Antenas para redes Wi Fi

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Antenas para redes Wi-Fi Autor: Dariel Valdés Valdés. Tutor: Msc. David Beltrán Casanova Consultante: Ing. Tuan Ernesto Cordoví Rodríguez. Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Antenas para redes Wi-Fi. Autor: Dariel Valdés Valdés dvvaldes@uclv.cu. Tutor: Msc. David Beltrán Casanova dbeltranc@uclv.edu.cu. Consultante: Ing. Tuan Ernesto Cordoví Rodríguez tuan@antenasvc.co.cu Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) PENSAMIENTO. “Saber no es suficiente, debemos aplicar. Desear no es suficiente, debemos hacer”. Johann W. Von Goethe. i.

(5) DEDICATORIA. A mi mamá y mi papá por haber estado siempre a mi lado, por haberme brindado todo el amor y el apoyo que necesitaba para seguir adelante y hacer realidad mis sueños. A mi hermana por darme su amor, confianza y dedicación durante todos estos años. A mis abuelas, tíos, tías y primos por darme su amor y confianza durante todos estos años. A mi novia por ser mi complemento en este tiempo, apoyarme y brindarme todo su amor y dedicación A mis amigos por haberme brindado su apoyo incondicional y haber estado juntos en los momentos buenos y malos.. ii.

(6) AGRADECIMIENTOS. Quisiera expresar mi profundo agradecimiento a todas aquellas personas que han colaborado, de una forma u otra, para hacer posible la realización de este hermoso sueño, en especial…  A mis padres, Vicente y Elia por ser ejemplo y motor impulsor a lo largo de todos estos años.  A mi hermana Yamirka por su constante interés y apoyo en todos los momentos de la vida.  A mi novia Dayanis por todo el amor y paciencia que me ha dedicado.  A mi tutor el master en ciencias David Beltrán Casanova por los conocimientos transmitidos.  Al ingeniero Tuan Ernesto Cordoví Rodríguez de la fábrica de Antenas de Villa Clara por su apoyo incondicional para que este trabajo saliera adelante.  A los profesores del Laboratorio de Investigación de Comunicaciones Inalámbricas de la Facultad de Telecomunicaciones y Electrónica de la CUJAE, Francisco Marante y Ismary por hacer posible que una parte importante de este trabajo fuera realizado allí.  A todos aquellos que de una forma u otra ayudaron a la realización de este trabajo y en mi formación profesional.. iii.

(7) TAREA TÉCNICA. 1. Búsqueda bibliográfica y estudio de trabajos relacionados con el tema. 2. Análisis de los diseños realizados, basados en diferentes parámetros y criterios de diseños. 3. Obtención de los parámetros principales a partir del software empleado. 4. Comprobación de los resultados teóricos con las mediciones prácticas.. Firma del Autor. Firma del Tutor. iv.

(8) RESUMEN. El presente trabajo está encaminado al diseño de antenas para aplicaciones Wi-Fi en Cuba, debido a los nuevos cambios tecnológicos en los que se encuentra inmersa la empresa de Telecomunicaciones de Cuba (ETECSA) y el apoyo por parte de ingenieros de la empresa Antenas de Villa Clara en este tipo de tecnología. La fabricación de antenas para aplicacio nes Wi-Fi (Uda-Yagi, Biquad y Franklin) constituye algo novedoso en la FIE, ya que las mismas no habían sido tratadas o fabricadas. Para dar cumplimiento al propósito de este trabajo se analizaron varios documentos con los que se pudieron estudiar las características de las antenas para un posterior diseño con la ayuda del software profesional CST MICROWAVE STUDIO 2015. Luego de haber sido simuladas las antenas y obtenidos los parámetros deseados para esta banda, fueron construidos tres prototipos y realizadas las mediciones pertinentes. Los resultados obtenidos en las mediciones para las pérdidas por retorno, razón de onda estacionaria (ROE) mostraron características propias de sistemas profesionales.. v.

(9) TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO ..................................................................................................................... i DEDICATORIA ..................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................ iv RESUMEN.............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 CAPÍTULO 1. 1.1. Fundamentos teóricos de antenas para Wi-Fi. ...........................................4. Antena Cúbica o Quads............................................................................................4. 1.1.1. Antena Biquad...................................................................................................5. 1.2. Antena Franklin ........................................................................................................6. 1.3. Antena Uda-Yagi......................................................................................................8. CAPÍTULO 2.. Métodos de diseño de las antenas seleccionadas para Wi-Fi. Simulación y. análisis de los resultados obtenidos de las antenas a través del software CST MICROWAVE STUDIO 2015…….. .............................................................................................................11 2.1. Antena Biquad ........................................................................................................11. 2.2. Antena Franklin ......................................................................................................12. 2.2.1. Dimensiones completas incluyendo el reflector, recomendadas para la antena. Franklin de cinco dipolos colineales. ............................................................................12 2.2.2. Dimensiones completas incluyendo el reflector para la antena Franklin. invertida de 9 dipolos colineales. ..................................................................................13 2.3. Antena Uda-Yagi....................................................................................................14. 2.3.1. Método de diseño por el NBS (Nacional Bureau of Standars) .......................14 vi.

(10) 2.4. Diseño de la antena Wi-Fi Uda-Yagi. ....................................................................17. 2.4.1. Evaluación de la antena Uda-Yagi..................................................................18. 2.4.2. Edición de la antena con MMANA-GAL_Basic. ...........................................18. 2.4.3. Simulación y evaluación del comportamiento de la antena en el simulador. utilizado.........................................................................................................................19 2.4.4. Análisis de las características de la radiación de la antena. ............................22. 2.4.5. Edición de la antena con CST MICROWAVE STUDIO 2015. ........................23. 2.4.6. Simulación y evaluación del comportamiento de la antena en el simula dor. .24. 2.4.7. Análisis de las características de radiación de la antena. ................................27. 2.5. Diseño de la antena Wi-Fi Franklin de 5 dipolos colineales..................................29. 2.5.1. Edición de la antena con CST MICROWAVE STUDIO 2015. ........................30. 2.5.2. Simulación y evaluación de la antena en el simulador. ..................................31. 2.5.3. Análisis de las características de radiación de la antena. ................................34. 2.6. Diseño de la antena WI-FI Franklin invertida de 9 dipolos colineales. .................35. 2.6.1. Edición de la antena con CST MICROWAVE STUDIO 2015. ........................37. 2.6.2. Simulación y evaluación de la antena en el simulador. ..................................37. 2.6.3. Análisis de las características de radiación de la antena. ................................40. 2.7. Diseño de la antena Wi-Fi Biquad. ........................................................................41. 2.7.1. Edición de la antena con CST MICROWAVE STUDIO 2015. ........................43. 2.7.2. Simulación y evaluación de la antena en el simulador. ..................................45. 2.7.3. Análisis de las características de radiación de la antena. ................................48. CAPÍTULO 3. 3.1. Mediciones prácticas de las antenas. .......................................................50. Equipamiento de medición empleado. ...................................................................50. vii.

