Multi-Robot Coverage Strategies

Para el diseño hay varias alternativas, por ejemplo, utilizar el filtro de pasa banda después del amplificador o, mejor aún, delante de él. Esta última alternativa fue la que se tomó en consideración, pues se comprobó experimentalmente que este método evita que señales interferentes lleguen al amplificador. En la figura 2.13 se muestra el diseño en AWR.

Análogamente se realiza el mismo esquema para la banda de UHF con su filtro correspondiente.

2.6.1 Propuesta de diseño para VHF y UHF

Para converger ambos circuitos independientes en una sola salida, y así obtener una sola toma hacia el receptor se emplea un duplexor para separar las dos señales provenientes de las antenas. Este no es más que otra sección de filtrado (un paso bajo con fc=195 MHz para la sección de VHF y un paso alto con fc=584 MHz para la sección de UHF) que impide el acople entre las salidas de los amplificadores permitiendo que las señales amplificadas por cada uno sean completamente acopladas a la salida. Se comprobó por simulaciones que estos filtros FPB y FPA como duplexor deben tener un orden igual o superior a 8 para delimitar bien las entradas lo que permite que la ganancia de cada módulo amplificador no se vea afectada. En este caso existe una relación de compromiso, ya que se estaría añadiendo más componentes al diseño en vista de tener una sola toma al receptor, aunque otra variante podría ser no utilizar duplexor ninguno y tomar en consideración los 3 dB que se pierden en la unión de las salidas, los cuales pueden respaldarse por la ganancia del amplificador. En la Fig 2.14 a y b se muestran el diseño con filtros de orden 8 y la comparación de respuestas de magnitud contra frecuencias para el caso sin duplexor y con duplexor respectivamente.

Fig. 2.14. (a) Diseño del módulo de RF con duplexor y (b) comparaciones

2.6.2 Elección del Amplificador de Bajo Ruido

Por sus particulares características mencionadas anteriormente se escogió un dispositivo MMIC para usarlo como LNA. En la Fig. 2.15 se tiene el conexionado típico del MMIC. La señal a amplificar se aplica al terminal de entrada a través de un condensador de paso. En el terminal de salida se encuentra una resistencia conectada al positivo de la alimentación que proporciona la corriente de funcionamiento del dispositivo. Un condensador de bloque de corriente directa acopla la señal de salida al paso siguiente. Un choque de RF opcional proporciona una ganancia más constante en la parte alta del ancho de banda. El circuito permite configuraciones en cascadas de una manera sencilla debido a que tanto como la entrada y salida presentan la misma impedancia (50Ω ó 75Ω). No requieren redes de adaptación de impedancia entre etapas amplificadoras lo cual complicaría el diseño y fabricación del amplificador.

Los MMIC’s son dispositivos que actualmente en el país tienen que ser importados. El escogido para el diseño del amplificador de RF fue el MAR-6, el cual es, dentro de esta familia, el que posee menor cifra de ruido, es incondicionalmente estable y su ganancia es invariante dentro de las bandas de trabajo.

2.6.3 Diseño de la placa de circuito impreso

Para el diseño de la placa donde se montará el circuito físico se trabajó la herramienta TXLINE de AWR-MO para todo tipo de variedad de líneas de transmisión fundamentalmente líneas de microcintas que conlleva los amplificadores de RF. Se le dieron las dimensiones a la placa empleándose un sustrato de baquelita que presenta una permisividad dieléctrica de 4.75, así como se determinó la lámina de cobre de espesor igual a 0.035mm. Estos valores dieron como resultado un valor de impedancia de 75 Ω que se corresponde con la impedancia interna, de entrada y salida del módulo de RF empleado.

Empleando el software PCB Wizard 3.50 Pro Unlimited, que es un software de fácil operación para el diseño de circuitos impresos sencillos, se diseñó el circuito a utilizar (Fig. 2.16).

Fig. 2.16. Circuito Impreso del módulo activo con MMIC para VHF y UHF

2.6.4 Diseño de los elementos inductivos

El circuito de filtrado posee características eléctricas acorde a las necesidades de diseño, pero posee algunos inconvenientes como son:

 Capacitores con valores no comerciales y difíciles de localizar.

 Inductores con valores establecidos, pero con poca información constructiva que limitan su fabricación.

Con la herramienta Tune Tool de Microwave Office se pueden fijar algunos parámetros y variar otros permitiendo observar el comportamiento de las curvas características de las funciones de transferencias de los filtros.

Los capacitores se fijan o se llevan a un valor comercial, de fácil adquisición y los inductores se optimizan para mantener buen desempeño del filtro. Luego con la ayuda de la herramienta de software Coil 32 se pueden establecer diseños constructivos de inductores acordes las exigencias del circuito y el diseñador.

2.7 Conclusiones del capítulo

En el capítulo se realizó el modelado y la simulación de los dos modelos de antenas exteriores propuestos empleando el software CST Microwave Studio 2015. Se analizaron los valores de ROE, pérdidas por retorno, ganancia, coeficiente de radiación trasera y patrón de radiación. Se realizó el diseño de dos variantes módulos activos con los filtros analógicos para diferentes bandas empleando el software AWR Microwave Office 2013. Se determinó el amplificador MMIC que se empleará y se realizó el diseño del circuito impreso de los amplificadores.