Diseño y simulación de una antena de lente metálica en la banda ku para la optimización de un enlace satelital

Abstract

Este proyecto de investigación se centra en el diseño y análisis de una lente metálica destinada para la banda Ku. Esta lente está conformada por 3 capas: la primera es una lente de 3 anillos coplanares cortocircuitados de 12 y 24 sectores, mientras que la segunda y tercera capa son simples anillos con un ancho de 15 mm (0,6λo) y diámetros internos de 84 mm (3,36λo) y 100 mm (4λo), respectivamente. La antena propuesta se basa en resonadores de λ/2 y λ/4. Además, se diseña el alimentador, que es una transición de guía rectangular a cuadrada WR75, en la cual se coloca un anillo resonante de diámetro interno de 40 mm y un plano de masa de 130 x 130 mm. Para alcanzar uno de los objetivos de diseñar la lente metálica que opere en la banda Ku, se utiliza el simulador electromagnético CST Studio Suite. Este software permite modelar y simular el comportamiento de la antena para lograr el rendimiento deseado en la banda de interés, considerando parámetros como la ganancia, directividad, eficiencia, coeficiente de reflexión y patrón de radiación. Además, se utiliza el método de incidencia de onda plana para encontrar el punto focal adecuado para colocar el alimentador respecto a la lente. La lente propuesta se diseña en aluminio de 0.035 mm de grosor y tiene dos modelos donde se fusionan los sectores de 12 y 24, variando la separación entre anillos. Para el alimentador, se usa aluminio en toda su estructura. Los resultados obtenidos del simulador electromagnético CST Studio Suite evidencian que la lente propuesta cumple con los parámetros de funcionamiento previstos. Se observa que existe una adaptación en toda la banda KU por debajo de -10 dB para el coeficiente de reflexión. Además, se registra un incremento de 7.4 dB en la directividad en torno a 12 GHz. Por otra parte, para justificar el funcionamiento de la lente se ha usado Simulink de MATLAB, específicamente el toolbox Satellite Communications. Se ha creado el escenario e incorporado las características de la antena para observar y verificar la calidad del enlace.