BowTie

ANTENAS Y PROPAGACIÓN, 3º DE GRADO EN SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN, JUNIO 2015.

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Antena Bowtie sintonizada a 2.4GHz. Roberto Daza García, Ernesto Martín Jiménez y Tomás Ruz Rodríguez. {robertodaza, asedifusco, tomasruz}@correo.ugr.es Escuela Técnica Superior de Ingenierías Informática y Telecomunicación. Resumen El presente artículo trata sobre el diseño y — El construcción de una antena Bowtie en formato impreso y adaptación tipo microstrip sintonizada a la frecuencia de 2.4GHz. Comenzaremos con un fundamento teórico sobre las técnicas empleadas en el proceso de construcción, se hará una simulación del propio diseño de forma aproximada para asegurarnos del correcto funcionamiento del diseño y, por último se llevará a cabo la medida de los parámetros más importantes en el laboratorio para comprobar que se cumplen las especificaciones: Que la antena opera correctamente en la banda deseada de 2.4GHz y que, además, presenta un funcionamiento de banda ancha. Bicónica, bow-tie, microstrip, balun, Ín di ce de t é r mi n os — Bicónica, divisor Wilkinson, circuito impreso, adaptación.

I. I NTRODUCCIÓN NTRODUCCIÓN OY día la principal forma de acceso a internet se realiza de forma inalámbrica mediante la tecnología Wi-Fi que opera en la banda de 2.4GHz. Si miramos a nuestro alrededor veremos que estamos rodeados de dispositivos que hacen uso smartphones hasta portátiles o de dicha tecnología desde smartphones tabletas. Es por ello la importancia de investigar en este tipo de antenas para mejorar sus características e integración en dispositivos dispositivos haciéndolas cada vez más eficientes.

H

Se propone la construcción de la antena Bowtie en formato impreso lo que la hace una antena de bajo coste y reducido tamaño. El fundamento de dicha antena está basado en la antena dipolo λ/2 aunque posee mejores características

respecto a esta en cuanto a ancho de banda. II. FUNDAMENTO TEÓRICO. 1. Antenas bicónicas. Son consideradas antenas de banda ancha aquellas que tienen un rendimiento más o menos constante en un ancho de banda considerable, definir un tipo de antena mediante su ancho de banda es una tarea difícil, ya que una misma antena con una configuración geométrica ligeramente distinta puede pasar de ser de banda estrecha a ser de banda ancha y viceversa. No obstante algunas configuraciones tienen mayor predisposición predisposición a presentar este comportamiento, comportamiento, en este caso se van a estudiar las antenas bicónicas, estas no son más que antenas dipolo en las que su grosor varía de forma lineal con .

la distancia al centro, aplicando aplicando esta sencilla transformación transformación se consigue que el ancho de banda sea mayor que en una típica antena dipolo. Para resolver este tipo de antena matemáticamente se parte, como en casi cualquier caso, de un modelo, en principio se considera esta como dos conos infinitos conductores, los ángulos de apertura son iguales para ambos, una de las principales ventajas ventajas de esta antena es que sus parámetros parámetros están definidos exclusivamente por los ángulos, de forma que nos queda una antena independiente de la frecuencia (en cuanto que la longitud eléctrica no influye), en la práctica la antena debe ser truncada en longitud, con lo que se introducen efectos efectos que varían con la frecuencia y el ancho de banda de antena se vuelve finito, el truncamiento de la longitud de los brazos afecta principalmente a las bajas frecuencia, mientras que las altas frecuencias se ven más influenciadas por la línea de alimentación de la antena, por eso, el ancho de banda de la antena es una función que depende del ratio de la longitud de la antena, en la práctica esta cantidad sigue siendo considerable, con lo que el ancho de banda sigue siendo aceptable.

En la figura se muestra un esquema de la antena, con los parámetros geométricos y con los campos radiados. Para extraer la expresión matemática de los campos de la antena infinita se procede usando las ecuaciones de Maxwell.

∇∇

×E = −jωμH ×H = +jωIE

Expresándolas en coordenadas esféricas y sabiendo que el campo E es independiente de , H solo tiene pues componente , expandiendo la ecuación queda como indica la ecuación.


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ángulo se hace mayor, debido a que su resistencia y reactancia varía más lentamente con la frecuencia.

Por lo tanto.

