4 Research Methodology
4.1 Philosophical perspectives
4.2.2.1. Análisis de resultado de la antena de doble polarización.
A continuación, se muestran los resultados medidos de las pérdidas de retorno de la antena de doble polarización construida comparados con lo obtenido con la simulación para así poder observar con detalle las diferencias.
En la figura 4.9 y tabla 25 se obtienen los resultados del puerto1.
Figura 4.9. Pérdidas de retorno de la antena de doble polarización puerto 1.
Tabla 25. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto 1.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆11 4.17 6.29 2.12 40.5
Simulado 𝑆11 3.97 6.56 2.52 48
Diferencia 𝑆11 0.2 -0.39 -0.54 7.5
Como se puede ver en a tabla 25 en el puerto 1 se tiene una reducción del ancho de banda en un 7.5%, ya que las frecuencias simuladas se encuentran entre 3.97GHz y 6.56GHz y las medidas entre 4.17GHz y 6.93GHz , esto se debe a que algunos de los pines de cobre
89 utilizados en la tecnología SIW no quedaron derechos generando que la antena no fuera simétrica obteniendo como consecuencia desacople y reducción del ancho de banda
.
En la figura 4.10 y tabla 26 se obtienen los resultados del puerto2.
Figura 4.10. Pérdidas de retorno de la antena de doble polarización puerto2.
Tabla 26. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto2.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆22 4.35 6.15 1.8 38
Simulado 𝑆22 4 6.67 2.68 50
Diferencia 𝑆22 0.35 -0.52 -0.88 12
Para el puerto dos se tiene una reducción del 12% como se muestra en la tabla 26 se tiene para los valores simulados del ancho de banda una frecuencia inicial de 4GHz y una final de 6.67GHz y para las medidas se tiene una frecuencia inicial de 4.35GHz y una final de 6.15GHz, esto se debe al puente que debe hacerse por la arquitectura de la antena para la doble polarización que sumado la irregularidad en los pines genera está perdida.
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4.2.2.2. Análisis de resultado de la agrupación de antenas
Las siguientes graficas están los resultados medidos de las pérdidas de retorno de la agrupación de antenas construida, comparados con lo arrojado con la simulación para así poder observar con detalle las diferencias y características relevantes.
En la figura 4.11 y tabla 27 se obtienen los resultados del puerto1.
Figura 4.11. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas puerto1.
Tabla 27. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto 1.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆11 4.49 7.30 2.81 47.6
Simulado 𝑆11 4.4 6.6 2.22 48
Diferencia 𝑆11 0.09 0.7 0.59 0.04
Para el puerto1 se tienen valores medidos muy cercanos al simulado, con diferencia en la frecuencia baja de 0.09 y para la frecuencia alta de 0.7, experimentando un corrimiento de las frecuencias a frecuencias altas generando perdida en el ancho de banda con respecto a lo simulado de 0.04%, debido a las alturas de los parches.
91
En la figura 4.12 y tabla 28 se obtienen los resultados del puerto2.
Figura 4.12. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas puerto2.
Tabla 28. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto2.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆22 4.46 7.23 2.77 47.39
Simulado 𝑆22 4.86 7.32 2.46 40
Diferencia 𝑆22 -0.4 -0.9 0.08 7.39
Para el puerto2 se tienen valores con diferencia en la frecuencia baja de 0.4 y para la frecuencia alta de 0.9 experimentando un corrimiento de las frecuencias a frecuencias inferiores generando un aumento en el ancho de banda de 7.39%.
92
En la figura 4.13 y tabla 29 se obtienen los resultados del puerto3.
Figura 4.13. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas puerto3.
Tabla 29. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto3.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆33 4.17 6.94 2.77 49
Simulado 𝑆33 4.3 7.16 2.86 41
Diferencia 𝑆33 -0.13 0.22 0.39 8
Para el puerto3 se tiene una diferencia en la frecuencia baja de 0.13 y para la frecuencia alta e 0.22 experimentando un corrimiento de las frecuencias generando un aumento en el ancho de banda con respecto a lo simulado de 8%.
