RESUMEN ANALÍTICO EN EDUCACIÓN - RAE - RIUCaC FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ D.C.

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1 FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ D.C. LICENCIA CREATIVE COMMONS: Atribución-No comercial 2.5 Colombia (CC BY NC 2.5) AÑO DE ELABORACIÓN: 2018 TÍTULO: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE ANTENAS EN MICROCINTA PARA BANDA ISM APLICADAS EN COMUNICACIONES INALÁMBRICAS. AUTOR (ES): ABRIL OLAYA, JHOANNY ANDRES DIRECTOR(ES)/ASESOR(ES): CORONEL RICO, JUAN FERNANDO MODALIDAD: Trabajo de investigación Tecnológica PÁGINAS: 78 TABLAS: 7 CUADROS: 0 FIGURAS: 29 ANEXOS: 5 CONTENIDO: INTRODUCCIÓN 1. GENERALIDADES 2. DESARROLLO 3. DESCRIPCIÓN ECONÓMICA DEL PROYECTO 4. RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS DESCRIPCIÓN: En este trabajo de grado se presenta el diseño e implementación de dos prototipos de antenas, el primer diseño se basa en una antena Yagi-Uda a la frecuencia de 5.7 GHz y el segundo diseño es una antena tipo parche a la frecuencia de 915 MHz. Sobre substrato RO 3006 de 1.28 mm de espesor. El presente trabajo de grado explica cómo fue el proceso que se llevó a cabo para su 1

2 respectivo diseño pasando por todas las partes de la antena, su simulación y correspondiente implementación. Las antenas fueron diseñadas utilizando el simulador electromagnético ANSYS (HFSS) de ANSOFT. METODOLOGÍA: La metodología que se desarrolla en este trabajo de grado consiste en realizar un estudio del estado de arte de las antenas impresas de microstrip, también la apropiación del manejo de las herramientas de simulación. Implementar y caracterizar dos o más prototipos si es necesario, después analizar los resultados y presentar conclusiones sobre el trabajo. El siguiente trabajo de grado, se realizó en 3 fases las cuales son las siguientes: Fase analítica: Se realizó una robusta recopilación por medio de las diferentes fuentes de datos que presta la Universidad Católica de Colombia, para identificar información importante y primordial en estas, de igual forma se realizará un estudio previo antes de entrar en el desarrollo de las antenas de microcinta, como función final de esta fase luego de la recolección de la información se realizará una clasificación de los prototipos más exitosos y se tomaran como ejemplo y guía para el buen desarrollo de este trabajo de grado, y se podrá observar el grado de avance en esta primera fase en la información que se recopile y se archive para realizar un buen desarrollo de trabajo. Fase de desarrollo: Con la información recopilada y seleccionada se realizó la caracterización de las dos antenas de microcinta, una direccional y la otra antena omnidireccional, se realizará el cálculo, simulación y ensamble de los prototipos, en esta segunda fase el grado de avance será evidente en el desarrollo, ensamblado de las antenas las cuales estarán físicamente hechas para realizarle sus respectivas pruebas. Fase de prueba: Con el desarrollo de los dos prototipos y con la ayuda de los elementos del laboratorio como el analizador vectorial, generador de señales se llevaran a cabo las pruebas necesarias y pertinentes para obtener un buen producto que solucione las necesidades que se generan a día por la gran demanda de las telecomunicaciones, en esta y última etapa los avances los podre observar en las 2

3 tablas de datos se obtendrá partir de una serie de pruebas, y como parte final del arduo trabajo realizado esto se evidenciará en la documentación final. PALABRAS CLAVE: MICROSTRIP, PERMITIVIDAD, PARÁMETROS S, RO 3006, SUBSTRATO. CONCLUSIONES: En las antenas con diseño de microcinta, se observó que un substrato de alta constante dieléctrica reduce las dimensiones de la antena, puesto que las dimensiones son inversamente proporcionales a la permitividad relativa. Comparando los resultados de las medidas simuladas frente a la medición del, coeficiente de reflexión, se presenció que una antena radia adecuadamente cuando el parámetro (S11) es menor a db. Adicional se encontró que el diseño implementado en el primer prototipo tuvo un comportamiento satisfactorio, en cuanto a los parámetros de coeficiente de reflexión y ancho de banda del prototipo simulado contra el prototipo medido, sus variaciones fueron realmente pequeñas. En el primer prototipo que se implementó, se le diseñaron seis directores, la disposición de estos elementos parásitos se ha hecho manteniendo una separación de 0.25λ, además la longitud de los mismos va desde los 9 mm y va decreciendo cada uno de 1 mm, se pudo apreciar que agregando los directores se aumentó la ganancia y la directividad de la antena, otorgándole excelentes características para un buen desempeño. Se concluyó que la diferencia que existe entre una antena cuasi Yagi-Uda y Yagi-Uda, es que la primera, emplea el plano de tierra de alimentación como elemento reflector en la parte posterior del substrato y Yagi-Uda emplea un elemento parasito detrás del director que realiza la función de reflector. El buen ancho de banda obtenido en el desarrollo del primer prototipo se debe en gran medida a la excelente actuación del balun diseñado, este tiene un desempeño inmejorable. En Colombia según la resolución 711 del 11 de octubre de 2016 del Ministerio de Telecomunicaciones, el ancho de 3

