimizacion Fabricar prototipos Caracterizar
¿Se consiguieron las caracteristicas deseadas? Diseño completo Aplicar una tecnica de acoplamiento de impedancias
ayuda del software HFSS de Ansoft que permite la simulación y el diseño de componentes electromagnéticos.
4.1.1 Proceso de diseño de antenas pasivas RFID
Los métodos para el diseño de una antena pasiva RFID, pueden variar dependiendo del autor o fabricante. Para el diseño de nuestra antena nos basamos en el siguiente proceso citado en [23] mostrado en la figura 4.1.
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4.1.2 Criterios importantes para el diseño de una antena para
etiqueta pasiva RFID
Uno de los parámetros importantes en las etiquetas pasivas es el rango de lectura, considerándola como la máxima distancia en la que el lector RFID puede detectar la señal de radiofrecuencia de la etiqueta, teniendo en consideración la sensibilidad del circuito integrado (chip) y la potencia efectiva isotrópica irradiada, usando la expresión del modelo de Friss [20]:
(4-1)