(11) 3.1.1 3.2. Materiales implementados en la fabricación. ..................................................52. Prototipo de antena Uda-Yagi. ...............................................................................53. 3.2.1. Resultados obtenidos en las mediciones en el analizador vectorial de redes. ZVB 20..........................................................................................................................53 3.3. Prototipo de antena Franklin. .................................................................................56. 3.3.1. Diseño del Balun en CST MICROWAVE STUDIO 2015................................57. 3.3.1. Resultados obtenidos en las mediciones en el analizador vectorial de redes. ZVB 20..........................................................................................................................58 3.4. Prototipo de antena Biquad. ...................................................................................62. 3.3.2. Resultados obtenidos en las mediciones en el analizador vectorial de redes. ZVB 20..........................................................................................................................63 3.5. Medición de los patrones de radiación, ganancia y razón front-to-back................66. 3.5.1 3.6. Cálculo de la ganancia y la razón front-to-back. ............................................70. Análisis económico ................................................................................................72. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................73 Conclusiones .....................................................................................................................73 Recomendaciones..............................................................................................................74 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................75 ANEXOS ..............................................................................................................................78 Anexo I Anexo II. Antena Franklin resonando fuera de la banda Wi-Fi. .....................................78 Laboratorio de investigación para comunicaciones inalámbricas. (CUJAE)…........................................................................................................................78 Anexo III. Fabricación de la antena Uda-Yagi. ............................................................80. Anexo IV. Fabricación de la antena Franklin. ..............................................................80 viii.

(12) Anexo V. Fabricación de la antena Biquad. ................................................................81. Anexo VI. Base giratoria con escala graduada. ............................................................82. Anexo VII. Mediciones Fábrica de Antenas Villa Clara................................................82. ix.

(13) INTRODUCCIÓN. INTRODUCCIÓN. El siglo XXI se ha caracterizado por tener un desarrollo vertiginoso en la ciencia y la tecnología mostrando un auge cada vez mayor en el área de las Telecomunicaciones. Los diversos dispositivos que operan para hacerla posible demandan la organización de un conjunto de arquitecturas para que la información sea enviada de manera rápida y segura. Estas arquitecturas son las redes de datos, las que se encuentran en dos grandes grupos: las redes cableadas y las redes inalámbricas. Ambas se comunican digitalmente, bien sea, por cables, en el caso de las redes cableadas o por el aire en el caso de las redes inalámbricas. Actualmente, el rápido y creciente avance de la tecnología inalámbrica, ha traído como consecuencia la demanda y el desbordamiento del mercado de una gran cantidad de productos para casi todas las necesidades, permitiendo conectar cada vez más dispositivos unos con otros. En estos momentos en el país, la empresa de Telecomunicaciones de Cuba “ETECSA” se encuentra en un proceso de extensión de sus servicios a la población a través de las redes inalámbricas o Wi-Fi. Por lo que esto hace evidente la necesidad de hacer inversiones en dispositivos, los que llegan a ser muy costosos y en los cuáles se encuentra un elemento común e indispensable: la antena [1]. Como el costo de estas antenas con tecnología de punta siempre ha sido alto, el saber cómo construir antenas con igual o mejor desempeño a las de fabricación comercial con recursos materiales nacionales a un menor precio podría servir como medio de solución. Actualmente en la Universidad Central Marta Abreu de las Villas no existen trabajos precedentes que aborden sobre el tema. Por lo que en este proyecto se hará un estudio de tres 1.

(14) INTRODUCCIÓN. antenas para redes Wi-Fi: Biquad, Franklin y Uda-Yagi; por la amplia aplicabilidad que hoy en día tienen y las cuales servirán como motivación a los estudiantes que cursan la asignatura de Antenas. A partir de lo anterior se llega al siguiente problema científico: . ¿Cómo contribuir con estos ejemplos a mejorar la calidad de la asignatura de Antenas?. . ¿Cómo verificar que el método de diseño teórico corresponde con el diseño práctico?. El objetivo general que se pretende con el siguiente trabajo es analizar el comportamiento de antenas Wi-Fi mediante la utilización del software de simulación CST MICROWAVE STUDIO 2015 y mediciones prácticas. Para dar solución al problema de investigación y dar cumplimiento al objetivo general, se plantean los siguientes objetivos específicos: . Abordar la teoría relacionada con las antenas para Wi-Fi.. . Emplear el software de simulación CST MICROWAVE STUDIO 2015 para la simulación y optimización de las antenas diseñadas a partir de los métodos de diseño teóricos.. . Implementar los prototipos de antenas y verificar a través de mediciones prácticas los resultados obtenidos en la simulación.. Para ello, en concordancia con cada uno de los objetivos específicos se crean las interroga ntes científicas: . ¿Cuál es la situación actual en los conocimientos de las antenas para aplicaciones WiFi?. . ¿Cómo evaluar la efectividad de los métodos de diseño expuestos con la utilizac ió n del software CST MICROWAVE STUDIO 2015?. . ¿Existe correspondencia entre el diseño teórico y los resultados alcanzados en las simulaciones y las mediciones?. El trabajo se ha conformado por tres capítulos en los cuales se abordan las siguie ntes temáticas: 2.

(15) INTRODUCCIÓN. Capítulo 1: Se dedicará al estudio teórico de antenas usadas en la tecnología Wi-Fi, las cuales son: antena Biquad, antena Franklin y la antena Uda-Yagi. Capítulo 2: Se utilizará para expresar los métodos de diseño teóricos de estas antenas, los cálculos realizados para cada una de ellas. Así como también a la simulación de las antenas y el análisis de los parámetros más importantes. Capítulo 3: Se establecen comparaciones entre las simulaciones y los resultados obtenidos de las mediciones reales. El trabajo constará de conclusiones donde se establecerá un análisis de los resultados obtenidos. También presentará recomendaciones que tomarán en consideración aspectos que puedan enriquecer y perfeccionar el estudio realizado en futuras investigaciones. Además de las referencias bibliográficas en las que se conformará una lista de la bibliografía consultada teniendo en cuenta las normas establecidas. Los anexos incluirán aquellos aspectos del trabajo que, por su longitud o complejidad, no se incluyen en el texto de la tesis pero que auxilian a una mejor comprensión de lo que se expone en ella.. 3.

(16) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE ANTENAS PARA Wi-Fi.. CAPÍTULO 1. Fundamentos teóricos de antenas para Wi-Fi.. El capítulo que se presenta a continuación expone las principales bases teóricas sobre la cual se nutre el trabajo presentado posteriormente. A través de esta sección se hace un acercamiento teórico a las antenas para Wi-Fi, particularizando en tres tipos: la antena Biquad, la antena Franklin y la antena Uda-Yagi. 1.1. Antena Cúbica o Quads. Este tipo de antena fue desarrollada por Clarence Moore en 1942 quien trabajó como ingeniero para la emisora HCIB en Quito, Ecuador. La misma constituye uno de los arreglos de antenas en ocasiones efectivas y se denomina antena cuadrangular cúbica o simple me nte Quads (Figura 1.1). La misma consiste en dos o más bucles cuadrados de hilo, soportados cada uno de ellos por una estructura en forma de cruz o cuadro que puede ser de bambú, fibra de vidrio, o cualquier material aislante. Los bucles o cuadros tienen un cuarto de longitud de onda por lado (una longitud de onda en total). Un bucle está excitado y el otro actúa como elemento parásito (generalmente un reflector). Su longitud total es de una longitud de onda.. Figura 1.1. Antena Cúbica o Quads simple.. 4.

(17) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE ANTENAS PARA Wi-Fi.. Cuando el perímetro del quad se aproxima a la longitud de onda, la máxima radiación (directividad) se produce en las direcciones perpendiculares al plano quad en ambos lados [2]. Por lo tanto, el perímetro del quad se elige por lo general para que sea aproximadame nte igual a la longitud de onda de operación. La polarización de una antena de cuadro depende del punto de alimentación; si se le alime nta en una rama horizontal, la polarización será horizontal y si se le alimenta en una rama vertical, será vertical. Aunque el cuadro esté en forma de rombo ocurre lo mismo. En cuanto a ganancia, se puede comparar una cúbica de dos elementos con una Yagi de tres elementos. 1.1.1. Antena Biquad. Una de las antenas más usadas por aficionados en internet es la antena bi-cuadro más conocida como Biquad. Esta antena tiene la característica fundamental que posee un buen ancho de banda para diversas aplicaciones y en Wi-Fi puede cubrir todos los canales manteniendo sus características radioeléctricas [3]. Una Biquad no es nada más que dos antenas de bucle único (Quad) que a su vez forman una matriz en donde cada una de ellas es un componente excitado. El trabajo de estas es la misma que una antena de dipolo plegado. Se genera el mismo diagrama de radiación, como un dipolo con más directividad y ancho de banda. Se pueden considerar como una forma modificada. de una antena de dipolo plegado. Más. específicamente sus elementos pertenecen a la categoría de pequeñas antenas de bucle de una sola vuelta [4]. Los dipolos loop (en este caso cuadrado) poseen una longitud eléctrica equivalente a una longitud de onda y como característica fundamental. La impedancia promedio de un dipolo de cuadro aproximadamente esta entre 100-150 ohm y posee una ganancia superior al dipolo de 𝜆⁄2 (Figura 1.2) [5].. 5.

