DISEÑO ANTENA DIPOLO CON BALUN PLANAR

[pic 1]

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13]

OBJETIVO

Diseñar una antena dipolo planar para la frecuencia de 700MHz.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

El dipolo eléctrico son un par de cargas puntuales con misma magnitud pero de diferente signo, separadas por una distancia.

Es una antena alargada que consta de dos varillas, cables de metal rectos, o, para el caso de este diseño, un par de monopolos planares de cobre alimentados por el centro. Convierte la corriente alterna de alta frecuencia y las ondas electromagnéticas entre sí y, por lo tanto, se puede usar tanto para enviar como para recibir. 

La longitud óptima de una antena dipolo λ/2, descuidando el factor de acortamiento, es la mitad de la longitud  de onda λ del suministro de corriente alterna de alta frecuencia. Un acortamiento o alargamiento de la antena da como resultado un cambio correspondiente en la frecuencia de resonancia . Acortar significa aumentar la frecuencia y viceversa.

BALUN es la combinación de BALanced - UNbalanced y sirve para conectar sistemas balanceados a sistemas no balanceados. En el caso de la antena tipo dipolo, es un sistema balanceado y, por el contrario, el cable de alimentación para la antena está desbalanceado, así que este fungirá como acoplador de corriente para el dipolo.

El diagrama de radiación de un dipolo eléctrico es como se muestra en la Ilustración 1.

[pic 14]

Ilustración 1. Diagrama de radiación del campo E de una antena dipolo λ/2.

En un dipolo suministrado por una fuente de voltaje de CA, la distribución de la corriente es máxima en el centro, de donde se le alimenta, y mínima, tendiendo a cero hacia los extremos de cada monopolo. Mientras que el voltaje, por el contrario, es máximo en los extremos del dipolo y mínimo en el centro. Esto se visualiza en la Ilustración 2. La distribución de corriente es de interés porque se analizará el comportamiento de cómo la radia la antena: de forma simétrica respecto al centro (coloreado de color rojo) y debe mostrar cero corriente en los monopolos (coloreado de color azul), para una buena señal, tanto de entrada como de salida.

[pic 15]

Ilustración 2. Ondas estacionarias sinusoidales de Voltaje (V en rojo) y Corriente (I en azul), en su frecuencia resonante (700MHz).

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE PRUEBA

Se pretende que esta antena planar trabaje a una frecuencia media (banda de TV digital), a 700 MHz, a una impedancia de 50Ω.

La antena planar de cobre se encuentra sobre una placa de material FR4 epoxy, con dimensiones 15x20 centímetros. Por un lado se encuentra la antena dipolo con BALUN con tierra y al reverso se encuentra un STUB abierto de un cuarto de longitud de onda que alimenta las tiras dipolo creando un corto circuito virtual a través del centro de la antena. Esta disposición ofrece más posibilidades de compensación de reactancia de la carga de equilibrio. La característica especial de este método es que no requiere una conexión física directa en la parte superior de la placa. Por lo tanto, se usa para alimentar la antena dipolo planar porque no requiere conexión soldada a través del sustrato.En las siguientes Ilustraciones se muestran las medidas utilizadas para la simulación en el programa ANSYS HFSS (High Frequency Structure Simulator). [pic 16][pic 17]

...