La antena bicónica se convierte así en un buen modelo para estudiar la característica de las antenas dipolo, ampliamente utilizadas, así como de otras antenas más sencillas que parten del diseño general bicónico. 2. Antena Bowtie.

Sabiendo los campos se puede conocer la tensión y la intensidad de la corriente inducida en ambas placas de la antena, con esos datos se puede conocer en consecuencia la impedancia de entrada, un parámetro muy importante a la hora del diseño.

Debido a sus características de banda ancha las antenas bicónicas se han usado mucho en las bandas de VHF y UHF, no obstante muchas veces se hace imposible el uso de estas antenas debido a la gran estructura que requiere para determinadas frecuencias. De este problema surgen las antenas bow-tie, como una particularización de las antenas bicónicas de banda ancha con una estructura más sencilla y viable. En la figura se aprecian distintas alternativas.

Integrando el campo eléctrico en toda la superficie para obtener la tensión, así como el campo magnético para obtener la intensidad, y haciendo.

Expresión que relaciona el ángulo de apertura con la impedancia de antena, como se aprecia, es independiente de la longitud eléctrica de la antena (longitud infinita), en la figura siguiente se representa la impedancia en función del ángulo de apertura. Estas antenas pueden ser simuladas solo usando un cable que siga la periferia de la superficie, lo que reduce significativamente el peso y la resistencia al viento en aplicaciones a bajas frecuencias. A la frecuencia que se trabaja en este artículo este no es un problema a tener en cuenta.

Si se particulariza para conos finitos se observa que parte de la energía sobre la superficie del cono es reflejada y otra parte es radiada, cerca del centro la mayoría de energía es radiada, lo que puede ser visto como una impedancia de carga conectada al final de los conos. El equivalente eléctrico es una línea de impedancia característica Zc terminada en una impedancia de carga. Si se calculan los valores de la impedancia de entrada numéricamente mediante simulación se aprecia que el ancho de banda de la antena crece conforme el

La antena bow-tie es una antena plana, sus ecuaciones de diseño pueden aproximarse por las de la antena bicónica sin embargo no será este el método usado para la construcción de la antena. De la misma forma que ocurría antes la corriente de superficie tiende a presentarse en los vértices y las líneas de la antena, haciendo como se ha comentado que lo importante de la antena sea el perímetro externo y sus medidas y no la superficie en sí. La antena bow-tie se va a comportar de manera similar a un dipolo, por su semejanza geométrica, sobre todo para ángulos de apertura pequeños, así, se usará una antena lambda medios para que sea resonante y se obtengan las mejores especificaciones posibles. De forma idéntica al dipolo presentará polarización lineal. El problema de diseño de la antena se presenta cuando se estudia la impedancia de entrada, ésta es mucho mayor que la impedancia característica del cable de alimentación, este problema se tratará más adelante mediante una adaptación con

ANTENAS Y PROPAGACIÓN, 3º DE GRADO EN SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN, JUNIO 2015. un balun lambda medios, que reduce la impedancia en un factor de cuatro. 3. Tecnología microstrip. El tipo de tecnología usada para fabricar la antena en este caso será el de la tecnología microstrip. Esta tecnología principalmente se utiliza como una línea de transmisión para guiar las señales de microondas. Se basa en tres tipos de capas, una está completamente metalizada que será la franja de masa, la cual está unida a una capa de sustrato dieléctrico, que separa la franja de masa de la tercera capa que es una pequeña franja de conducción.

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4. Divisor de potencia Willkinson. Los divisores de potencia son componentes pasivos usados para la división o combinación de la misma. Los divisores de potencia tienen como mínimo tres puertos pudiendo haber todos los que se precisen teniendo en cuenta que a mayor número de estos, mayor será el reparto de potencias. Un ejemplo de divisor de potencia de tipo microstrip es el que aparece a continuación:

Este tipo de divisor se conoce como divisor de unión en T en el que la potencia de entrada se balancea por dos caminos de salida y no necesariamente el reparto ha de ser equitativo. La elección de las impedancias de los nuevos caminos así como otros parámetros determinarán dicho reparto.