(18) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE ANTENAS PARA Wi-Fi.. Figura 1.2. Patrón del dipolo de cuadro. En general la antena Biquad es fácil de construir y ofrece buena directividad y ganancia para las comunicaciones punto a punto. Consiste en dos cuadrados iguales de una longitud de onda como elemento de radiación y un plato metálico o malla como reflector. Esta antena tiene un ancho del haz de aproximadamente 70 grados y una ganancia en el orden de 10-12 dBi. Puede ser utilizada como una antena única o como un alimentador para un plato parabólico. Para encontrar la polarización, debemos observar el frente de la antena, con los cuadrados colocados lado a lado; en esa posición la polarización es vertical [6]. 1.2. Antena Franklin. En las comunicaciones Wi-Fi, a menudo se necesitan antenas con diagrama de radiación semicircular en el plano horizontal. Las antenas con patrón de radiación circulares pueden tener altos valores de ganancia, ya que es posible reducir su patrón de radiación vertical, utilizándose para ello antenas con dipolos alineados verticalmente. Cuando se necesita un diagrama circular, y se utiliza polarización vertical, la alineación de dipolos de media onda se puede llevar a cabo de acuerdo con el principio de la antena Franklin [7]. Esta antena es utilizada a menudo en las bandas de VHF y UHF con polarización vertical, produciendo un diagrama de radiación circular. No obstante, con el aumento de la frecuencia, surgen problemas con la separación de líneas entre dipolos, a causa que se amplía físicamente en relación con la longitud de onda, que por lo tanto conduce a un mayor impacto de la radiación de esta parte de la antena en el diagrama general de la antena. 6.

(19) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE ANTENAS PARA Wi-Fi.. El efecto no deseado de la radiación parásita de las líneas de fase se ha resuelto de muchas maneras (envolviendo la línea de dos hilos alrededor del eje de la antena, por el reemplazo de la línea de dos conductores con una bobina o un capacitor, etc.) con más o menos éxito. No obstante, para el trabajo en 2.4 GHz, este problema se hace también significativo por el espesor relativamente grande de los conductores de la antena en relación con la longitud de onda, y por lo tanto las dimensiones físicas de las dos líneas. Estas dimensiones no sólo determinan la impedancia característica, sino también la radiación parásita de estas partes, especialmente de corto circuito en el extremo de las dos líneas. El corto circuito en el extremo de la línea tiene que ser físicamente muy corto, de modo que la gran corriente que fluye a través de el de un nivel pequeño de radiación parásita tanto como sea posible. Su acortamiento disminuye la distancia entre los dos conductores, y por lo tanto disminuye la impedancia. Esta radiación parásita puede modificar en gran medida el diagrama de radiación total de la antena [7]. En resumen, la antena Franklin se basa en arreglos de dipolos colineales, cada uno de media longitud de onda, separados por líneas abiertas de 𝜆⁄4 con un plano reflector rectangula r separado de estos a 𝜆⁄4, manteniendo las mismas distribuciones de corrientes que el dipolo sin plegar debido al desfasaje de 180 grados producido por las secciones de líneas abiertas como se muestra en la figura 1.3 [8]. De este modo solo los segmentos de λ/2 con corrientes en fase contribuyen a la radiación de la antena [9].. Figura 1.3. Distribución de corriente en el arreglo de dipolos Franklin. 7.

(20) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE ANTENAS PARA Wi-Fi.. La alimentación de este tipo de antena presenta excelentes características en cuanto a rigidez mecánica en el punto de alimentación y acoplamiento de impedancia resultante en su centro de 200 ohm lo cual permite situarle un transformador de impedancia con relación de transformación de 4:1, con vistas a lograr un excelente acople entre los brazos de la antena y la línea de transmisión. Con el fin de lograr una mayor ganancia de la antena, un mayor número de dipolos necesita ser alineado a lo largo de la vertical. El aumento del número de dipolos en consecuencia aumenta la impedancia en el punto de alimentación muy rápidamente y la corriente se va atenuando, por lo que se convierte en poco práctico. 1.3. Antena Uda-Yagi. La antena Uda-Yagi es una antena direccional creada por el Dr. Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda (de ahí el nombre UdaYagi). Esta invención de quitar la tierra a las ya convencionales antenas (groundbreaking), produjo que, mediante una estructura simple de dipolo, combinado con elementos parásitos, conocidos como reflector y directores, logró construir una antena de muy alto rendimiento. Este tipo de antena es muy utilizada en aplicaciones de HF, VHF y UHF, por ser de bajo costo, fácil de construir y presentar características de radiación razonables en la mayoría de los casos prácticos. Las antenas Uda-Yagi son arreglos unidireccionales que consisten en un elemento alimentado (elemento activo) y varios no alimentados (elemento parásito), dispuestos en paralelo en un soporte conocido como boom. Los elementos parásitos instalados delante del elemento alimentado y que refuerzan el campo hacia adelante, se les llama "directores". Al elemento situado detrás y que también refuerza el campo hacia adelante se le llama "reflector". En ocasiones se utilizan como reflectores en lugar de elementos lineales, superficies o planos reflectores que pueden adoptar diversas formas. Para la configuración de dos elementos, el elemento parásito es utilizado generalmente como reflector. El elemento activo no es más que un dipolo simple o doblado.. 8.

(21) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE ANTENAS PARA Wi-Fi.. Su ganancia está dada por: 𝐺 = 10 log 𝑛 (Donde 𝑛 es el número de elementos por considerar). En general este tipo de antenas incluye en su diseño solo un reflector, sin embargo, se disponen varios directores, tal y como muestra la figura 1.4.. Figura 1.4. Antena Uda-Yagi. Este tipo de antena es muy utilizada por sus características: o Directiva: recibe con más eficiencia. las señales procedentes de regiones. determinadas del espacio (la antena se orienta en su instalación para que en estas regiones quede ubicada la fuente de radiodifusión), reduciendo las interferencias que pueden ser provocadas por otras señales que no son las de la fuente que se desea recibir, o las interferencias provocadas por multitrayecto de la misma señal. o Buena razón Front to Back: lo que indica que, para la antena en recepción, la fase y la amplitud de las corrientes inducidas en los elementos por el campo incidente y los demás elementos hace que la corriente inducida en el elemento alimentado (ahora conectado al receptor) sea máxima para los campos que vienen delante y mínima para los campos que vienen detrás del elemento activo. o Gran facilidad de acoplamiento a la línea de alimentación.. 9.

