3.5 antenas microstrip
TRANSCRIPT
![Page 1: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/1.jpg)
3.5 ANTENAS MICROSTRIP
3.5.1 Descripción general 3.5.2 Alimentación de un parche sencillo 3.5.3 Modelo de línea de transmisión3.5.4 Campo de radiación3.5.5 Impedancia de entrada3.5.6 Métodos de análisis3.5.7 Alimentación para polarización circular3.5.8 Ejemplos de arrays microstrip prácticos y su alimentación
![Page 2: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/2.jpg)
3.5.1 Descripción generalEl parche forma una cavidad resonante. Las aperturas paralelas a XZ forman un array que radia en fase hacia en la dirección del eje Z. Cada apertura es equivalente a una línea de corriente magnética orientada según X
Z
X
Y
L
W
h
εr
Parche: tamaño 0.25λ a 1λ, grosor 10 a 50 micras Substrato dieléctrico: Mayor que el parche, grosor 0.005 λ a 0.2 λPlano de masa: Tamaño como el substrato.Frecuencias típicas: 400MHz a 40 GHzAplicaciones: antenas de aeronaves, de móviles, WLAN, alimentadores de reflectores, biomedicina, telemetría, etc.
![Page 3: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/3.jpg)
3.5.1 Ventajas e inconvenientesVENTAJAS.
Pequeño tamaño y poco pesoAjustable a superficies no planasFabricación sencilla y económica a gran escalaRobustez mecánica (montado en superficies rígidas)Sencillez de realización de arraysFácil integración en equipos y circuitosAdecuado para diseño CAD
INCONVENIENTESEstructura resonante con pequeño ancho de bandaPerdidas en el sustrato (precisa sustratos de calidad tanδ<0.002)Poca pureza de polarizaciónLimitaciones de potencia
![Page 4: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/4.jpg)
3.5.1 Otras formas de parches radiantes
![Page 5: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/5.jpg)
3.5.1 Consideraciones de ancho de banda
Definición de ancho de banda respecto aImpedancia de entrada (típica 1-2% para VSWR<2)GananciaPolarizaciónSLLEficiencia
Ensanchamiento de la bandaSubstratos mas gruesos(y con mayores pérdidas)Elementos parásitosRedes pasivas externasDiseños no resonantes (arrays de onda progresiva)
![Page 6: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/6.jpg)
3.5.2 Alimentación mediante línea microstrip
![Page 7: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/7.jpg)
3.5.2 Alimentación por acoplo electromagnético
Acoplamiento a través de ranura en el plano de masa
Acoplamiento por proximidad
![Page 8: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/8.jpg)
3.5.2 Alimentación por sonda coaxial
![Page 9: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/9.jpg)
3.5.2 Alimentación mixta. Ejemplo
![Page 10: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/10.jpg)
3.5.3 Circuito equivalente en el modelo de línea de transmisión
2/1
1212
12
1 −
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
−+
+=
Whrr
efεεε
ef
efg
efcc
k
YZ
εβ
ελλ
εη
0
01
=
===
La constante dieléctrica eficaz tiene en cuenta la propagación de la onda en el sustrato y el aire
)10
(2ln636.01120
22411
1200
00
2
00
λλπ
λλπ
λ<
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= hhWBhWG
![Page 11: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/11.jpg)
3.5.3 Impedancia característica y longitud de onda en el parche
wh
![Page 12: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/12.jpg)
3.5.3 Longitud efectiva y frecuencia de resonancia
( )
( ) ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +−
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ++
=∆∆+=8.0258.0
264.03.0412.02
hW
hW
hLLLLef
ef
ef
ε
ε
0
0010
0010
2
λ
ε
cf
Lcf
r
efefr
=
=
220 g
efefL
λε
λ==
![Page 13: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/13.jpg)
3.5.3 Procedimiento de diseñoFijados la frecuencia de trabajo f, y el sustrato (espesor h y constante dieléctrica εr)
efg
rref W
hελλεεε 0
2/1
1212
12
1=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +
−+
+=
−
12
20
0 +==
r
Wfc
ελ
λ1
2
(El cálculo de W se basa en criterios de eficiencia de radiación estudiados por Bahl y Bhartia)
3( )
( )LLLL
hW
hW
hL gef
ef
ef
∆−=∆−=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +−
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ++
=∆ 22
28.0258.0
264.03.0412.0
λ
ε
ε
![Page 14: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/14.jpg)