Las onda electromagnética que guía la tecnología microstrip existe tanto, en el sustrato dieléctrico como en el aire sobre él. La tecnología microstrip tiene muchas ventajas, sobre otras tecnologías tradicionales como puede ser su coste que no es elevado siendo bastante más barato que otras tecnologías que cumplen esta función, también es de destacar su peso al ser reducido y compacto. Podemos destacar diversas desventajas que hacen a esta tecnología un poco menos competitiva pero la más relevantes es que tiene mayores pérdidas (por radiación, por ondas de fuga, por ondas superficiales, ondas radiadas, por dieléctrico, etc) y mayor captación al ruido. Para la antena bowtie diseñada, se necesita usar una placa de circuito impreso utilizando microstrip, como sabemos puede usarse para diversos componentes como pueden ser una antena( Parche, etc), filtros, acopladores, etc. En el caso del diseño de la antena bowtie estudiada se utiliza como una línea con divisor de potencia Willkinson y b alun λ /2 los cuales, serán estudiados en el apartado D y E respectivamente. La placa de circuito impreso utilizada (PCB), usa un sustrato llamado FR4 con permitividad relativa 4,6, este sustrato es de baja calidad y tiene pérdidas elevadas, pero al usarlo se abaratan costes, para la realización de la antena y se consiguen los objetivos marcados que se buscan para la Bowtie. El material FR4 está formado por varias hojas de Prepeg, el cual a su vez está construido por capas tejidas de fibra de vidrio impregnadas con resina epoxi. La altura utilizada para el FR4 es el estándar de 1,6 mm. Las otras dos capas están formadas por cobre de altura 0,035 mm.

El modelo que se utilizar para caracterizar los divisores de potencia en T sin pérdidas es el siguiente:

en el que se considera que B vale cero. Y en ese caso, se cumple la ecuación:

 = 

En la realidad B no es despreciable y su reactancia se compensa con algún elemento para un ancho de banda estrecho. En nuestro proyecto se empleará un divisor de tres puertos que toma la forma de T y en concreto se usará el conocido como divisor de potencia de Wilkinson para dividir la potencia de entrada en dos señales con la mitad de potencia (-3dB). Las uniones en T sin pérdidas tienen las desventaja de no tener todos sus puertos adaptados y además no tienen aislamiento entre los puertos de salida. En cambio, los divisores resistivos con pérdidas si poseen las características de tener sus puertos adaptados y además sus salidas aisladas, de forma que cuando los puertos de salida están adaptados a la impedancia correcta el divisor no presenta pérdidas. Para ello se debe cumplir la ecuación antes mencionada, si las dos líneas de salida son iguales y la impedancia de la línea de entrada es de 50 Ω queda claro pues que la impedancia vista a la salida será de 25 Ω en casa puerto.


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Bajo estas condiciones se puede afirmar que el coeficiente de reflexión que presentará el divisor será nulo (adaptación perfecta).

Otro parámetro crítico en el diseño es la distancia entre las líneas de banda coplanarias que se puede ajustar para optimizar el rendimiento del balun, aunque este ajuste se debería realizar de manera numérica.

5. Balun λ /2 microstrip.

El desplazamiento de la fase de 180º se ha de realizar para corregir el desfase que introduce el divisor de potencia, consiguiendo que la alimentación no llegue en oposición de fase a las aspas de la antena.

El divisor de potencia Willkinson es una parte del balu n λ /2, como se aprecia en la siguiente imagen:

En la cuarta parte del balun λ /2 se han aplanado las esquinas, una práctica recomendable para no tener pérdidas por radiación no deseadas. III.

La función que cumple es la de simetrizar la alimentación (que el flujo de corriente sea el menor posible) además pueden tener un efecto de adaptación de impedancias. La potencia que pueden transmitir un balun depende de su geometría y el material de construcción, hay muchos tipos de balun, según la forma de construcción (balu n toroidal, coaxial λ/4, coaxial λ /2, bazooka, etc), cada uno tiene características diferentes, algunos sólo simetrizan la alimentación, otros también adaptan impedancias, como el caso que atañe a este artículo.

