Diseño y fabricación de una agrupación lineal de antenas de 2-6 ghz con elementos t asimétricos para controlar el diagrama de radiación

Abstract

El presente trabajo de titulación tiene como objetivo general diseñar una agrupación lineal de antenas tipo parche con elementos T asimétricos, que se puede utilizar en diferentes aplicaciones dentro del rango de frecuencias de 2 a 6 GHz. Sin embargo, la antena propuesta en este proyecto de titulación estará enfocada a trabajar a los 2.4 GHz, entonces, para lograr generar diagramas de radiación en múltiples direcciones es necesario utilizar una red de alimentación que se conectará una agrupación de antenas. La red de alimentación será una matriz de Butler a 2.4 GHz de 4X4, es decir 4 entradas y 4 salidas. A través de un estudio exploratorio se diseñó las antenas T asimétricas, y usando el método adaptativo se logró determinar una configuración óptima para los dispositivos.

La agrupación lineal de antenas consta de 4 elementos, el elemento de referencia está compuesta por la parte frontal, una línea de transmisión con una impedancia característica de 50 Ω, un parche cuadrado con un slot en forma de T asimétrico. Por otro lado, en la capa inferior se encuentra el plano de masa de forma rectangular con dos pequeños destajes en sus extremos para tener un mejor acoplamiento. La matriz de Butler consta de 4 acopladores híbridos de 90° en cuadratura a -3 dB, dos cruzadores y dos líneas de transmisión con desfaces de 45° respectivamente. Los dos dispositivos han sido diseñados sobre un sustrato de fibra de vidrio FR4, que tiene una permitividad dieléctrica de ϵr =4.3 y una tangente de perdidas tan(δ) = 0.025.

El diseño y análisis de los dispositivos han sido realizados mediante el software electromagnético CST Studio Suite, los resultados de la agrupación de antenas obtenidos a través de la simulación muestran una adaptación inferior a -10 dB en el rango de 2.2 GHz a 5.3 GHz. Por otro lado, la matriz de Butler cumple con los parámetros de reflexión inferiores a -15 dB, y los de transmisión alrededor de -6 dB con una variación en fase de -45º, 135º, -135º y 45º a la frecuencia de trabajo. En la simulación se puede apreciar que la antena propuesta genera una directividad promedio de 7.84 dBi en los cuatro puertos, con una variación en la dirección del diagrama de radiación de 0°, 60°, 120° y 180° en el eje axial. Finalmente, la fabricación de los dispositivos ha sido realizadas mediante el método de corrosión, y la caracterización a través de un Analizador de Redes Vectoriales (VNA).