93
En la figura 4.14 y tabla 30 se obtienen los resultados del puerto4.
Figura 4.14. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas puerto4.
Tabla 30. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto 4.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆44 4.40 7.21 2.54 44
Simulando 𝑆44 4.42 7.18 2.18 39
Diferencia 𝑆44 0.02 0.61 0.36 5
Para el puerto4 se tienen valores medidos muy cercanos al simulado, con diferencia en la frecuencia baja de 0.02 y para la frecuencia alta e 0.61 experimentando un corrimiento de las frecuencias generando un aumento en el ancho de banda con respecto a lo simulado de 5% .
94
4.2.2.3. Análisis de resultado de la agrupación de antenas con tecnología SIW
A continuación, se tienen los resultados medidos de las pérdidas de retorno de la antena de doble polarización construido comparados con lo arrojado con la simulación para así poder observar con detalle las diferencias y características relevantes.
En la figura 4.154 y tabla 31 se obtienen los resultados del puerto1.
Figura 4.15. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas con tecnología SIW puerto1.
Tabla 31. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto1.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆11 4.08 6.94 2.86| 51
Simulado 𝑆11 4.1 7.28 3.18 55
Diferencia 𝑆11 -0.02 -0.34 -0.32 4
Para el puerto1 se tienen valores medidos muy cercanos al simulado, con diferencia en la frecuencia baja de 0.02 y para la frecuencia alta e 0.34 experimentando un corrimiento de las frecuencias a frecuencias inferiores generando una pérdida en el ancho de banda con respecto a lo simulado de 4% Esto se debe a la dificultad de mantener las alturas de manera constante en los parches de la antena 1 de la agrupación y la posición irregular de algunos pines .
95
En la figura 4.16 y tabla 32 se obtienen los resultados del puerto2.
Figura 4.16. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas con tecnología SIW puerto2.
Tabla 32. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto2.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆22 3.9 6.96 3.06 56
Simulado 𝑆22 4.16 7.18 3.02 54
Diferencia 𝑆22 -0.26 -0.22 0.04 2
Para el puerto4 se tienen valores medidos muy cercanos al simulado, con diferencia en la frecuencia baja de 0.26 y para la frecuencia alta e 0.22 experimentando un desplazamiento de las frecuencias a frecuencias más bajas generando un aumento en el ancho de banda con respecto a lo simulado de 2%.
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En la figura 4.17 y tabla 33 se obtienen los resultados del puerto3.
Figura 4.17. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas con tecnología SIW puerto3.
Tabla 33. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto3.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆33 3.9 7 3.1 56
Simulado 𝑆33 4.15 7.17 3.02 53.4
Diferencia 𝑆33 0.25 0.17 0.08 2.6
Para el puerto 4 se tienen valores medidos muy cercanos al simulado, con diferencia en la frecuencia baja de 0.25 y para la frecuencia alta de 0.17 experimentando un corrimiento de las frecuencias a frecuencias más bajas generando un aumento en el ancho de banda con respecto a lo simulado de 2.6% debido a que el puerto 1 está en medio de la agrupación y por la estructura de la antena se facilita el mantener la distancia entre los parches.
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En la figura 4.18 y tabla 34 se obtienen los resultados del puerto4.
Figura 4.18. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas con tecnología SIW puerto4.
Tabla 34. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto4.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Medido 𝑆44 4.26 7.19 2.93 51.1
Simulado 𝑆44 4.14 7.19 3.05 53.8
Diferencia 𝑆44 0.12 0 -0.12 2.7
Para el puerto 4 se tienen valores medidos muy cercanos al simulado, con diferencia en la frecuencia baja de 0.12 y para la frecuencia alta de 0 generando una pérdida en el ancho de banda con respecto a lo simulado de 2.7%, esto se debe a la dificultad de mantener las alturas de manera constante en los parches de la antena 4 de la agrupación y la posición irregular de algunos pines.
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4.2.2.4. Análisis de resultado de la agrupación de antenas con tecnología SIW y convencional medidos.
En el siguiente apartado se muestra la comparación entre la antena con tecnología convencional y la antena con tecnología SIW.