4 banda para la frecuencia de 5.7 GHz es de 150 MHz, la cual opera desde el límite inferior 5725 MHz hasta el límite superior 5875 MHz, siendo este ancho de banda fácilmente superado por la antena diseñada. La técnica de línea de transmisión que se realizó para el diseño del parche microstrip rectangular, entrego resultados muy determinantes a las especificaciones de diseño, pero es necesario concebir ajustes a las longitudes calculadas en este método para obtener la frecuencia deseada, donde el objetivo es modificar las dimensiones del parche, hasta conseguir los valores inmejorables en sus parámetros de trabajo. En consecuencia, si se varia la longitud del parche, esta contesta de forma inversamente proporcional, es decir si se desea aumentar la frecuencia de resonancia se deberá disminuir la longitud o viceversa. La conclusión más importante de este trabajo es un aporte que se coloca en el avance de investigación tecnológica, en cuanto al diseño de antenas impresas en PCB, que se están desarrollando en nuestro país, para contribuir a la liberación de espectro radio eléctrico. FUENTES: Agarwal, K., & Dutta, S. (2015). Miniaturized Circularly Polarized Stacked Patch Antenna on Reactive Impedance Surface for Dual-Band ISM and WiMAX Applications, 2015, 10. Ali, Y. E. M., & Qader, A. J. A. (2013). Design of Dual Band Circular Polarization Stacked Microstrip Antenna for GPS Applications, Ávila-Navarro, E., Carrasco, J., & Reig, C. (2010). Printed dipole antennas for personal communication systems. IETE Technical Review, 27(4), Balanis, C. a. (2012). Antenna Theory Analysis and Design. (John Willey and son, Ed.), Electronics and Power (Vol. 28). Blanco, D., Ruiz, D. P., Alameda, E., & Carrión, M. C. (2004). Communications, 52(5), Chuc, D. H., & Duong, B. G. (2016). Design and fabrication of rectifying antenna 4

5 circuit for wireless power transmission system operating at ISM band. International Journal of Electrical and Computer Engineering, 6(4), Fajardo Suárez, C. A., López Cárdenas, J., & Puerto Leguizamón, G. A. (2016). Antena plana para aplicaciones en las bandas L1 y L2 de GPS, 34(1), Haraz, O. M., Sebak, A. R., & Alshebeili, S. A. (2015). Design of a printed logperiodic dipole array antenna with high gain for millimeter-wave applications. International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, 25(3), Karli, R., & Ammor, H. (2015). Rectangular Patch Antenna for Dual-Band RFID and WLAN Applications. Wireless Personal Communications, 83(2), Kaufmann, T., Ranasinghe, D. C., Zhou, M., & Fumeaux, C. (2013). Wearable quarter-wave folded microstrip antenna for passive UHF RFID applications. International Journal of Antennas and Propagation, 2013(i), Krishna, R. V. S. R., & Kumar, R. (2016). A slotted UWB monopole antenna with single port and double ports for dual polarization. Engineering Science and Technology, an International Journal, 19(1), Mahalakshmi, N., & Thenmozhi, A. (2017). Design of hexagon shape bow-tie patch antenna for implantable bio-medical applications. Alexandria Engineering Journal, 56(2), Mandal, K. (2016). Seven-Band Comb-Shaped Microstrip Antenna for Wireless Systems, 59(January), Pozar, D. M. (2012). Microwavw Engineering (4, Edició). New York. Reyes-vera, E., Arias-correa, M., Cataño-Ochoa, D., Giraldo-Muñoz, A., & Santa- Marin, J. (2017). Development of an Improved Response Ultra-wideband Antenna Based on Conductive Adhesive of Carbon Composite. Pier C, x(november), Román, J. A., Navarro, E. Á., Blanes, J. M., & Reig, C. (n.d.). Antenas Impresas tipo Yagi con balun integrado para aplicaciones WiMAX, (1),

6 Samsuzzaman, M., Islam, M. T., & Mandeep, J. S. (2013). Printed Prototype of a Wideband S-Shape Microstrip Patch Antenna for Ku / K Band Applications, 28(8), Shih-Yuan Chen, & Powen Hsu. (2005). Broadband Microstrip-Fed Modified Quasi- Yagi Antenna. IEEE/ACES International Conference on Wireless Communications and Applied Computational Electromagnetics, 2005, Wu, C. K., Chien, T. F., Yang, C. L., & Luo, C. H. (2012). Design of novel S-shaped quad-band antenna for MedRadio/WMTS/ISM implantable biotelemetry applications. International Journal of Antennas and Propagation, 2012, Yang, J., Wang, H., Lv, Z., & Wang, H. (2016). Design of miniaturized dual-band microstrip antenna for WLAN application. Sensors (Switzerland), 16(7), Zhang, K., Liu, C., Liu, X., Guo, H., & Yang, X. (2017). Miniaturized Circularly Polarized Implantable Antenna for ISM-Band Biomedical Devices. International Journal of Antennas and Propagation, 2017, 9. LISTA DE ANEXOS: Anexo A. Especificaciones generales del analizador vectorial de redes (ROHDE & SCHARZ FSH8 SPECTRUM ANALYZER 100 KHz 8 GHz). Anexo B. Diseño e implementación de antena Quasi-Yagi a 5.7 GHz, layout superior. Anexo C. Diseño e implementación de antena Quasi-Yagi a 5.7 GHz, layout parte inferior. Anexo D. Diseño e implementación de la antena tipo parche rectangular a 915 MHz. Anexo E. Data Sheet RO