Diseño y verificación de una antena de polarización circular de banda ancha de tamaño compacto Tesista: Nicolás Tempone ntempone@ieee.org Tutor: Prof. Valentino Trainotti IEEE Life Fellow vtrainotti@ieee.org Universidad de Buenos Aires Facultad de Ingeniería - Departamento de Electrónica Jornada de Tesistas Julio de 2011
Introducción Definición: Antena La parte de un sistema de transmisión o recepción que está diseñada para irradiar o para recibir ondas electromagnéticas. Ejemplo: Dipolo de media onda Se considera un dipolo de media onda (L = λ/2). Esta antena produce ondas de polarización lineal y opera en banda angosta (prácticamente a una sola frecuencia). Para cambiar la frecuencia de trabajo hay que modificar la longitud L. Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 2 / 21
Introducción Definición: Antena La parte de un sistema de transmisión o recepción que está diseñada para irradiar o para recibir ondas electromagnéticas. Ejemplo: Dipolo de media onda Se considera un dipolo de media onda (L = λ/2). Esta antena produce ondas de polarización lineal y opera en banda angosta (prácticamente a una sola frecuencia). Para cambiar la frecuencia de trabajo hay que modificar la longitud L. Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 2 / 21
Principio de funcionamiento Teoría de Bandas: Zona activa Baja frecuencia Alta frecuencia D λ π Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 3 / 21
Especificaciones adoptadas Especificaciones técnicas Rango de frecuencias 300-3000 MHz Ganancia 6 dbic ± 2 db Impedancia de entrada nominal 50 Ω Relación de onda estacionaria (ROE) < 2 Polarización circular Relación axial < 3 db Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 4 / 21
Unidireccionalidad En el espacio libre, la antena espiral plana irradia en dos direcciones con igual intensidad y polarización contraria. Simulación del diagrama de radiación de una antena espiral plana en el espacio libre Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 5 / 21
Terminación resistiva Esquema de la terminación con resistores colocados sobre la ranura Comienzo de la terminación resistiva, RL Final de la terminación, R0 Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 6 / 21
Antena propuesta Esquema de la espiral de ranura Corte transversal Vista frontal ranuras Altura de la cavidad h Cavidad metálica Diámetro D Diámetro D Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 7 / 21
Algunos estudios realizados Esquema de un diseño mixto con diferentes valores de a y formas de espiral Equiangular 1 Equiangular 2 Arquíimides Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 8 / 21
Simulaciones del modelo óptimo obtenido Ganancia [dbic] 10 8 Ganancia simulada Valor especificado 6 4 2 G [dbic] 0 2 4 6 8 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Frecuencia [GHz] Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 9 / 21
Simulaciones del modelo óptimo obtenido Relación axial [db] 4 3.5 Relacion axial simulada Limite especificado 3 2.5 RA [db] 2 1.5 1 0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Frecuencia [GHz] Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 10 / 21
Simulaciones del modelo óptimo obtenido Diagramas de radiación [db] 300 MHz 1000 MHz 1500 MHz 2000 MHz 2500 MHz 3000 MHz Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 11 / 21
Modelo óptimo obtenido Antena construida en INTI - Mecánica Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 12 / 21
Modelo óptimo obtenido Balun colocado en la antena Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 13 / 21
Modelo óptimo obtenido Implementación de la terminación resistiva en la antena construida Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 14 / 21
Algunos baluns construidos y medidos Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 15 / 21
Mediciones del coeficiente de reflexión Comparación de Γ del conjunto balun+antena con y sin resistores de terminación 1 0.9 Con balun de 10.5 cm (f 0 = 500 MHz) Balun+antena sin sus resistores de terminacion Balun+antena con sus resistores de terminacion 0.8 0.7 0.6 Γ 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Frecuencia [MHz] Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 16 / 21
Banco de mediciones para la ganancia y los diagramas de radiación Analizador de espectro Rohde & Schwarz h1 Generador de señales Agilent h2 r Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 17 / 21
Mediciones del diagrama de radiación Meidicón a f = 500 MHz en cámara semianecoica, φ variable. Altura de las antenas transmisora y receptora: 2m G [db] para φ = 0º Frec: 500 MHz 120 90 Mediciones CSA 60 Mediciones preliminares Simulaciones 180 150 0 5 10 15 20 25 30 30 0 210 330 240 300 270 Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 18 / 21
Conclusiones Reducción del perfil Espiral plana de ranura: Espiral cónica: Espiral plana con cavidad absorbente: h = 3 cm 55 cm < H < 164 cm h 25 cm Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 19 / 21
Conclusiones Resumen Estudio teórico y paramétrico. Obtención de un modelo óptimo mediante simulaciones. Verificación de los resultados mediante mediciones. Gran reducción del perfil. No se pierde la mitad de la potencia en la cavidad. Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 20 / 21
Conclusiones Resumen Estudio teórico y paramétrico. Obtención de un modelo óptimo mediante simulaciones. Verificación de los resultados mediante mediciones. Gran reducción del perfil. No se pierde la mitad de la potencia en la cavidad. Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 20 / 21
Conclusiones Resumen Estudio teórico y paramétrico. Obtención de un modelo óptimo mediante simulaciones. Verificación de los resultados mediante mediciones. Gran reducción del perfil. No se pierde la mitad de la potencia en la cavidad. Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 20 / 21
Conclusiones Resumen Estudio teórico y paramétrico. Obtención de un modelo óptimo mediante simulaciones. Verificación de los resultados mediante mediciones. Gran reducción del perfil. No se pierde la mitad de la potencia en la cavidad. Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 20 / 21
Conclusiones Resumen Estudio teórico y paramétrico. Obtención de un modelo óptimo mediante simulaciones. Verificación de los resultados mediante mediciones. Gran reducción del perfil. No se pierde la mitad de la potencia en la cavidad. Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 20 / 21
Conclusiones Resumen Estudio teórico y paramétrico. Obtención de un modelo óptimo mediante simulaciones. Verificación de los resultados mediante mediciones. Gran reducción del perfil. No se pierde la mitad de la potencia en la cavidad. Tesis de Ingeniería Electrónica Nicolás Tempone 20 / 21
MUCHAS GRACIAS! Tempone Nicolás Universidad de Buenos Aires Facultad de Ingeniería - Departamento de Electrónica Preguntas?