(22) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE ANTENAS PARA Wi-Fi.. Estas antenas poseen como desventajas que la impedancia de entrada compleja y el ancho de banda se ven afectados debido al acoplamiento electromagnético entre los elementos. O sea, el acoplamiento mutuo entre los directores, reflector y el elemento radiante, siendo por tanto antenas de banda estrecha, por lo cual se deben optimizar variables como:. la longitud de. cada uno de los elementos y la separación entre ellos para lograr el ancho de banda recomendado [2]. En virtud del principio de reciprocidad, toda antena presenta igual comportamiento en recepción y en transmisión, pero como es más fácil comprender el funcionamiento de una antena Uda-Yagi en transmisión, se explicará cómo opera dicha antena en este régimen de trabajo. Puesto que, toda Uda-Yagi está formada por un elemento alimentado que no es más que un dipolo simple o doblado y uno o varios elementos aislados conocidos como "elementos. parásitos".. La corriente que circula. en el dipolo. irradia. un campo. electromagnético, el cual induce corrientes en los "elementos parásitos" de la antena. Las corrientes inducidas en esos elementos irradian también campos electromagnéticos que a su vez inducen corrientes en los demás. Finalmente, la corriente que circula en cada uno de los elementos es el resultado de la interacción entre todos los elementos. La amplitud y la fase de esa corriente dependen de la posición y de las dimensiones de cada elemento. El campo electromagnético irradiado por la antena en cada dirección será la suma de los campos irradiados por cada uno de los elementos. La amplitud y la fase de la corriente que circulan en cada elemento son diferentes. Además, como la distancia a cada elemento depende de la dirección del punto de medida del campo, la suma dependerá de la dirección.. 10.

(23) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. CAPÍTULO 2. Métodos de diseño de las antenas seleccionadas para Wi-Fi. Simulación y análisis de los resultados obtenidos de las antenas a través del software CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Este capítulo se utilizará para expresar; el diseño teórico de las antenas; Biquad, Franklin y Uda-Yagi, así como: los cálculos realizados, la simulación y el análisis de cada uno de los resultados obtenidos a través del software CST MICROWAVE STUDIO 2015. 2.1. Antena Biquad. En cuanto a su método de diseño puede decirse que no existe uno realmente eficiente en todos los segmentos de banda, es por ello que se hacen pruebas mediante la simulación con herramientas virtuales para llegar a propuestas conforme a los intereses. Cálculo del radiador y el reflector. 1. Frecuencia de operación (𝑓𝑜 = 2.440 GHz) 2. Cálculo de la longitud de onda (λ) a la frecuencia de operación:. 𝜆 = 𝑐⁄𝑓. 𝑜. c: velocidad de la luz en el espacio libre. λ: longitud de onda 3. Calcular longitud de cada segmento del quad (radiador):. 𝑙𝑑 = 1⁄4 𝜆. 11.

(24) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. ld: longitud de los lados del radiador. 4. Distancia entre el biquad y el reflector:. ℎ = (1⁄8)𝜆 * Considerar que en algunas graficas de la ROE vs Directividad, la distancia podría variar entre 15 mm y 20 mm sin problemas. 5. Altura del reflector 𝐴𝑅 = 105 𝑚𝑚. (Como mínimo) 6. Largo del reflector 𝐿 𝑅 = 235.4 𝑚𝑚. 7. Radio del conductor 𝑅 ≤ 2.5 𝑚𝑚. 8. Cerciorarse que los dobleces estén exactamente a la longitud calculada y con un. ángulo de 90ᵒ. 9. Tener en cuenta que la longitud total de cada quad es aproximadamente igual a una. longitud de onda y la longitud de una biquad sería dos veces la longitud de onda. 2.2. Antena Franklin. A través de la bibliografía estudiada se encontraron dos métodos de diseño para estos tipos de antenas, los cuáles serán puestos en práctica. 2.2.1. Dimensiones completas incluyendo el reflector, recomendadas para la antena Franklin de cinco dipolos colineales.. 1. Frecuencia de operación (fo = 2.440 GHz) 2. Cálculo de la longitud de onda (λ) a la frecuencia de operación:. 𝜆 = 𝑐⁄𝑓. 𝑜. 𝑐: velocidad de la luz en el espacio libre. λ: longitud de onda 3. 𝐴 = 0.320𝜆 ; 𝐵 = 0.574𝜆 ; 𝐶 = 0.543𝜆 ; 𝐷 = 0.158𝜆 ; 𝐸 = 0.180𝜆. 12.

(25) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. 𝐹 = 0.032𝜆; 𝐺 = 0.081𝜆. ver figura. 2.1. 4. 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚𝑏𝑟𝑒 = 0.0162𝜆. 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚𝑏𝑟𝑒 : diámetro del conductor. 5. Reflector:. 𝐻𝑎𝑙𝑅 = 3.70𝜆 ; 𝐻𝑎𝑛𝑅 = 0.50𝜆 𝐻𝑎𝑙𝑅 : Altura del reflector. 𝐻𝑎𝑛𝑅 : Ancho del reflector. Figura 2.1. Representación de las longitudes recomendadas en la antena Franklin. 2.2.2. Dimensiones completas incluyendo el reflector para la antena Franklin invertida de 9 dipolos colineales. 1) Frecuencia de operación (fo = 2.440 GHz) 2) Cálculo de la longitud de onda (λ) a la frecuencia de operación: 𝜆 = 𝑐⁄𝑓. 𝑜. 𝑐: velocidad de la luz en el espacio libre. λ: longitud de onda 3) 𝐴 = 0.3416𝜆; 𝐵 = 0.5775𝜆; 𝐶 = 0.5937𝜆; 𝐷 = 0.6181𝜆; 𝐸 = 0.5449𝜆; 𝐹 = 0.1342𝜆; 𝐺 = 0.19764𝜆; 𝐻 = 0.28466𝜆; 𝑆 = 0.0325𝜆; Figura 2.1.a 4) Radio del conductor: 𝑟 = 0.00813𝜆; 5) Reflector: 𝐴𝑟 = 0.61𝜆; 𝐿 𝑟 = 7.32𝜆;. 13.

(26) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2. 1.a. Representación de las longitudes recomendadas en la antena Franklin invertida. 2.3. Antena Uda-Yagi. Básicamente existen dos métodos de diseño de este tipo de antena que ofrecen resultados favorables. El primero es el método de la FEMI [10]. Este tiene la ventaja de que permite interiorizar la operación de la antena Uda-Yagi. El segundo es un método tabular conocido como método de la NBS [11] , que ofrece la posibilidad de llegar a soluciones de ingenier ía de una forma rápida y confiable . 2.3.1. Método de diseño por el NBS (Nacional Bureau of Standars). El método del Nacional Bureau of Standards de Estados Unidos provee un procedimie nto para determinar los parámetros geométricos de la antena Uda-Yagi para una ganancia directiva determinada (sobre un dipolo de media longitud de onda). El documento origina l sobre el cual se basa este procedimiento es Peter P. Viezbicke, “Yagi Antenna Design”, NBS Technical Note 688, December 1976. El núcleo del método de diseño se incluye en los siguientes datos: 1.. Tabla 1 que representa los parámetros de antenas optimizadas para seis longitude s. diferentes y para 2 a/λ = 0,0085. 2.. La figura. 2.2 que representa las longitudes no compensadas de longitudes de director. y reflector para 0,001 ≤ 2 a/λ ≤ 0,04. 3.. La figura 2.3 suministra el incremento de longitud compensada para todos los. elementos parásitos (directores y reflector) como una función del diámetro del boom (0,001 ≤ 2 aboom/λ ≤ 0,04) 4.. La información de entrada necesaria es: . Frecuencia central. 14.

