Diseño y verificación de una antena de polarización circular de banda ancha de tamaño compacto. Nicolás Tempone

Diseño y verificación de una antena de polarización

circular de banda ancha de tamaño compacto

Tesista:

Nicolás Tempone

[email protected]

Tutor:

Prof. Valentino Trainotti

IEEE Life Fellow

[email protected]

Universidad de Buenos Aires

Facultad de Ingeniería - Departamento de Electrónica

Jornada de Tesistas

Julio de 2011

Introducción

Definición: Antena

La parte de un sistema de transmisión o recepción que está diseñada

para irradiar o para recibir ondas electromagnéticas.

Ejemplo: Dipolo de media onda

Se considera un dipolo de media onda (

L

=

λ/

2

). Esta antena produce

ondas de polarización lineal y opera en banda angosta (prácticamente a

una sola frecuencia).

Introducción

Definición: Antena

La parte de un sistema de transmisión o recepción que está diseñada

para irradiar o para recibir ondas electromagnéticas.

Ejemplo: Dipolo de media onda

Se considera un dipolo de media onda (L

=

λ/

2

). Esta antena produce

ondas de polarización lineal y opera en banda angosta (prácticamente a

una sola frecuencia).

Principio de funcionamiento

Teoría de Bandas: Zona activa

Baja frecuencia

Alta frecuencia

D

≈

λ

Especificaciones adoptadas

Especificaciones 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

Unidireccionalidad

En el espacio libre, la antena espiral plana irradia en dos direcciones con

igual intensidad y polarización contraria.

Simulación del diagrama de radiación de una antena espiral plana en el

espacio libre

Terminación resistiva

Esquema de la terminación con resistores colocados sobre la ranura

Final de la

terminación, R0

Comienzo de la

terminación resistiva, RL

Antena propuesta

Esquema de la espiral de ranura

Cavidad metálica

ranuras

Diámetro

D

Diámetro

D

Altura

de la

cavidad

h

Algunos estudios realizados

Esquema de un diseño mixto con diferentes valores de

a

y formas de espiral

Arquíimides Equiangular 1

Simulaciones del modelo óptimo obtenido

Ganancia [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 [dBic] Ganancia simulada Valor especificado

Simulaciones del modelo óptimo obtenido

Relación axial [dB]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Frecuencia [GHz] RA [dB]

Relacion axial simulada Limite especificado

Simulaciones del modelo óptimo obtenido

Diagramas de radiación [dB]

300 MHz

2000 MHz

1000 MHz

2500 MHz

1500 MHz

3000 MHz

Modelo óptimo obtenido

Antena construida en INTI - Mecánica

Modelo óptimo obtenido

Balun colocado en la antena

Modelo óptimo obtenido

Mediciones del coeficiente de reflexión

Comparación de

|

Γ

|

del conjunto balun+antena con y sin resistores de terminación

500 1000 1500 2000 2500 3000 0 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 terminacion Balun+antena con sus resistores de terminacion

Banco de mediciones

para la ganancia y los diagramas de radiación

h1 h2

Analizador de espectro Rohde & Schwarz

Generador de señales Agilent

Mediciones del diagrama de radiación

Meidicón a

f

= 500

MHz en cámara semianecoica,

φ

variable. Altura de las antenas

transmisora 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 CSA Mediciones preliminares Simulaciones

Conclusiones

Reducción del perfil

Espiral plana de

ranura:

h

= 3 cm

Espiral cónica:

55 cm

<

H

<

164 cm

Espiral plana con

cavidad absorbente:

Conclusiones

Resumen

I

Estudio teórico y paramétrico.

I

Obtención de un modelo óptimo mediante

simulaciones.

I

Verificación de los resultados mediante

mediciones.

I

Gran reducción del perfil.

I

No se pierde la mitad de la potencia en la

Conclusiones

Resumen

I

Estudio teórico y paramétrico.

I

Obtención de un modelo óptimo mediante

simulaciones.

I

Verificación de los resultados mediante

mediciones.

I

Gran reducción del perfil.

I

No se pierde la mitad de la potencia en la

Conclusiones

Resumen

I

Estudio teórico y paramétrico.

I

Obtención de un modelo óptimo mediante

simulaciones.

I

Verificación de los resultados mediante

mediciones.

I

Gran reducción del perfil.

I

No se pierde la mitad de la potencia en la

Conclusiones

Resumen

I

Estudio teórico y paramétrico.

I

Obtención de un modelo óptimo mediante

simulaciones.

I

Verificación de los resultados mediante

mediciones.

I

Gran reducción del perfil.

I

No se pierde la mitad de la potencia en la

Conclusiones

Resumen

I

Estudio teórico y paramétrico.

I

Obtención de un modelo óptimo mediante

simulaciones.

I

Verificación de los resultados mediante

mediciones.

I

Gran reducción del perfil.

I

No se pierde la mitad de la potencia en la

Conclusiones

Resumen

I

Estudio teórico y paramétrico.

I

Obtención de un modelo óptimo mediante

simulaciones.

I

Verificación de los resultados mediante

mediciones.

I

Gran reducción del perfil.

I

No se pierde la mitad de la potencia en la

cavidad.

¡MUCHAS GRACIAS!

Tempone Nicolás

Universidad de Buenos Aires

Facultad de Ingeniería - Departamento de Electrónica