En la figura 4.19 y tabla 35 se obtienen los resultados del puerto1.
Figura 4.19. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas con tecnología SIW y con tecnología convencional puerto1.
Tabla 35. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto1 con tecnología SIW.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 %
Convencional 𝑆11 4.49 7.30 2.81 47.6
SIW 𝑆11 4.08 6.94 2.86| 51
99 El ancho de banda en el puerto 1 puede aumento con la tecnología SWI en un 3.4%,
desplazando la frecuencia a frecuencias más bajas.
En la figura 4.20 y tabla 36 se obtienen los resultados del puerto2.
Figura 4.20. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas con tecnología SIW y con tecnología convencional puerto2.
Tabla 36. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto2 con tecnología SIW.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋 𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘 % Convencional 𝑆 22 4.86 7.32 2.46 40.39 SIW 𝑆 22 3.9 6.96 3.06 56 Diferencia 𝑆22 0.96 0.32 -0.06 15.61
El ancho de banda en el puerto 2 aumentó con la tecnología SWI en un 15.61%, desplazando la frecuencia a frecuencias más bajas, debido al supresión parcial de ondas superficiales.
100 Figura 4.21. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas con tecnología SIW y con tecnología
convencional puerto3.
Tabla 37. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto3 con tecnología SIW.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩%𝒘
Convencional 𝑆33 4.17 6.94 2.77 49
SIW 𝑆33 3.9 7 3.1 56
Diferencia 𝑆33 0.29 0.06 -0.33 7
El ancho de banda en el puerto 3 aumentó con la tecnología SWI en un 7%, desplazando la frecuencia baja a frecuencias más bajas debido a la eliminación parcial de ondas
superficiales y mostrando un mejor acoplamiento.
101 Figura 4.22. Pérdidas de retorno de la agrupación de antenas con tecnología SIW y con tecnología
convencional puerto4.
Tabla 38. Parámetros 𝑆𝑖𝑗 medidos vs simulados puerto4 con tecnología SIW.
Parámetros 𝒔𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 𝒇𝒃𝒂𝒋𝒂𝑮𝑯𝒛 𝒇𝒂𝒍𝒕𝒂(𝑮𝑯𝒛) 𝑩𝒘(𝑮𝑯𝒛) 𝑩%𝒘
Convencional 𝑆11 4.40 7.21 2.54 44
SIW 𝑆22 4.26 7.19 2.93 51.1
Diferencia 𝑆22 0.14 0.02 -0.39 7.1
El ancho de banda en el puerto 4 puede aumento con la tecnología SWI en un 7.1%, desplazando la frecuencia a frecuencias más bajas mostrando un mejor acoplamiento.
102
En la figura 4.23 los resultados de la ganancia simulada para la agrupación de antenas.
Figura 4.23. Ganancia Simulada de la agrupación de antenas con tecnología SIW y con tecnología convencional.
Para la ganancia se tiene uniformidad al aplicar la tecnología SIW con un punto mínimo de 15.86 dBi y un máximo de 16.28dBi debido a la eliminación parcial de ondas superficiales mostrando que es una ganancia por encima de los 13dBi.
En la figura 4.24 se tienen los resultados de la ganancia para la antena de doble polarización.
Figura 4.24. Ganancia Simulada antena con doble polarización con tecnología SIW y con tecnología convencional.
103 Para la ganancia se tiene una mayor uniformidad y elevación de la ganancia al aplicar la tecnología SIW, con un punto máximo de 10.2dBi y mínimo de 6.9dBi, en este coso elevando la ganancia debido a los parches suspendidos y la aplicación de la tecnología SIW.
4.3 CONCLUSIONES
Para este capítulo se hizo el análisis de los resultados obtenidos de las 3 antenas.
Para la primera parte se tiene una perdida con respecto a lo simulado para la antena de doble polarización debido a la mala soldadura de algunos pines, para la segunda antena se tiene la perdida de ancho de banda en uno de sus puertos la cual no representa más del 3% y para la agrupación con tecnología SIW con respecto a lo simulado se tienen perdidas no mayores al 5%, para las ganancia simuladas de la de la agrupación se tiene una mayor uniformidad a lo largo del ancho de banda al aplicar tecnología SWI al igual que en la antena de doble polarización .