(27) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. . Ganancia directiva.. . Diámetro del boom.. Para el caso del espaciamiento en el punto de alimentación no debe ser mayor a λ/10 a la frecuencia más alta. Tabla 2.1. Parámetros de antenas optimizadas. para seis longitudes. diferentes. y. para 2 a/λ = 0,0085. 𝑑⁄ = 0.0085 𝜆. LONGITUD DE LOS ELEMENTOS EN (𝜆). 𝑆12 = 0.2𝜆 0.4 LONGITUD DE REFLECTOR (𝑙 1⁄𝜆 ) LONGITUD DE LOS. 0.8. 1.20. 2.2. 3.2. 4.2. 0.482 0.482 0.482 0.482 0.482 0.475. 𝑙3. 0.442 0.428 0.428 0.432 0.428 0.424. 𝑙4. 0.424 0.420 0.415 0.420 0.424. 𝑙5. 0.428 0.420 0.407 0.407 0.420. 𝑙6. 0.428 0.398 0.398 0.407. 𝑙7. 0.390 0.394 0.403. 𝑙8. 0.390 0.390 0.398. 𝑙9. 0.390 0.386 0.394. 𝑙 10. 0.390 0.386 0.390. 𝑙 11. 0.398 0.386 0.390. 𝑙 12. 0.407 0.386 0.390. DIRECTORES EN (𝜆). 15.

(28) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. ESPACIAMIENTO ENTRE. 𝑙 13. 0.386 0.390. 𝑙 14. 0.386 0.390. 𝑙 15. 0.386 0.390. 𝑙 16. 0.386. 𝑙 17. 0.386 0.20. 0.20. 0.25. 0.20. 0.20. 0.308. G(dB). 7.1. 9.2. 10.2. 12.25. 13.4. 14.2. CURVAS DE DISEÑO. A. B. B. C. B. D. DIRECTORES. Figura 2.2. Longitudes no compensadas de longitudes de director y reflector para 0,001 ≤ 2 a/λ ≤ 0,04.. 16.

(29) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.3 Incremento de longitud compensada para todos los elementos parásitos (directores y reflector) como una función del diámetro del boom (0,001 ≤ 2 aboom/λ ≤ 0,04). 2.4. Diseño de la antena Wi-Fi Uda-Yagi.. Para la elaboración de la misma se ha puesto en práctica el método del Nacional Bureau of Standards de Estados Unidos para la confección de una antena de 5 elementos. A modo de resumen en la tabla 2.2 se muestran los parámetros utilizados y los resultados de los cálculos realizados en el diseño de la antena Uda-Yagi. Los valores correspondientes a las dimensiones de la antena se especifican en milímetros para lograr una idea más clara del tamaño real de la misma. Tabla 2.2. Parámetros utilizados y cálculos en el proceso de diseño. Parámetro Utilizado. Abreviatura. Valor. Unidad. Velocidad de la luz. C. 300 000 000. 𝑚 ⁄𝑠. Frecuencia central de la banda* 1. 𝑓𝑐. 2.440. GHz. 𝜆𝑐. 0.1229. m. Calculado Longitud de onda*2. 17.

(30) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Radio del conductor. R. 2. *1 Frecuencia central de la banda de trabajo calculada como 𝑓𝑐 =. mm 𝑓𝐻 + 𝑓𝐿 2. .. *2 La longitud de onda se calcula para la frecuencia central de la banda. 2.4.1. Evaluación de la antena Uda-Yagi.. Existen numerosas herramientas para la simulación y comprobación de diseños de antenas . En el caso de la antena Uda-Yagi, el uso de softwares de simulación como MMANAGAL_BASIC permite realizar optimizaciones y obtención de parámetros de forma rápida y precisos. A la hora de realizar antenas en las que por su área de trabajo se requiere que sean óptimas, un software profesional como CST MICROWAVE STUDIO 2015 se convierte en el ideal, el cual hace uso de un cálculo más avanzado denominado Método del Dominio del Tiempo por Diferencias Finitas (FDTD) que se encarga de la discretización de las ecuaciones de Maxwell llevada al ámbito espacial de los objetos reales en 3D donde el elemento fundamental en el dominio del cálculo se denomina Malla. 2.4.2. Edición de la antena con MMANA-GAL_Basic.. Luego de realizados los cálculos necesarios para las longitudes de cada elemento de la antena a través del uso de las tablas y curvas que ofrece el método del Nacional Bureau of Standards de Estados Unidos y con la simulación y optimización de esta en MMANA-GAL_Basic, fueron arrojados resultados que se exponen más adelante. La figura 2.4 muestra la antena simulada en MMANA-GAL_Basic optimizada con el aumento de dos directores para un mejor desempeño de los parámetros de la misma.. Figura 2.4. Antena Uda-Yagi de 7 elementos. 18.

(31) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. La tabla 2.3 muestra las longitudes de cada elemento y separación entre estos. Tabla 2.3. Longitudes de los elementos y separación. Elemento. Longitud (mm). Separación entre elementos (mm) Dipolo. Directores 1. 2. 3. 4. 5. Reflector. 55.98. 20.52. 43.29 74.87 93.84 120.81 146.19. Dipolo Doblado. 41.06. -. 22.77 54.35 73.32 100.29 125.67. Altura del Dipolo. 26. -. -. Director 1. 48.78. -. -. Director 2. 44.04. -. -. -. Director 3. 46.78. -. -. Director 4. 44.38. -. Director 5. 42.54. -. 2.4.3. -. -. -. -. 77.52. 102.9. 18.97. 45.94. 71.32. -. -. 26.97. 52.35. -. -. -. -. 25.38. -. -. -. -. -. 31.58 50.55. Simulación y evaluación del comportamiento de la antena en el simulador utilizado.. A la hora de confeccionar una antena el uso de varios simuladores puede ser esencial, con lo cual se asegura fidelidad al proyecto. Los resultados alcanzados con la utilización del simulador MMANA-GAL_Basic son mostrados a continuación. La obtención de los parámetros: ganancia, razón de onda estacionaria (ROE), razón front-toback e impedancia en el punto de alimentación de la antena se concreta a través del cálculo 19.

(32) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. realizado para la frecuencia de trabajo que opera la misma 2.440 GHz, la cual es la frecuencia central de la banda WI-FI (2.4 GHz a 2.48 GHz). La figura 2.5 muestra la ganancia vs razón front-to-back para la frecuencia analizada. Se puede apreciar en la frecuencia de operación de la antena un valor para la ganancia de 12.14 dBi y razón front-to-back de 23.69 dB, se puede apreciar también como luego de esta frecuencia la ganancia continúa aumentando, pero la razón front-to-back comienza a degradarse.. Figura 2.5. Ganancia vs front-to-back del diseño. En la figura 2.6 se presenta el comportamiento de la impedancia de entrada en el punto de alimentación en parte real e imaginaria respectivamente. La resistencia de entrada (𝑅𝑖𝑛 ) = 50 𝑜ℎ𝑚 y la reactancia de entrada (𝑋𝑖𝑛 ) = 0 𝑜ℎ𝑚, lo que hace evidente que se pueda realizar una correcta adaptación de impedancia a la línea de alimentación (cable coaxial de 50 ohm de bajas pérdidas) sin la necesidad de utilizar un adaptador de impedancia o simetrizador.. 20.

(33) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.6. Impedancia de entrada. El resultado del acople a la línea de transmisión se muestra en la figura 2.7 razón de onda estacionaria (ROE).. Figura 2.7. Razón de Onda Estacionaria (ROE) Como criterio práctico se considera que los valores de la razón de onda estacionaria sean menores o iguales a 2 (ROE ≤ 2) y cuanto más cercano esté el valor a la unidad mejor será el 21.

