1.Microstrip
Actualmente existen múltiples
diseños de estructuras resonantes diseñadas utilizando los principios de la
tecnología microstrip. Estas estructuras se conocen como antenas parche o
microstrip. En la figura 1 se muestra la configuración básica de este tipo de
estructuras. La antena microstrip básica está compuesta por una fina superficie
de material conductor (parche microstrip) de dimensiones (W, L) impresa sobre un sustrato
dieléctrico de grosor (h) y
permitividad relativa ,
un puerto de alimentación (puede implementarse mediante distintos métodos) y un
plano de masa.
figura 1: Estructura de una antena path .fuente: Universidad Autónoma de Barcelona
1.1
Métodos de alimentación
Actualmente existen varias
técnicas de alimentación de antenas microstrip. Estas técnicas se pueden
dividir en dos grandes grupos: alimentación contacto físico y sin contacto
físico.
La ventaja de utilizar una
alimentación sin contacto físico reside en
la opción de optimizar la alimentación y la antena microstrip por
separado.
El utilizado en este
proyecto será alimentación por contacto físico el cual será expuesto en breve.
1.2
Alimentación por contacto
Los métodos de
alimentación por contacto físico más comunes se realizan mediante un conector
coaxial o una línea de transmisión microstrip; el método de alimentación con
cable coaxial consiste en atravesar el sustrato dieléctrico y excitar el parche
miscrostrip de manera directa, mientras que con guía de onda consiste en
colocar la línea de transmisión y el parche microstrip en el mismo sustrato dieléctrico
2.
características de la antena
microstrip
2.1
Dimensión L (Ld):para
definir la dimensión Ld del parche microstrip se debe tener en cuenta el hecho
de que la radiación emitida por la estructura se origina al producirse un
desfasaje de 180° del campo eléctrico en los bordes. Con el objetivo de generar
dicho desfasaje y optimizar al máximo la radiación de la antena microstrip la
longitud optima del parche es de 0.5 lambda
Sin embargo, en los bordes del parche el
campo eléctrico no cumple estrictamente las condiciones de contorno, produciéndose unos campos de
borde. Este comportamiento se denomina fringe effect.
Los campos del borde provocan un
estiramiento virtual de la dimensión Ld de la estructura microstrip (deltaLd)
2.2
Dimensión W: La radiación
emitida por el parche microstrip se produce en los bordes de la estructura por
lo que la dimensión W influye directamente en la radiación de la antena
microstrip.
La eficiencia de radiación de una
antena se define como el cociente entre la potencia entregada a la antena por
la alimentación y la potencia radiada por la antena. Para el diseño de un parche
microstrip, el cálculo de la longitud de la dimensión W para proporcionar una
buena eficiencia de radiación se obtiene mediante:
2.3
Sustrato dieléctrico de la antena microstrip: el sustrato dieléctrico de una antena microstrip se
encuentra ubicado inmediatamente de bajo del parche microstrip, como base de
este la elección del sustrato dieléctrico es fundamental en el diseño de
antenas microstrip debido a la influencia de los parámetros de grosor (h) y
permitividad relativa (
) tanto en la
radiación como en las perdidas.
2.4
Permitividad relativa: La permitividad relativa del sustrato dieléctrico de la antena microstrip
es un parámetro de gran importancia debido a su directa incidencia tanto en las
perdidas por radiación con en el factor de calidad de la antena.
Se debe tener en cuenta que las líneas
de campo se encuentran sobre un medio no homogéneo, de modo que parte del campo
eléctrico viaja a través de un medio de permitividad relativa
mientras que
parte del campo lo hará a través del aire. Por este motivo, para el diseño de
una antena microstrip, se debe tener en cuenta una permitividad efectiva
.
2.5
Grosor (h): El grosor del
dieléctrico de la antena microstrip también es un factor muy importante de
diseño debido a su influencia en las pérdidas por radiación y ancho de banda.
Con la elección de sustratos
dieléctricos con grosores elevados las antenas microstrip emiten una mayor
radiación además de disponer de un mayor ancho de banda respecto a la elección de
sustratos de menor grosor. Por este motivo se plante aun compromiso de diseño
debido al interés de diseñar antenas con ancho de banda elevados y de tamaños
reducidos, el espesor recomedado para el sustrato esta entre [0.01lambda-0.05lambda]
Nota: se ha comprobado que el ancho de banda de las antenas microstrip aumenta conforme disminuye la constante dielectrica del sustrato conforme aumenta el espesor del sustrato. La relacion entre ancho de banda y la constante dielectrica justifica que se usen en su fabricacion sustratos de baja constante dielectrica como el teflon reforzado con fibra de vidrio
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