3.5.4 Fuentes de radiación para un parche rectangular
![Page 15: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/15.jpg)
3.5.4 Campo de radiación de un lado
Wh x
zApertura de iluminación uniforme y polarización “z”
zh
h
W
W
hWEfyEzxEa ˆcos
cossin
cossin
cossinsinˆ),( 00
θλ
π
θλ
π
φθλ
π
φθλ
π ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=⇒=vv
( )[ ] ynfnrr
ejEjkr
ˆˆˆˆ −=××−=− vv
λ
[ ]φθ
λπ
φθλ
π
λ cossin
cossinsinˆˆ 0 W
W
hWExrr
ejEjkr ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
×=−vConsiderando h<< λ
y
![Page 16: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/16.jpg)
3.5.4 Modelo de dipolo magnético
φθπ
φθλ
πεηωωη
φθ
φθ
πε
πε
φθ
φθ
cossin
cossinsin)ˆˆ(1)ˆ(
ˆcossin
cossin2
sin2
2'2ˆ
4
cossin'ˆ'ˆ''2)(ˆ2)ˆˆ(2ˆ2
0
02/
2/
cossin'0
000
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
×=⇒=×=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
==
=⋅===×=×−=
−
−
−
−
∫W
rehExrjE
kFrjE
xjk
Wkj
rehEdxehEx
reF
xrrxzrhExIxEzyEEnM
jkr
jkrW
W
jkxjkr
mas
vvv
v
vvvv
W
h x
z
sMv
Se llega finalmente a la misma expresión
![Page 17: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/17.jpg)
3.5.4 Radiación de los dos lados
Se introduce un factor de array:
h x
z
W
Ly
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=+=
⋅−⋅φθ
λπ sinsincos2
ˆˆ2
ˆˆ2 LeeFA
ryLjkryLjk
[ ] ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
×=−
φθλ
πφθ
λπ
φθλ
π
λsinsincos
cossin
cossinsin2ˆˆ 0
LW
W
hWExrr
ejEjkrv
φφθφθφθ ˆsinˆcoscosˆcossinˆ −+= rx
![Page 18: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/18.jpg)
3.5.4 Campos de radiación en los planos principales
Plano E (PlanoYZ)
Plano H (PlanoXZ)
[ ]θ
λπ
θλ
πφθ
λ
θθθφ
sin
sinsin2ˆcos
ˆcosˆsinˆ0
0 W
W
hWEr
ejE
rx
jkr ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=
+==
−v
[ ] ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
−==−
θλ
πθλ
φφ
sincos2ˆ
ˆˆ90
0LhWE
rejE
xjkrv
![Page 19: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/19.jpg)
3.5.4 Campos de radiación en los planos principales
Plano E (PlanoYZ)Plano H (PlanoXZ)
![Page 20: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/20.jpg)
3.5.5 Impedancia de entradaLa impedancia de entrada sin considerar el acoplo entre los dos slots es:Se puede considerar el acoplo mediante la siguiente expresión (donde G12 es la conductancia mútua y el signo “+” es para resonancias antisimétricas y “-”para simétricas)Dicha impedancia puede ser reducida al utilizar la alimentación de la figura
121G
Rin =
)(21
121 GGRin ±
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛= 0
20 cos)0()( y
LRyR inin
π
L
W
y0
![Page 21: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/21.jpg)
3.5.5 Impedancia de entrada
![Page 22: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/22.jpg)
3.5.6 Modelo de la cavidad resonante
![Page 23: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/23.jpg)
3.5.6 Métodos de análisis
Modelo de línea de transmisiónModelo de cavidad resonanteMétodo de diferencias finitasMétodo de elementos finitosMétodo de ecuaciones integrales (p.ej. MoM)
Dominio naturalDominio espectral
![Page 24: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/24.jpg)
3.5.7 Alimentación para polarización circular
![Page 25: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/25.jpg)
3.5.7 Alimentación para polarización circular
![Page 26: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/26.jpg)
3.5.8 Alimentación de arrays microstrip
Modelos de alimentación serie y paralelo
Ejemplo práctico de alimentación paralelo o corporativa
![Page 27: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/27.jpg)
3.5.8 Alimentación de arrays microstrip
Ejemplo de alimentación corporativa
Ejemplo de alimentación mixta
![Page 28: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/28.jpg)
3.5.8 Alimetación de elementos parásitos
YAGI Microstrip
![Page 29: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/29.jpg)
3.5.8 Reflectarrays
![Page 30: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/30.jpg)
3.5.8 Array de polarización dual
![Page 31: 3.5 ANTENAS MICROSTRIP](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021503/589eea481a28ab7d4d8b7c67/html5/thumbnails/31.jpg)
3.5.8 Array inflable para aplicaciones espaciales con polarización dual