(34) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. desempeño de la antena, o lo que es igual, el ancho de banda de la antena está definido por la banda en la cual el coeficiente de reflexión permanece por debajo de -10 dB (Г ≤ -10 dB) [12] , lo cual implica que la antena posee una buena capacidad de radiar la potencia en lugar de reflejarla hacia el generador. Teniendo en cuenta el criterio expuesto anteriormente se puede decir que la antena se encuentra operando correctamente en toda la banda con valores de ROE de 1.5 para 2.4 GHz haciéndose mínima en el centro de la banda en los 2.440 GHz con valor de 1.01 y aumentando a partir de esta frecuencia hasta el límite de la banda 2.48 GHz con un valor cercano a 2. De esta forma se hace evidente el buen ancho de banda que presenta esta antena para su utilización en la banda WI-FI. 2.4.4. Análisis de las características de la radiación de la antena.. El patrón de radiación de campo lejano en coordenadas polares como en 3D obtenido en MMANA-GAL_Basic se hace visible en la figura 2.8 para la frecuencia de diseño.. Figura 2.8. Patrón de radiación en 3D y en coordenadas polares. Los patrones de radiación muestran comportamientos esperados con lóbulos primarios que alcanzan sus máximos orientados en el eje X con una excelente concentración de la energía hacia la parte frontal de la antena, esto trae como consecuencia que el diseño cumpla con el. 22.

(35) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. criterio de directividad que se desea imponer, donde se requiere que la antena sea directiva en la dirección de sus elementos directores con lóbulos traseros pequeños. 2.4.5. Edición de la antena con CST MICROWAVE STUDIO 2015.. A partir de los resultados alcanzados con el simulador MMANA-GAL_Basic: longitudes de los elementos y espaciamiento entre estos para el diseño presentado, los mismos fueron introducidos en el simulador profesional CST MICROWAVE STUDIO 2015 obteniéndose resultados que serán analizados a continuación. La figura 2.9 muestra la antena Uda-Yagi diseñada en el ambiente de trabajo de CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.9. Uda-Yagi diseño. En la figura 2.10 correspondiente al parámetro pérdidas por retorno (𝑆11 ) se puede observar que en 2.3201 GHz es donde mejor se comporta este parámetro coincidiendo de igual manera con la ROE fuera de la banda de trabajo, por lo que se hace necesario hacer recurrir a modificaciones al diseño anterior para lograr que el mejor comportamiento de estos parámetros se encuentren lo mejor posible dentro de la banda Wi-Fi.. 23.

(36) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.10. Comportamiento inicial del parámetro (𝑆11 ) en el diseño de la Uda-Yagi en CST MICROWAVE STUDIO 2015. 2.4.6. Simulación y evaluación del comportamiento de la antena en el simulador.. Luego de haber modificado la antena para un correcto funcionamiento dentro de la banda Wi-Fi a través de las separaciones entre elementos y las longitudes, se obtienen los resultados mostrados a continuación. La obtención de los parámetros: ganancia, razón de onda estacionaria (ROE), pérdidas por retorno (𝑆11 ), razón front-to-back e impedancia en el punto de alimentación de la antena se concreta a través del barrido de frecuencias realizado con CST MICROWAVE STUDIO 2015 desde 2 GHz a 3 GHz. Específicamente los resultados se centran en la frecuencia central de la banda Wi-Fi. La figura 2.11 muestra la máxima ganancia vs frecuencia donde se puede observar un ligero aumento en consideración al valor obtenido en MMANA-GAL_Basic.. Figura 2.11. Máxima ganancia vs frecuencia. 24.

(37) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. En la figura 2.12 se exhibe la razón front-to-back con un valor de 21.63 dB para la frecuencia que mejor desempeño muestra la antena y también como este parámetro se encuentra 2 dB aproximadamente por debajo al diseño realizado en MMANA-GAL_Basic para la frecuencia central de la banda donde se hace evidente el compromiso que existe entre ganancia y razón front-to-back en el diseño de este tipo de antenas, así como que este parámetro desciende con el aumento de la frecuencia.. Figura 2.12. Razón front-to-back vs frecuencia. La figura 2.13 y 2.14 representa el comportamiento de la impedancia de entrada en el punto de alimentación en parte real e imaginaria respectivamente. La resistencia de entrada (𝑅𝑖𝑛 ) = 54.805 𝑜ℎ𝑚 y la reactancia de entrada (𝑋𝑖𝑛 ) = 0.686 𝑜ℎ𝑚 aproximadamente, lo que confirma que el dipolo doblado que se diseñó sirve como solución al problema de adaptar la antena a la línea de transmisión.. Figura 2.13. Impedancia parte real.. 25.

(38) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.14. Impedancia parte imaginaria. La figura 2.15 representa la razón de onda estacionaria (VSWR) con valores que comienza n en 1.615 para la frecuencia inicial de la banda disminuyendo hasta alcanzar la frecuencia de trabajo para un valor de 1.097 y luego aumentando hasta llegar a 2.48 GHz con un valor 1.698. Por lo que se hace evidente el correcto desempeño presente en toda la banda lo cual conlleva a un buen ancho de banda.. Figura 2.15. Razón de onda estacionaria (VSWR). En la figura 2.16 se muestra las pérdidas por retorno (𝑆11 ) las cuales se puede observar que en 2.44 GHz es la frecuencia donde mejor se comporta este parámetro obteniéndose valores de pérdidas por retorno de -26.686 dB.. 26.

(39) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.16. Pérdidas por retorno (𝑆11 ). 2.4.7. Análisis de las características de radiación de la antena.. El uso de CST MICROWAVE STUDIO 2015 ofrece la posibilidad de mostrar los resultados en diagramas de coordenadas polares y mostrar estos en perspectivas tridimensionales. Un ejemplo de las potencialidades gráficas del programa se presenta en las figuras 2.17 y 2.18. En este caso se muestran los resultados de la simulación para la frecuencia central de la banda. La figura 2.17 presenta el patrón de radiación de campo lejano en tres dimensiones y en coordenadas polares, en este último se resalta el valor de la ganancia con colores diferentes los cuales son especificados en una barra que a modo de leyenda asigna un valor numérico a cada uno de ellos.. Figura 2.17. Patrón de radiación en tres dimensiones y en coordenadas polares. La figura 2.18 exhibe la distribución de corrientes presentes en la estructura de la antena. 27.

(40) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.18. Distribución de corrientes en la antena Uda-Yagi. La tabla 2.4 relaciona los patrones de radiación en coordenadas polares de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo para algunas frecuencias de interés: 2.4 GHz, 2.44 GHz y 2.48 GHz en las cuales se evidencia que con el aumento de la frecuencia; aumenta de manera moderada la ganancia y disminuye la razón front-to-back a la vez que van surgiendo mayor cantidad de lóbulos traseros. Tabla 2.4. Patrones de radiación vertical y horizontal en coordenadas polares.. 28.

(41) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. 2.5. Diseño de la antena Wi-Fi Franklin de 5 dipolos colineales.. Para la elaboración de esta antena se ha puesto en práctica las medidas recomendadas para la confección de una antena franklin de 5 dipolos colineales, así como la optimización de estas a través del software CST MICROWAVE STUDIO 2015. En la tabla 2.5 se muestran los parámetros utilizados y los resultados de los cálculos en el diseño de la antena. Los valores correspondientes a las dimensiones de la antena se especifican en milímetros para lograr una idea más clara del tamaño real de la misma. Tabla 2.5 Parámetros utilizados y calculados en el proceso de diseño. Parámetro Utilizado. Abreviatura. Valor. Unidad. Velocidad de la luz. c. 300 000 000. 𝑚 ⁄𝑠. 29.

(42) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Frecuencia central de la banda* 1. 𝑓𝑐. 2.440. GHz. Longitud de onda*2. 𝜆𝑐. 0.1229. m. Radio del conductor. r. 1. mm. Calculado. Segmentos de la Antena. Longitud (mm). A. 39.328. B. 70.54. C. 66.73. D. 19.42. E. 22.12. F. 4. G. 9.95. *1 Frecuencia central de la banda de trabajo calculada como 𝑓𝑐 =. 𝑓𝐻 + 𝑓𝐿 2. .. *2 La longitud de onda se calcula para la frecuencia central de la banda. 2.5.1. Edición de la antena con CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Luego de realizados los cálculos necesarios para las longitudes de cada elemento de la antena y teniendo en cuenta las longitudes recomendadas para la antena Franklin de 5 dipolos colineales y haciendo un uso adecuado del simulador se llega a obtener resultados esperados para este tipo de antena.. 30.

