1 DISE ˜ NO DE ANTENA MICROSTRIP PARA LA BANDA DE UHF 1 M.Sc. J. C. Garc´ ıa y 2 J. A. Franco Grupo de Control y Procesamiento Digital de Se ˜ nales Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales 1 jcgarcia@ne vado.manizales.unal.e du.co 2 juan franco@unal mzl.edu.co Resumen El presente trabajo busca el dise ˜ no m ´ as adecuado que cumpla con el prop ´ osito de una antena tipo microstrip para transmitir en la banda UHF. Por tal raz ´ on se escoge dise ˜ nar una antena rectangular por su simplicidad matem ´ atica y de construcci ´ on f´ ısica, ya que no se cuentan con las herramientas necesarias para construir una antena de parche de forma circular. Index Terms Microstrip, Linea de Transmision, m ´ etodo de cavidades, Alimentaci ´ on. I. I NTRODUCCI ´ ON Una antena microstr ip es un parche conductor que presenta por su tama˜ no y complejidad de construcci ´ on multiples ventajas, pero a su vez carece de algunas como limitaci ´ on de potencia entre otras. Su dise ˜ no se adec ´ ua de forma que la estructura disipe la potencia en forma de radiaci ´ on. Para dise ˜ nar una antena microstrip se deben tener en cuenta que varios autores [1], [2], [3], presentan diversas formas de hacerlo, tambien se debe tener mucho cuidado en el momento es que se escoje el tipo de alimentaci ´ on que se va usar para la antena, ya que esto puede incrementar la eficiencia pero a su vez tambien causa una construcci ´ on m´ as compleja, por la tal raz ´ on hay que encontrar un equilibrio. Cuando se tiene ya claro la forma en que se va a construir la antena se busca el mejor m ´ etodo para hacer el an ´ alisis tomando como criterio la complejidad, reducci ´ on en los costos, como es el caso del modelo de l´ ınea de transmisi ´ on y el de cavidades [1], que se van a tratar m´ as adelante. I I . FORMA DE LAS ANTENAS Aunque son muchas las formas en las que se puede encontrar una antena microstrip, las m ´ as habituales son rectangular y circular (figuras 1 y 2), existiendo tambien las forma cuadrada y dipolo [1]. I I I. M´ ETODOS DE DISE ˜ NO Existen diversos autores [2] que muestran muchas formas de dise˜ nar arreglos de antenas tipo microstrip, y otros se ocupan de antenas simples [3], [2]. Para nuestro caso se van a analizar los cri terios de dise˜ no de tres autores fundamentalmente, siendo ellos: Balanis, Bahl y Bhartia, y Benalla y Gupta. III-A. M´etodo de Benalla y Gupta Este m´ etodo se basa en [2]. Al analizar este documento [2] y [4] et al; se puede observar que el m´ etodo que ellos plantean aplica solamente en el dise ˜ no de antenas microstrip rectangulares de 2 puertos, en el cual trabajan con un arreglo de antenas microstrip. Por tal raz´ on esta forma de dise˜ no no aplica para lo que se busca en este trabajo el cual consiste en dise ˜ nar un modulo de antena tipo microstrip para transmitir en la banda UHF. Este trabajo se encuentra dentro del marco del proyecto: “Estaci´ on base GSM/CDMA”, financiado por DIMA
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El presente trabajo busca el diseno mas adecuado que cumpla con el proposito de una antena tipo microstrip para
transmitir en la banda UHF. Por tal razon se escoge disenar una antena rectangular por su simplicidad matematica
y de construccion f ısica, ya que no se cuentan con las herramientas necesarias para construir una antena de parche
de forma circular.
Index Terms
Microstrip, Linea de Transmision, metodo de cavidades, Alimentacion.
I. INTRODUCCION
Una antena microstrip es un parche conductor que presenta por su tamano y complejidad de construccion
multiples ventajas, pero a su vez carece de algunas como limitacion de potencia entre otras. Su diseno
se adecua de forma que la estructura disipe la potencia en forma de radiacion. Para disenar una antena
microstrip se deben tener en cuenta que varios autores [1], [2], [3], presentan diversas formas de hacerlo,
tambien se debe tener mucho cuidado en el momento es que se escoje el tipo de alimentacion que se
va usar para la antena, ya que esto puede incrementar la eficiencia pero a su vez tambien causa una
construccion mas compleja, por la tal razon hay que encontrar un equilibrio. Cuando se tiene ya claro laforma en que se va a construir la antena se busca el mejor m etodo para hacer el analisis tomando como
criterio la complejidad, reduccion en los costos, como es el caso del modelo de lınea de transmision y el
de cavidades [1], que se van a tratar mas adelante.
II. FORMA DE LAS ANTENAS
Aunque son muchas las formas en las que se puede encontrar una antena microstrip, las m as habituales
son rectangular y circular (figuras 1 y 2), existiendo tambien las forma cuadrada y dipolo [1].
III. METODOS DE DISENO
Existen diversos autores [2] que muestran muchas formas de disenar arreglos de antenas tipo microstrip,
y otros se ocupan de antenas simples [3], [2]. Para nuestro caso se van a analizar los criterios de disenode tres autores fundamentalmente, siendo ellos: Balanis, Bahl y Bhartia, y Benalla y Gupta.
III-A. M etodo de Benalla y Gupta
Este metodo se basa en [2]. Al analizar este documento [2] y [4] et al; se puede observar que el metodo
que ellos plantean aplica solamente en el diseno de antenas microstrip rectangulares de 2 puertos, en el
cual trabajan con un arreglo de antenas microstrip. Por tal razon esta forma de diseno no aplica para lo
que se busca en este trabajo el cual consiste en disenar un modulo de antena tipo microstrip para transmitir
en la banda UHF.
Este trabajo se encuentra dentro del marco del proyecto: “Estacion base GSM/CDMA”, financiado por DIMA
Fig. 5. Circuito equivalente de la lınea de transmision
El modelo de lınea de transmision permite hacer el estudio de antenas microstrip de forma rectangular.
Si se desea el analisis de otra forma de parche, es necesario tomar otro modelo, por ejemplo el modelo
de cavidades resonantes [1], [8] .
IV-B. Modelo de cavidades resonantes
Las antenas microstrip se comportan como cavidades resonantes.En el interior se producen ondas
estacionarias entre las paredes electricas y magneticas (figura 6).
Fig. 6. Modelo de cavidades resonantes
Para analizar los campos en el interior de la cavidad hay que resolver la ecuacion de onda, sujeta a lascondiciones de contorno de los campos tangenciales (figura 7).
El parche admite varias distribuciones de campo (modos) de acuerdo con las soluciones de la ecuacion