Esto indica que, para estos resultados, la aplicación de parches suspendidos, la aplicación de 4 nuevas ranuras para la excitación con apertura y la tecnología SWI lograron compensar satisfactoriamente las perdidas generada en la mala construcción.
104
Capítulo 5
CONCLUSIONES
En este trabajo de grado se diseñó una antena de parches apilados alimentada por apertura con plano de masa simple, así como una antena de parches apilados alimentados por apertura con doble polarización y tecnología SIW, una agrupación de antenas de parches apilados con alimentación por apertura y tecnología SIW y sin este tipo de tecnología. De igual manera se propuso una nueva tecnología de antena de ranura excitada por parche resonante y plano de masa, con mejoramiento en la ganancia respecto a un parche convencional.Lo desarrollos presentados en el trabajo permiten plantear las siguientes conclusiones. • Se propuso con éxito una nueva tecnología de antena de ranura excitada por parche cuasi resonante y plano de masa con separación de 𝜆 10⁄ , mediante lo cual se logró un mejoramiento en la ganancia máxima (8.07dBi) respecto a un parche convencional (7dBi).
• El uso de cinco ranuras para excitar los parches apilados permite un incremento en al ancho de banda de impedancia a niveles del orden del 49% (4.16 GHz a 7.16GHz), lo cual supera ampliamente el ancho de banda propuesto inicialmente en el anteproyecto del 14% (5.1GHz a 5.9GHz).
• Se incorporó la tecnología SIW (Substrate Integrated Waveguide) en el plano de masa, las cinco ranuras de excitación y dos parches apilados, mediante lo cual se logra aplanar la curva de respuesta de ganancia en la mayor parte del ancho de banda en el rango de 4.16 GHz a 7.16GHz, al tiempo que la ganancia máxima es del orden de 16.2dBi, superando ampliamente el objetivo propuesto en el anteproyecto de 10dBi. Así mismo, el ancho de banda de impedancia alcanzado con esta tecnología supera el 56%, frente al 14% fijado como objetivo inicial.
• Se diseñó y construyó una antena simple con doble polarización que incluye las cinco ranuras y la tecnología SIW, logrando un ancho de banda medido del 40.5% y una ganancia máxima de 10.4dBi, la cual incluye de igual manera dos parches apilados.
• Como estrategia de verificación, se diseñó y caracterizó una agrupación de cuatro antenas que incluye las cinco ranuras de excitación, los dos parches apilados y sin incorporar la tecnología SIW, logrando un ancho de banda de impedancia del orden del 49%, una ganancia máxima de 15.98dBi y una ganancia mínima en el ancho de banda de operación de 14dBi frente 15.98dBi con tecnología SIW. Esta agrupación sin tecnología SIW permitió verificar el aplanamiento de la curva frente al caso en que se incluya la misma.
• Debido a algunas dificultades en el momento de la construcción de las antenas, como es el caso de mantener las láminas paralelas en las agrupaciones, al igual que evitar que algunos pines en la tecnología SIW no quedaran perpendiculares a la superficie,
105 generaron algunas diferencias entre lo medido y lo simulado en lo que respecta al ancho de banda, tales como:
En la antena de doble polarización, para el caso del puerto 2, hay diferencia del 12%, por otra parte, en la agrupación de antenas se lograron mantener de manera más uniforme las alturas y se obtuvieron resultados muy similares a lo simulado con diferencias del orden del 3% y al aplicar la tecnología SIW se presenta una pérdida del 4% en el peor de los casos.
• Las separaciones entre parches juegan un papel importante en el desempeño de la antena.
• Al aplicar la tecnología SIW se presenta una reducción de las ondas superficiales en las antenas lo que produce una ganancia más uniforme en el ancho de banda de operación.
• Finalmente, se diseñó, construyó y caracterizo una agrupación de antenas que cumple y supera ampliamente las especificaciones de las antenas comerciales que son utilizadas en el estándar WIFI IEEE(802.11a-n).