(43) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. En la figura 2.19 se muestra la antena Franklin finalizada en el ambiente de trabajo de CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.19. Antena Franklin de 5 dipolos colineales. 2.5.2. Simulación y evaluación de la antena en el simulador.. La obtención de los parámetros: ganancia, razón de onda estacionaria (ROE), pérdidas por retorno (𝑆11 ), razón front-to-back e impedancia en el punto de alimentación de la antena se concreta a través del barrido de frecuencias realizado con CST MICROWAVE STUDIO 2015 de 2 GHz a 3 GHz. Específicamente los resultados se centran en la frecuencia 2.427 GHz donde menor se hacen las pérdidas por retorno. La figura 2.20 muestra la máxima ganancia vs frecuencia en toda la banda apreciándose en 2.4 GHz una ganancia de 12.13 dBi y aumentando de manera moderada hasta 2.424 GHz con valor de 12.168 dBi y comenzando a disminuir levemente a partir de esta pasando por 2.427 GHz con unos 12.166 dBi y haciéndose la curva más abrupta con el aumento de la frecuencia para una ganancia al final de la banda de 11.95 dBi.. 31.

(44) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.20. Máxima ganancia vs frecuencia. En la figura 2.21 se exhibe la razón front-to-back con un valor de 13.92 dB para la frecuencia en que se observa mejor comportamiento en general.. Figura 2.21. Razón front-to-back vs frecuencia. Las figuras 2.22 y 2.23 representan el comportamiento de la impedancia de entrada en el punto de alimentación en parte real e imaginaria respectivamente. La resistencia de entrada (𝑅𝑖𝑛 ) = 201.433 𝑜ℎ𝑚 y la reactancia de entrada (𝑋𝑖𝑛 ) = −6.201 𝑜ℎ𝑚 aproximadame nte, lo cual hace evidente la necesidad de adaptar la antena a la línea de transmisión como aparece reflejado en la literatura de esta antena.. 32.

(45) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.22. Impedancia parte real.. Figura 2.23. Impedancia parte imaginaria. La figura 2.24 muestra la razón de onda estacionaria (VSWR) con valores que comienzan en 1.225 para la frecuencia inicial de la banda y disminuyendo hasta alcanzar la frecuencia de trabajo para un valor de 1.032 y luego aumentando ligeramente hasta 1.397 para 2.48 GHz.. Figura 2.24. Razón de onda estacionaria (VSWR). 33.

(46) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. En la figura 2.25 se muestra las pérdidas por retorno (𝑆11 ) en la que se puede observar para la frecuencia 2.427 GHz es donde mejor se comporta este parámetro obteniéndose valores de pérdidas por retorno de -35.997 dB.. Figura 2.25. Pérdidas por retorno (𝑆11 ). 2.5.3. Análisis de las características de radiación de la antena.. La figura 2.26 representa el patrón de radiación de campo lejano en tres dimensiones y en coordenadas polares.. Figura 2.26. Patrón de radiación en tres dimensiones y en coordenadas polares.. 34.

(47) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. La tabla 2.6 relaciona los patrones de radiación vertical y horizontal en coordenadas polares de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo para la frecuencia de trabajo de la antena y la frecuencia central de la banda. Tabla 2.6. Patrones de radiación en coordenadas polares.. 2.6. Diseño de la antena WI-FI Franklin invertida de 9 dipolos colineales.. Para la elaboración de la misma se ha puesto en práctica un conjunto de dimensio nes recomendadas para esta versión de la antena Franklin las cuáles aparecen reflejadas anteriormente en el trabajo, así como el uso del software CST MICROWAVE STUDIO 2015. La tabla 2.7 muestra los parámetros utilizados y los resultados de los cálculos en el diseño de la antena. Los valores correspondientes a las dimensiones de la antena se especifican en milímetros. 35.

(48) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Tabla 2.7. Parámetros utilizados y cálculos en el proceso de diseño. Parámetro Utilizado. Abreviatura. Valor. Unidad. Velocidad de la luz. c. 300 000 000. 𝑚 ⁄𝑠. Frecuencia central de la banda* 1. 𝑓𝑐. 2.440. GHz. Longitud de onda*2. 𝜆𝑐. 0.1229. m. Radio del conductor. r. 2. mm. Calculado. Segmentos de la Antena. Longitud (mm). A. 41.98. B. 70.97. C. 72.96. D. 75.96. E. 66.97. F. 16.49. G. 24.28. H. 34.96. S. 4. *1 Frecuencia central de la banda de trabajo calculada como 𝑓𝑐 =. 𝑓𝐻 + 𝑓𝐿 2. .. *2 La longitud de onda se calcula para la frecuencia central de la banda. 36.

(49) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. 2.6.1. Edición de la antena con CST MICROWAVE STUDIO 2015.. A través de los cálculos realizados para las longitudes de cada elemento de la antena y luego de realizar modificaciones a las separaciones de los elementos, longitudes y con un aumento del radio de los conductores hasta 1.25 mm (𝑟 = 1.25 𝑚𝑚) se llega al diseño final. La figura 2.27 exhibe la antena Franklin invertida en el ambiente de trabajo de CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.27. Antena Franklin de 9 dipolos colineales. 2.6.2. Simulación y evaluación de la antena en el simulador.. Las obtenciones de los parámetros de interés se obtienen a través del software CST MICROWAVE STUDIO 2015 mediante un barrido de frecuencia de 2 GHz a 3 GHz y estos específicamente en la banda Wi-Fi (2.4 GHz – 2.48 GHz). La figura 2.28 muestra la máxima ganancia vs frecuencia en toda la banda apreciándose en 2.4 GHz una ganancia de 15.52 dBi y un aumento de la ganancia hasta 2.435 GHz para unos 15.99 dBi y a partir de esta frecuencia se puede observar como la ganancia comienza a disminuir ligeramente con el aumento de la frecuencia hasta llegar a 2.48 GHz con aproximadamente 15.35 dBi.. 37.

(50) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.28. Máxima ganancia vs frecuencia. La figura 2.29 exhibe la razón front-to-back con un valor de 14.887 dB para la frecuencia que mejor comportamiento presenta la antena.. Figura 2.29. Razón front-to-back vs frecuencia. En las figuras 2.30 y 2.31 se encuentra representado el comportamiento de la impedancia de entrada en el punto de alimentación en parte real e imaginaria respectivamente. La resistencia de entrada (𝑅𝑖𝑛 ) = 204.957 𝑜ℎ𝑚 y la reactancia de entrada (𝑋𝑖𝑛 ) = −13.0205 𝑜ℎ𝑚, lo que hace necesario el uso de un transformador de impedancia 4:1 para lograr una correcta adaptación de impedancia de la antena a la línea de transmisión.. 38.

(51) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.30. Impedancia de entrada parte real.. Figura 2.31. Impedancia de entrada parte imaginaria. La figura 2.32 representa la razón de onda estacionaria (VSWR) con valores que empiezan en 1.913 para la frecuencia inicial de la banda disminuyendo hasta alcanzar la frecuencia de trabajo 2.435 GHz para un valor de 1.071 y luego aumentando hasta llegar a 2.48 GHz con una ROE de 1.87. Contando de esta forma con un ancho de banda que puede cubrir todos los canales de la banda.. Figura 2.32. Razón de onda estacionaria (VSWR). 39.

