Inconvenientes. Ventajas

Transcripción

1 Antenas microstrip - Antenas con gran implantación en los últimos años - Fuerte aparato matemático asociado a su análisis - uy relacionado con elementos tales como las líneas de transmisión o los resonadores, estudiados en otras asignaturas Objetivos: - Conocimiento de las aplicaciones de esta antena - Ventajas e inconvenientes que presenta - Principio físico de funcionamiento - Concretar algunas reglas básicas de diseño Definición Ventajas e inconvenientes Aplicaciones. Configuraciones abituales y modos de alimentación. l parce rectangular Resistencia de entrada Factor de calidad y anco de banda 5. Temas avanzados y resumen Índice de la Presentación - a antena microstrip es una extensión de la línea de transmisión microstrip. - Sus dimensiones se eligen de forma que el parce disipe la potencia en forma de radiación. structura: - Parce metálico (dimensiones comparables a λ) - Substrato dieléctrico sin pérdidas grosor:.3λ.5λ constante dieléctrica:. 1 - Plano de masa - Se conciben por primera vez en los 5 aunque sólo a partir de los 7 se trabaja activamente en ellas. Parce rectangular ínea de transmisión Substrato dieléctrico Plano de masa Inconvenientes Baja eficiencia Baja potencia Alto Q Pobre pureza de polarización Banda estreca Radiación espúrea de las líneas Ventajas Bajo perfil Conformables a estructuras Fabricación sencilla y barata Robustas Combinables con circuitos integrados de microondas Versátiles en la elección de la frec. de resonancia o la polarización. Aplicaciones Antenas embarcadas en misiles Altímetros radar en aviones Antenas de exploración radar en satélites Sistemas GPS Telefonía móvil Comunicaciones móviles por satélite Aplicadores de calor en medicina (ipertermia) 1

2 Comunicaciones móviles por satélite Agrupación de antenas con barrido mecánico Comunicaciones móviles por satélite Agrupación de antenas con barrido electrónico Comunicaciones móviles terrestres a antena en el satélite Antena microstrip conformada Antena embarcada en satélite para telemetría NOKIA 31 odos de alimentación Parce Cuadrado rectangular dipolo circular Parce rectangular Parce ínea de transmisión Formas de parce más abituales Ranura ínea de transmisión Plano de masa ínea de transmisión elíptico triangular anillo Otros tipos de parce Conector coaxial Acoplamiento por ranura Acoplamiento por proximidad. Configuraciones y alimentación. Configuraciones y alimentación

3 Definición Ventajas e inconvenientes Aplicaciones. Configuraciones abituales y modos de alimentación. l parce rectangular Resistencia de entrada Factor de calidad y anco de banda 5. Temas avanzados y resumen a línea de transmisión microstrip íneas de campo eléctrico - Se propaga un modo cuasi-t - a mayor parte del campo está confinado en el dieléctrico - Propiedades del dieléctrico: 1. léctricamente delgado (.3λ.5 λ ), para evitar fugas y ondas superficiales. Permitividad alta (3 1), para que las líneas de campo estén confinadas entorno a la línea microstrip. Índice de la Presentación Discontinuidad Circuito abierto Frecuencia de trabajo: c fr r Ancura del parce: λ g / - l efecto de bordes se manifiesta en los cuatro costados y depende del grosor y la permitividad del dieléctrico. - a presencia de discontinuidades de tamaño comparable a λ fuerza la radiación de la estructura. - l parce equivale a dos ranuras de dimensiones - a longitud se elige para que aya una inversión de fase y la radiación de ambas ranuras se sume en fase. =λ g / - a radiación de los flancos laterales del parce se cancela entre sí. y n x z Antena equivalente B1 G1 B G Yc Circuito equivalente d<λ/ Campo radiado: Por el principio de equivalencia, el debido a dos ilos de corriente uniforme, z F + x Factor de array Diagramas de radiación 3

4 Pared eléctrica t = Pared magnética H t= Jt Jb <<λ - a antena microstrip tiene un comportamiento parecido al de una cavidad - n el interior de la cavidad se producen ondas estacionarias entre las paredes eléctricas y magnéticas Ax k Ax - l parce admite varias distribuciones de campo (modos) de acuerdo con las soluciones de la ecuación de onda omogénea - y las condiciones de contorno de pared eléctrica y magnética y x z n p Ax A np cos y' cos z' Frecuencia de resonancia 1 n p fr np R in C -l comportamiento es equivalente a un circuito resonante con pérdidas - A la frecuencia de resonancia la potencia aplicada se consume en la R in, es decir, se convierte en radiación. odo dominante: frecuencia más baja de funcionamiento Si > c fr 1 r fr 1 Si > o > > / c r Se pueden excitar otros modos de orden superior Si > Si > c c fr fr r r n - l campo radiado se obtiene aplicando el principio de equivalencia y el teorema de las imágenes. Ranuras radiantes: sus contribuciones se suman en fase + Ranuras no radiantes: sus contribuciones se cancelan 4

5 Diagramas de radiación Definición Ventajas e inconvenientes Aplicaciones. Configuraciones abituales y modos de alimentación. l parce rectangular Resistencia de entrada Factor de calidad y anco de banda 5. Temas avanzados y resumen odo dominante, T 1 odo de segundo orden, T Índice de la Presentación Resistencia de entrada, R in B1 G1 B G Yc z ( y )cos y V z V ( y ) V ( y y) rad R R in in ( y y) 1 R in G 1 (n resonancia) - a R in cambia con el punto de alimentación - Sencilla adaptación del parce a la línea Rin( y y) Rin( y )cos y R in y Factor de Calidad (Q) y anco de banda - s representativo de las pérdidas en la antena nergía almacenada Q Potencia disipada Comportamiento como cavidad radiación conducción dieléctrico Q a banda de trabajo se estreca 1 f Q f - l Q está relacionado con el grosor () y la permitividad ( ) del dieléctrico Interesan dieléctricos gruesos y de permitividad baja circular Divisor de potencia Híbrido de 9 λ/4 Parce cuadrado Parce cuadrado l parce básico presenta polarización lineal s posible combinar varios modos para conseguir polarización circular Se consigue con dos polarizaciones lineales ortogonales y desfasadas 9 n z=, t ( ) cos( tx ) sen( ty ) 5

6 odelado riguroso de estructuras microstrip c. Integral + Algoritmos rápidos ediocres características de radiación Aplicaciones que requieran poca potencia Gran variedad de configuraciones Antenas muy compactas Facilidad para construir agrupaciones de parces Incógnita: Corriente eléctrica N=8. incógnitas - Requiere plantear una ecuación integral y resolverla numéricamente - os algoritmos rápidos son específicos para cada tipo de problema 5. Temas avanzados 5. Resumen Diagrama de radiación Parce circular k Ω+ Ω= ANTNAS CIRCUARS 1 1 ρ ρ ρ ρ φ z Ω Ω Ω ρ k Ω= ODOS D RADIACIÓN Ω = nk, z k = k + k ρ z ( ρ ρ ) jnφ jkz z Jn k e e ODOS D RADIACIÓN J J1 J J3 Conector coaxial 6

7 FRCUNCIAS D RSONANCIA CAPOS RADIADOS POR AS ANTNAS CIRCUARS Función J J 1 J J 3 ceros 1º º º º jn ' = e φ φˆ' s 7