IV. DISEÑO. Durante la fase de diseño de la antena Bowtie, han sido varios los diseños que se han barajado, entre ellos, el que aparecen a continuación:

Para que el sistema este adaptado, las características de la línea de alimentación y la de antena tienen que ser idénticas, comportándose como una resistencia pura, consiguiendo que se transfiera la máxima potencia. Es aquí, donde entra en el diseño el balun λ /2 microstrip para conseguir dicho propósito. Una bow-tie de estas carácteristica presenta aproximadamente una resistencia de 200Ω y la línea es un coaxial de 50Ω para que estén adaptadas es necesario un balun con una relación 4:1 (como el balún coaxial λ/2 ), el balun λ /2 microstrip cumple esta relación. El balun λ /2 diseñado consta de cuatro partes que se pueden observar en la figura. La primera parte, es una línea microstrip que presenta una impedancia de 50 Ω con una anchura de de 2,92mm, la segunda parte es el divisor de potencia Wilkinson que presenta 25 Ω con una anchura de 8,05 mm que actúa como un transformador de impedancia. La tercera parte es una unión simétrica en T que divide por igual la potencia entre los dos brazos disipando una potencia mínima. La última parte, es el desfasador que introduce una diferencia de fase de 180 entre las líneas acopladas. Este balun introduce una diferencia de 180 grados de fase entre las líneas de alimentación, para ello un parámetro fundamental es la longitud del desplazador de fase. Las longitudes de las dos ramas de la línea microstrip deben ser ajustadas, de tal manera, que su diferencia sea igual a la cuarta parte de la longitud de onda.

La antena Bowtie tiene un comportamiento similar al dipolo λ /2 lo que hace que la anchura de la antena en su totalidad sea λ /2. Atendiendo a la imagen, λ /2 se corresponde con el doble de la longitud denotada por 'WIDTH'. Esto es:

=λ/4

Una vez obtenida esta distancia, faltaría calcular la longitud denotada por 'HEIGHT' en la imagen. Esta distancia va a venir determinada por el ángulo que forman los dos restantes lados del triángulo y a su vez, dicho ángulo (denominado ) determinará la impedancia que presente la antena. Atendiendo a la expresión antes presentada, dicho ángulo viene determinado por la ecuación:





 =120∗[(/4)]

Ω

Si en () se fija como impedancia de entrada 50 se obtiene un ángulo de 133.58º lo que daba una apariencia diferente respecto a la geometría de las antenas Bowtie que se habían visto. Es por ello por lo que se decidió modificar el diseño.

ANTENAS Y PROPAGACIÓN, 3º DE GRADO EN SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN, JUNIO 2015. Finalmente se decidió partir de un diseño ya hecho y descrito en el artículo [REFERENCIA] y aplicando el método de escalado. La antena que se describe ahí está diseñada para trabajar a la frecuencia de 7.2GHz y la que se pretende diseñar es la misma antena pero trabajando a la frecuencia de 2.4GHz. Los diseños físicos de una antena van a depender de las dimensiones eléctricas de estas. Una ventaja de ello es que las antenas pueden ser escaladas desde una frecuencia a otra expresando sus dimensiones en términos de longitud de onda. De esta forma, si tenemos una antena diseñada para una frecuencia, es sencillo convertir el diseño a cualquier otra frecuencia simplemente llevando la antena a las nuevas dimensiones en términos de longitud de onda. Este método fue ampliamente utilizado allá por los años 40 y 50, cuando no existían computadores para realizar la simulación de las antenas. El método de escala se solía aplicar en antenas de alambre que generalmente medían varios metros debido a que trabajaban a frecuencias no muy elevadas. La forma de proceder era realizar una maqueta a pequeña escala de la antena que se pretendía construir y subir la frecuencia hasta que la antena pequeña tenía el mismo tamaño eléctrico que la antena real, de esta forma era mucho más fácil calcular sus parámetros de radiación así como estudiar posibles mejoras.

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adaptación pero no a los grosores de las líneas ya que la impedancia de estas dependerá de dicho grosor y del espesor del sustrato. La impedancia característica de una línea microstrip viene determinada por la siguiente expresión:

6√  (8   )  ={√ [+.9+.66(+.)]   =4.4

  ≥1≤1 

Donde d es el grosor del sustrato, W es la anchura de la línea y es permitividad eléctrica relativa del dieléctrico. En nuestro caso particular se empleó un sustrato tipo FR4 con y con un espesor de 1.6mm. Para recalcular los grosores de las líneas de adaptación se han hecho uso del software AppCAD como aparece a continuación: Para las líneas de entrada, el balun y el desfasador de 180º la impedancia característica ha de ser 50 para su adaptación con el cable coaxial que usaremos para su caracterización. Las medidas para estos grosores se obtienen como sigue:

λ/2 Ω

Basándonos en el método descrito anteriormente, se ha llevado a cabo el diseño de nuestra antena. En el artículo [] aparece un diseño con todas las medidas necesarias y las que faltaban se obtuvieron sabiendo que el dibujo guardaba proporcionalidad con el diseño real. A continuación se muestra el diseño con las medidas: La forma de proceder es fijar el sustrato, su espesor ( H ) e ir dando valores a los grosores hasta que la impedancia característica sea de 50 . Pues bien, el valor obtenido para este grosor es de 2.917 milímetros.

Ω

Ahora se tiene que calcular el grosor del divisor de Wilkinson que tiene que presentar una impedancia característica de 25 . Los resultados obtenidos son:

Ω

Como se aprecia en el boceto, la antena consta de dos partes fundamentalmente. La primera de ellas (microstrip) es una etapa de adaptación de impedancias consistente en un balun , un divisor de potencia de Wilkinson y un desfasador de 180º. La segunda etapa es la parte radiante de la antena que consta de las dos aspas características de la antena bowtie.

λ/2

El proceso de escalado de las dimensiones de la antena es posible aplicarlo sobre esta segunda etapa cuyas dimensiones presentan proporcionalidad con la frecuencia. En la segunda etapa se podrá aplicar a la longitudes de las pistas de

Procediendo de forma similar se obtiene un grosor de línea


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de 8.1 milímetros. Para el escalado de la parte radiante de la antena sí se aplica el método de escalado como se ha dicho y se procede la siguiente manera: 1. Se determina la frecuencia de trabajo de la antena original que en nuestro caso es la del artículo [articulo balanis] y que es de .

 =7.2

 =

2. Se elige la frecuencia de trabajo a la que se desea construir la antena final, que para este caso es de .

2.4

=  = 7.2.24 =3

3. Se obtiene el factor de escalado de la siguiente manera:

Simulando esta antena se obtienen los siguientes diagramas, tanto en plano E como en plano H.

4. Ahora basta con recalcular las dimensiones de la nueva antena multiplicando por el factor de escala las longitudes:

SIMULACIÓN. A la hora de realizar la simulación se ha optado por simular una versión simplificada de la antena, como se comentó anteriormente las antenas planas pueden simularse de forma bastante acertada mediante líneas finas que recorren el perímetro de las superficies, ya que es donde se presentará la mayor densidad de corriente. De esta forma, usando el software NEC, y el esquema mostrado, se consigue simular de forma aproximada, pero muy sencilla una antena cuyo diseño en principio es mucho más complejo. V.

Se puede observar como presenta, como era de esperar, un diagrama de radiación similar al de u na antena dipolo, es decir, se puede considerar omnidireccional en el plano E, aunque presenta unos mínimos de radiación en 0º y en 180º, y en el plano H se observa como se gana en directividad, aunque el ancho de haz a -3 dB seguirá siendo grande y en consecuencia la directividad será menor, se ha de tener en cuenta que la simulación no se ha realizado con la antena que se ha construido, sino que es una simulación aproximada para conseguir una representación de lo que se debe obtener en el diagrama real. Se presenta por último el diagrama tridimensional para que se observe bien la geometría total.


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6) Atacador rapido S (solido comburente). Se junta con Acido Clorhídrico para ser un atacador contra el cobre. Será el encargado de disolver el cobre que haya sido atacado previamente por la luz de la insoladora. 7) Disolvente. Los disolventes son compuestos químicos de distinto origen y naturaleza, caracterizados por unas determinadas propiedades físicas y químicas. Es una sustancia capaz destruir agregación de moléculas de un cuerpo soluble. VI. CONSTRUCCIÓN. Como la antena va a ser construida sobre una placa de circuito impreso, se realizará mediante el método de insolación y atacante ácido. Descrito a continuación. 1. Materiales .

8) Conector SMA hembra con rosca para circuito impreso. Se llama SMA a un tipo de conector roscado para cable coaxial utilizado en microondas, útil hasta una frecuencia de 33 GHz.