(52) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. En la gráfica razón de onda estacionaria se puede observar una de las características de este tipo de antena, la misma resuena en varias frecuencias (2.187 GHz y 2.435 GHz). Aunque en 2.187 GHz se puede observar un pico bastante abrupto y parecido al que se genera en la frecuencia de trabajo de esta antena, el patrón de radiación que se obtiene en esta frecuencia no es propio de este tipo de antena. Un ejemplo del patrón de radiación obtenido para la frecuencia en que resuena esta antena fuera de la banda Wi-Fi puede ser visto en el (Anexo I). En la figura 2.33 se exhibe las pérdidas por retorno (𝑆11 ) en la que se puede observar una pérdida por retorno de -29.27 dB .. Figura 2.33. Pérdidas por retorno (𝑆11 ). 2.6.3. Análisis de las características de radiación de la antena.. En la figura 2.34 se exhibe el patrón de radiación de campo lejano en coordenadas polares y en tres dimensiones.. Figura 2.34. Patrón de radiación en tres dimensiones y en coordenadas polares. 40.

(53) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. En la tabla 2.8 se encuentran los patrones de radiación vertical y horizontal en coordenadas polares para la frecuencia central de la banda y para la frecuencia de trabajo. Tabla 2.8 Patrones de radiación en coordenadas polares.. 2.7. Diseño de la antena Wi-Fi Biquad.. Para la realización de este tipo de antena se decidió implementar tecnología de microcinta como solución para una futura producción en masa de este tipo de antena a escala industr ia l, en sustitución a los alambres de cobre tan usados por los radioaficionados, lo que se traduce en: un menor tiempo de construcción y mano de obra, lo que equivale a un aumento de la producción y la obtención de mayores ingresos en menor tiempo. El diseño teórico de esta antena fue realizado a partir de la teoría para conductores cilíndricos , pero se implementa a través del software CST MICROWAVE STUDIO 2015 tecnología de. 41.

(54) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. microcinta obteniéndose resultados similares a los que se obtienen con conductores cilíndricos, los que serán expuestos posteriormente. En la tabla 2.9 se muestran los resultados de los cálculos realizados para la confección de la antena en sus momentos iniciales. Los valores correspondientes a las dimensiones de la antena se especifican en milímetros para lograr una idea más clara del tamaño real de la misma. Tabla 2.9. Parámetros utilizados y calculados en el proceso de diseño. Parámetro Utilizado. Abreviatura. Valor. Unidad. Velocidad de la luz. c. 300 000 000. 𝑚 ⁄𝑠. Frecuencia central de la banda* 1. 𝑓𝑐. 2.440. GHz. Longitud de onda*2. 𝜆𝑐. 0.1229. m. Ancho de la pista*3. A. 4. mm. Grosor de la pista. G. 0.0035. mm. Grosor del FR-4. gr. 1.6465. mm. Largo del FR-4. X. 110. mm. Altura del FR-4. Y. 62. mm. Longitud del radiador. ld. 30.7. mm. Calculado. *1 Frecuencia central de la banda de trabajo calculada como 𝑓𝑐 =. 𝑓𝐻 + 𝑓𝐿 2. .. *2 La longitud de onda se calcula para la frecuencia central de la banda.. 42.

(55) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. *2 El ancho de la pista se calculó tomando como referencia un conductor cilíndrico de radio 2 mm y un grosor de la pista aproximadamente cero (0.0035 mm) auxiliándose de una fórmula para convertir de un conductor cilíndrico a uno rectangular y viceversa 𝑎𝑒 = 0.25 ∗ 𝑎 [11]. 2.7.1. Edición de la antena con CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Luego de haber realizado los cálculos pertinentes para las longitudes de cada elemento de la antena se procede al diseño y modelado. En la figura 2.35 se muestra la antena Biquad en el ambiente de trabajo de CST MICROWAVE STUDIO 2015 en sus primeros inicios.. Figura 2.35. Antena Biquad sin reflector. La figura 2.36 exhibe las pérdidas por retorno que se van logrando en el proceso de ajuste de la antena sin reflector para que la misma se sitúe en la banda Wi-Fi, este se logra variando la longitud del radiador. Como se puede observar, la longitud del radiador se ha reducido en consideración a la longitud teórica de esta antena, todo esto es debido a la presencia del material FR-4 el cual produce que la antena se vuelva más corta con el aumento de la frecuencia.. 43.

(56) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.36. Ajuste de la antena observando el comportamiento de las pérdidas por retorno (𝑆11 ). La figura 2.37 muestra el patrón de radiación en coordenadas polares, en tres dimensio nes para la biquad sin reflector y otras características.. Figura 2.37. Patrón de radiación coordenadas polares y en 3D. En la figura 2.38 se exhibe el prototipo de antena concluido con modificaciones con respecto al diseño sin reflector en: longitud del radiador (ld = 18.25 mm), ancho del radiador (a = 5 mm) y separación del radiador al reflector (h = 14 mm).. 44.

(57) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.38. Antena Biquad finalizada. 2.7.2. Simulación y evaluación de la antena en el simulador.. Los parámetros: ganancia, razón de onda estacionaria (ROE), pérdidas por retorno (𝑆11 ), razón front-to-back e impedancia en el punto de alimentación de la antena se define mediante un barrido de frecuencias realizado con CST MICROWAVE STUDIO 2015 de 2 GHz a 3 GHz. Específicamente los resultados se centran en 2.442 GHz en donde menor se hacen las pérdidas por retorno. En la figura 2.39 se muestra la máxima ganancia vs frecuencia en toda la banda, apreciándose en 2.4 GHz una ganancia de 8.29 dBi y aumentando hasta 2.442 GHz para un valor de 8.387 dBi aumentando conforme la frecuencia hasta alcanzar 2.48 GHz para una ganancia de 8.475 dBi.. Figura 2.39. Máxima ganancia vs frecuencia.. 45.

(58) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. La figura 2.40 muestra la razón front-to-back con un valor de 29.74 dB para 2.442 GHz. Se puede decir que la misma posee una buena razón front-to-back por lo cual tendrá menor cantidad de interferencias por ruido provenientes de señales que lleguen por la parte trasera de la antena.. Figura 2.40. Razón front-to-back vs frecuencia. Las figuras 2.41 y 2.42 representan el comportamiento de la impedancia de entrada en el punto de alimentación en parte real e imaginaria respectivamente. La resistencia de entrada (𝑅𝑖𝑛 ) = 50.276 𝑜ℎ𝑚 y la reactancia de entrada (𝑋𝑖𝑛 ) = −0.187 𝑜ℎ𝑚 aproximadamente.. Figura 2.41. Impedancia de entrada parte real.. 46.

(59) CAPÍTULO 2. MÉTODOS DE DISEÑO DE LAS ANTENAS SELECCIONA DAS PARA Wi-Fi. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS ANTENAS A TRAVÉS DEL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO 2015.. Figura 2.42. Impedancia de entrada parte imaginaria. La figura 2.43 representa la razón de onda estacionaria (VSWR) con valores que comienza n en 1.135 para la frecuencia inicial de la banda disminuyendo hasta alcanzar la frecuencia de trabajo para un valor de 1.006 y luego aumentando hasta llegar a 2.48 GHz con un valor 1.112. Esto pone de manifiesto una de las características más importante de esta antena y es que la misma puede barrer todo los canales de la banda sin ningún problema y con valores de 𝑅𝑂𝐸 ≤ 1.5 lo que hace innegable el correcto desempeño y ancho de banda que esta presenta.. Figura 2.43. Razón de onda estacionaria (VSWR). En la figura 2.44 se exhibe las pérdidas por retorno (𝑆11 ) las cuales se puede observar que en 2.442 GHz es la frecuencia donde mejor se comporta este parámetro obteniéndose valore s de pérdidas por retorno de -49.549 dB.. 47.