Estudio y diseño de arrays de slots con superficie AMC

En los últimos años debido al desarrollo y a la aparición de nuevas tecnologías inalámbricas, las antenas microstrip han ganado gran importancia gracias a su bajo peso, su fácil integración con otros componentes y a poder amoldarse fácilmente a los escenarios donde se las quiere dar utilidad. Este Trabajo Fin de Grado tiene el propósito de desarrollar un tipo array de antenas microstrip, que son las antenas de ranuras o slots a una frecuencia de 140 GHz con una superficie Artficial Magnetic Conductor (AMC). Esto se realiza con el fin de poder ver los resultados y comportamiento de este diseño a tan altas frecuencias. La antena de slot es, como se ha mencionado anteriormente, un tipo de antenas microstrip. Este tipo de antenas son una evolución de las antenas stripline. Aparecieron en los años 50 pero no se empezaron a desarrollar y a utilizar en las telecomunicaciones hasta los años 70 debido a sus grandes pérdidas, ya que la tira de línea metalizada queda al aire, no como en stripline que está recubierta por una capa de dieléctrico y por encima con una capa de Perfect Electric Conductor (PEC), es decir, un conductor eléctrico perfecto. La antena tipo slot consiste en la siguiente estructura: una capa de dieléctrico con un grosor y permitividad determinada que ejercen una gran influencia en el funcionamiento de la antena; por encima, una capa metalizada de la cual se extraería la superficie correspondiente al tamaño del slot, y por último una tira fina metalizada debajo del dieléctrico que sería la línea con la que se alimentaría la antena para su correcto funcionamiento. Todo este diseño se tiene que realizar teniendo en cuenta la frecuencia a la que se está trabajando, en este caso de 140GHz, con el fin de conseguir un correcto funcionamiento del sistema. Para el diseño de la antena hay que tener en cuenta diferentes parámetros: Permitividad y espesor del dieléctrico: Se busca siempre aquel valor que consiga una eficiencia máxima de la antena, es decir, que el dieléctrico no le aporte muchas pérdidas y no baje su ancho de banda relativo. Longitud de la ranura: el tamaño de la ranura influye directamente en la adaptación de la antena con la frecuencia a la que se trabaja, por lo que se tendrían que realizar una serie de cálculos para que esta esté adaptada correctamente. Anchura de la línea de alimentación: este parámetro también tiene un papel fundamental en el correcto funcionamiento de la antena, ya que tiene que estar adaptado la línea con la antena. El siguiente punto a tratar en la realización de este Trabajo Fin de Grado es la presentación y diseño de una superficie AMC. Los AMC como su nombre indica son conductores magnéticos artificiales y son tan importantes porque tienen propiedades electromagnéticas que no se pueden encontrar en la naturaleza. Debido a las características de los AMC, estos se pueden comportar como si se tratara de un Perfect Magnetic Conductor (PMC). Los PMC son conductores magnéticos perfectos, con una impedancia teóricamente infinita. Una de las características de los AMC es que consiguen impedancias muy altas por lo que su funcionamiento es similar a los PMC, pero solamente en un determinado rango de frecuencias. Teóricamente si colocamos un PMC debajo de un PEC a una distancia menor de =4 se produce un corte en la propagación de modos de placas paralelas, por lo que el sistema va a funcionar mejor. Hay muchos tipos de superficies AMC, las utilizadas en este trabajo Fin de Grado son denominadas como bed of nails, se tratan de unos pines metálicos separados periódicamente a lo largo de la superficie. Se ha elegido este tipo de AMC debido a que en este trabajo los dise~nos del array de slots son a 140GHz y esta superficie teóricamente trabaja mejor a frecuencias altas al ser completamente metálica. Una de las características fundamentales de los AMC es que poseen una banda de frecuencias de corte llamada stopband, donde las ondas de superficie no se pueden propagar por lo que se supone que mejoraría el acoplo entre los slots. Para el diseño de esta supeficie, y que la stopband sea en la banda de frecuencias que nos interesa, se tiene que analizar el diseño de los pines. Las diferentes medidas que afectan al funcionamiento de estos son: - El lado del pin. - La altura del pin. - El periodo con el que están repartidos a lo largo de la superficie. - El hueco de aire que hay entre los pines y el dielectrico perteneciente a la antena llamado GAP. Estas medidas se analizarán en el capítulo 3. Una vez que se han diseñado estos dos elementos por separado, el slot y la superficie de pines, hay que realizar la integración. Se trata de dise~nar un array de dos slots, estudiando el acoplo entre ellos y para nalizar respetando el hueco de aire con el que se ha dise~nado, insertando tantos pines como sean necesarios para cubrir el espacio del array. Con este diseño realizado se procederá a realizar las diferentes simulaciones y sacar las conclusiones pertinentes con los resultados obtenidos. Todo el trabajo de diseño y simulación se ha realizado con el software CST Microwave Studio. Como validación experimental del proyecto se ha realizado también un prototipo de la antena a una frecuencia diferente, aprovechando que existe una supeficie de pines en los laboratorios del departamento de Radiofrecuencia de la Universidad Carlos III. Para llevar a cabo las medidas experimentales se ha usado un analizador vectorial de redes.Ingeniería de Sistemas de Comunicacione