1) Impresora láser. Es importante ya que permitirá que la tinta se reparta uniformemente y con precisión milimétrica. 2) Papel de Acetato. Es un material transparente que está hecho de una reacción de celulosa con ácido acético en presencia de ácido sulfúrico. 3) Insoladora. E un aparato mediante el cual se copia una imagen a una superficie fotosensible, al iluminar el fotolito que la contiene. Las placas PCB, suelen estar impregnados de un material fotosensible que al reaccionar con la luz modifica sus características superficiales.

9) Placa PCB Es una placa con dos caras de cobre que recubren a un diélectrico, el cobre está recubierto de una sustancia fotosensible capaz de revelarse y proteger del ácido y del atacador al cobre. 2. Reali zación prácti ca.

4) Hidróxido de sodio ( sosa cáustica). Es un sólido blanco cristalino sin olor. Cuando se disuelve en agua o se neutraliza con un ácido libera una gran cantidad de calor, en este caso se usará como revelador de la superficie insolada. 5) Ácido Clorhídrico. Es una disolución acuosa del gas cloruro de hidrógeno (HCl). Es muy corrosivo y ácido. Se emplea comúnmente como reactivo químico y se trata de un ácido fuerte que se disocia completamente en disolución acuosa. Una disolución concentrada de ácido clorhídrico tiene un pH inferior a 1.

Una vez diseñada la antena con un programa de diseño 2D se imprime en la impresora láser con papel de acetato el diseño propuesto. El siguiente paso es coger la placa de circuitos impreso fotosensible y quitarle una primera capa que lleva de protección para que la luz no les afecte mientras no se requiera, una vez quitada, hay que actuar rápidamente poniendo el diseño en una de las caras y tapando la parte de atrás de negro para que la luz sólo afecte a la zona donde se desea eliminar el cobre.

La forma de poner el diseño en el circuito impreso debe ser la indicada en la figura.


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Según la recomendación del fabricante la insoladora debe actuar alrededor de 2 minutos. La mezcla de sosa caustica correcta era de, aproximadamente, un par de cucharadas o tres de café por cada litro y medio de agua. Por último se usa el disolvente para quitarle la capa de barniz protectora del cobre. Se realiza el mismo proceso con la parte de atrás colocando el plano de tierra que se necesita para la alimentación de la antena. Una vez terminado el tiempo de insolación, se introduce la placa en el envase con sosa caustica, siempre usando guantes, ya que la sosa caustica y otros elementos utilizados son muy corrosivos.

Para finalizar la fabricación, se le debe soldar el conector SMA hembra para circuitos impresos, para ello se hace uso de estaño y un soldador. Se conectarán las dos patillas de atrás del conector a el plano a tierra de la antena y en la parte de delante, se conecta el vivo del conector. Para soldar se usó un decapante que provoca rugosidades microscópicas en el cobre y hace que el estaño se adhiera con más facilidad al cobre. Los resultados son los siguientes:

A continuación la placa se introduce en agua para detener el revelado, seguidamente se coloca en un envase de plástico de grosor elevado donde hay una mezcla de cuatro partes de ácido clorhídrico y parte y media de polvos del atacador rápido S.

Los costes aproximados de la realización de la antena bowtie usando el método de la insolación son de, aproximadamente unos 13 euros.

Se coloca la cara del diseño boca arriba para saber cuándo se ha terminado el proceso y no excederse. Se puede ayudar a la disolución y el atacado de la placa balanceando levemente la cubeta al sumergir la placa en el atacador, el cobre se tornara rojizo e irá cambiando de color hasta que la placa quede limpia de cobre, sacamos de la cubeta y lavamos con abundante agua.

VII. MEDIDA DE LA ANTENA. Una vez fabricada la antena se procede a la toma de las medidas más importantes en el laboratorio, como pueden ser: El diagrama de radiación, el coeficiente de reflexión, la razón de onda estacionaria o la impedancia de entrada, de estas medidas se derivarán otras como: la ganancia de la antena, el ancho de haz a -3 dB o el ancho de haz entre ceros, para analizar si el funcionamiento de la antena es el adecuado. En primer lugar se presentarán los planos de radiación, tanto en plano E como en plano H. En el caso del plano E, como se apreció en la simulación, el diagrama debería ser casi circular, esto no se da debido a diversos factores, como pueden ser: La variabilidad obtenida en las medidas debido a fuentes externas, variabilidad debido a la geometría de la antena fabricada junto con pequeños desajustes y a la hora de la toma de medidas, que fueron echas en malas condiciones y por tanto presentan grandes variaciones imposibles de solucionar sin la toma de numerosas medidas para cada ángulo. En el caso del plano H si se aprecia como existe lóbulo


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delantero y trasero y, en consecuencia, la directividad es mayor, en la teoría, de nuevo, el plano H debería presentar una simetría perfecta respecto a los 90º, sin embargo por motivos idénticos a los del plano E esto no es posible.

