Antena path

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)  obtenido mediante la siguiente ecuación:

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