Tesis profesional presentada por Raúl Hernández Aquino

Licenciatura en Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones. Departamento de Computación, Electrónica y Mecatrónica. Escuela de Ingeniería y Ciencias, Universidad de las Américas Puebla.

Jurado Calificador

Presidente: Dr. Vicente Alarcón Aquino
Vocal y Director: Dr. Oleg Starostenko
Secretario: M.C. Luis Gerardo Guerrero Ojeda
Suplente: Dr. Alonso Corona Chávez

Cholula, Puebla, México a 9 de mayo de 2008.

Resumen

En este proyecto de tesis se realizó el diseño, simulación y construcción de 3 tipos de antena tipo parche o de microstrip para las frecuencias de operación de 2.4 GHz, 5.8 GHz y ambas (antena dual). Los diseños propuestos son antenas tipo parche rectangular que presentan un método de alimentación innovador con el uso de la reciente tecnología Substrate Integrated Waveguide (SIW) mediante la cual se buscó que se tuviera una mayor eficiencia en las antenas construidas. La forma de alimentar las antenas mediante SIW fue por medio de una apertura (slot) situada en una de las paredes de la guía en zonas de alta concentración de corriente, buscando el mejor acoplamiento electromagnético.

Mediante el uso de los progarmas Sonnet versión 11.55 y HFSS (High Frequency Structure Simulator) versión 9.0 (respectivamente y cuando se requirió uno u otro) se realizaron simulaciones de las siguientes estructuras: guía de onda ideal completa, guía de onda ideal con apertura y estructura completa de la guía de onda ideal con la antena para posteriormente utilizar en la simulación la tecnología SIW y comprobar que los resultados fueran similares a los de la guía de onda ideal. En las simulaciones se llevaron a cabo optimizaciones de cada estructura diseñada (tamaño de antena, transición de SIW a microstrip, posicionamiento de la apertura sobre la guía de onda y posicionamiento de la antena sobre la apertura).

Se construyeron las estructuras simuladas para comprobar el correcto funcionamiento de las configuraciones propuestas y se compararon los resultados con las simulaciones para corroborar que se obtuvieran resultados similares a los esperados. Para la obtención de resultados experimentales y la caracterización de las antenas se utilizó el analizador vectorial de red WILTRON 360B por medio del cual se pueden llevar a cabo mediciones de los parámetros S de una red de dos puertos y el cual fue facilitado por el Instituto Nacional de Óptica y Electrónica (INAOE) para este proyecto de tesis.

Como trabajo adicional se utilizó una estructura SIW creada para alimentar una antena tipo "H" previamente construida en el INAOE para verificar que la estructura propuesta pudiera funcionar para otros tipos de antenas.

Se obtuvieron diseños de dimensiones reducidas para las frecuencias de resonancia encontradas. Los resultados para las antenas construidas fueron muy buenos en cuestión de acoplamiento ya que se obtuvieron resultados superiores a los que se pueden encontrar en alimentaciones directas, o por proximidad (explicadas a detalle en el capítulo 3) lo que deriva en una mayor eficiencia de la antena en general. Estos resultados fueron semejantes a los que se pueden hallar mediante métodos de alimentación por apertura (que presentan los mejores resultados) con anchos de banda parecidos pero con las ventajas que ofrece la nueva tecnología SIW. Estas ventajas están relacionadas con la facilidad para poder integrar las antenas con diversas estructuras tanto planas como no planas y con tamaños reducidos y por lo tanto prácticos.

Índice de contenido

Portada (archivo pdf, 47 kb)

Agradecimientos y Dedicatorias (archivo pdf, 84 kb)

Índices (archivo pdf, 101 kb)

Introducción (archivo pdf, 61 kb)

Capítulo 1. Introducción a Bluetooth y Wi-Fi (archivo pdf, 128 kb)

  • 1.1 Bluetooth
  • 1.2 El 802.11x (Wi-Fi)

Capítulo 2. Teoría Básica de Antenas (archivo pdf, 342 kb)

  • 2.1 Antenas
  • 2.2 Tipos de antenas
  • 2.3 Parámetros de las antenas

Capítulo 3. Antenas Tipo Parche o de Microstrip (archivo pdf, 221 kb)

  • 3.1 Origen
  • 3.2 Tipos de ondas en las líneas de microstrip
  • 3.3 Requerimientos para circuitos y antenas
  • 3.4 Características de las antenas de microstrip
  • 3.5 Métodos de análisis
  • 3.6 Métodos típicos de alimentación de antenas tipo parche
  • 3.7 Alimentación con Substrate Integrated Waveguide

Capítulo 4. Substrate Integrated Waveguide (SIW) (archivo pdf, 298 kb)

  • 4.1 Introducción a Substrate Integrated Waveguide
  • 4.2 Estructura general de Substrate Integrated Waveguide
  • 4.3 Diseño de Substrate Integrated Waveguide
  • 4.4 Estructura completa con alimentación SIW para antenas

Capítulo 5. Diseño y Simulación de las Antenas (archivo pdf, 1 mb)

  • 5.1 Antena para 2.4 GHz
  • 5.2 Antena para 5.8 GHz
  • 5.3 Antena dual (2.4 GHz y 5.8 GHz)
  • 5.4 Alimentación de antena tipo ?H?

Capítulo 6. Resultados Experimentales (archivo pdf, 553 kb)

  • 6.1 Antena a 2.4 GHz
  • 6.2 Antena a 5.8 GHz
  • 6.3 Antena dual
  • 6.4 Alimentación de la antena tipo ?H?

Capítulo 7. Conclusiones y trabajo futuro (archivo pdf, 73 kb)

  • 7.1 Conclusiones
  • 7.2 Trabajo a futuro

Referencias (archivo pdf, 73 kb)

Apéndice 1. Propagación de ondas electromagnéticas (archivo pdf, 90 kb)

Hernández Aquino, R. 2008. Diseño, simulación y construcción de antenas tipo parche para bluetooth y WI-FI, bandas 2.4 ghz y 5.8 ghz. Tesis Licenciatura. Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones. Departamento de Computación, Electrónica y Mecatrónica, Escuela de Ingeniería y Ciencias, Universidad de las Américas Puebla. Mayo. Derechos Reservados © 2008.