El eje de frecuencias comienza en 2.23 Ghz y acaba en 2.73 Ghz.

A la frecuencia de resonancia (2.57 Ghz) el coeficiente de reflexión es de -21.21 dB, lo que se traduce en que la antena a esa frecuencia refleja el 0.7568% de la potencia que se le suministra, a la frecuencia de uso está aumenta a aproximadamente hasta el 10%, siendo ya bastante considerable, aunque no catastrófica. 2) Impedancia de entrada. La impedancia de entrada se obtiene directamente del analizador de redes mediante la representación de la carta de Smith representada en la figura.

Se hace difícil conocer parámetros de antena extrayéndolos directamente de los diagramas debido al corto número de medidas de las que se disponen, por ello, los parámetros que se podrían extraer de ellos se extraerán matemáticamente de otros. 1) Coeficiente de reflexión. El coeficiente de reflexión es el parámetro más importante a la hora de conocer si una antena está adaptada o no, este parámetro se obtiene directamente del analizador de espectros, la figura muestra una gráfica de la evolución de este con la frecuencia. Como se observa, la resonancia se produce a una frecuencia superior a la prevista, se puede decir pues que el diseño ha sido erróneo en cuanto que la frecuencia de resonancia no se presenta donde debería (donde la antena debería trabajar mejor), no obstante el problema no es grave ya que debido a la banda ancha que presenta esta antena puede seguir trabajando a la frecuencia deseada de 2.4 Ghz sin que por ello se produzca una perdida notable de prestaciones, no obstante, los parámetros a partir de aquí se referirán a una frecuencia de 2.57 Ghz, que es donde se ha desplazado la frecuencia de resonancia.

Ω

De donde se obtiene que a 2.57 Ghz la impedancia de la antena es de 44.28 + j5.94 . La adaptación dista de ser perfecta, sin embargo es lo suficientemente buena. 3) Razón de onda estacionaria En la figura se muestra la gráfica de la ROE, obteniendo medidas realmente buenas para las frecuencias de interés, y apreciándose que la banda donde la ROE desciende de 2 (adaptación decente) es bastante amplia.

4) Anchos de haz Obteniendo los valores del diagrama de radiación que caen a -3 dB (o 0.5 si se trata de potencias lineales) se obtiene que el ancho de haz es de 82º, de la misma forma, el ancho de haz entre ceros es de 180º. Se aprecia que sus características son similares a las de un dipolo.

ANTENAS Y PROPAGACIÓN, 3º DE GRADO EN SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN, JUNIO 2015. 5) Ancho de banda Atendiendo a la gráfica del coeficiente de reflexión antes presentada podemos imponer una condición de funcionamiento que nos asegure unas buenas características en toda la banda de frecuencias WiFi, en este caso, si imponemos una condición suficiente de que el 20% de la energía se radie, lo cual corresponde a -7.07 dB, de esta forma, el ancho de banda queda de 334 Mhz que corresponde a un 14 % aproximadamente, como se aprecia es una característica de banda ancha ya que se puede usar en un rango de frecuencias suficientemente elevado.

R EFERENCES [1] Ahmet Cemal Durgun , Student Member, IEEE , Constantine A.

Balanis , Life Fellow, IEEE , Craig R. Birtcher, and David R. Allee , Member, IEEE. IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 59, NO. 12, DECEMBER 2011. Design, Simulation, Fabrication and Testing of Flexible Bow-Tie Antennas. [2] Constantine A. Balanis. ANTENNA THEORY ANALYSIS AND DESIGN. Third edition. [3] David M.Pozar. MICROWAVE ENGINEERING. Fourth edition. AUTORES.

nacido en 1993 en Granada, cursa actualmente el tercer curso del Grado en Ingenierías de Tecnologías de Telecomunicación en la Universidad de Granada. Ernesto Martín Jiménez

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