A fin de asentar las potencialidades del nuevo método, se ha aplicado la misma metodología de diseño en esta fase, para ello se ha cambiado la definición de la función de coste con el propósito de conseguir las características de diseño requeridas.
Para el presente diseño se intentó obtener una antena microstrip en la banda de fre- cuencias 6-8GHz, para aplicaciones por satélite, con máxima banda de funcionamiento y características de radiación similares al diagrama de radiación broadside (máxima radiación enθ = 0º). En este se utilizaron n = 5 variables de optimización y se consi- deraron dos planos de simetría xz y yz. La función de coste quedó definida de forma tal que se fijó un ángulo de apuntamiento de radiación y una vez hecho esto, se intentó llevar al máximo de radiación dentro del ángulo de apuntamiento. En particular se intentó alcanzar el máximo de radiación en coincidencia con θ = 0º. En la figura si- guiente4.35, se presenta un diagrama de flujo que describe de forma general la función de coste utilizada para la optimización de la radiación.
A partir de la inclusión de las características antes descritas, se procedió a desarro- llar la optimización. Se consiguió un diseño de una antena con una banda de mínimas perdidas de retorno de casi 22 % de banda alrededor de la frecuencia 7.2GHz. Se puede observar en la Fig. 4.36 el perfil optimizado de esta antena, en la Tabla 4.5 se dan los valores de longitudes ri que definen el parche de la antena optimizados y la Fig. 4.37 muestra el coeficiente de reflexión de la antena en función de frecuencias.
4. Optimización de Antenas Microstrip de Banda Ancha mediante Algoritmos Genéticos y el Método de los Elementos Finitos
Figura 4.35: Diagrama de flujo de la función de coste para optimizar el diagrama de radiación
Figura 4.36: Mallado del parche de perfil optimizado de la antena microstrip de 22 % de banda.
4.2. Procedimiento de diseño y validación experimental
Figura 4.37: Pérdidas de retorno de la antena microstrip diseñada para aplicaciones de banda ancha.
los componentes co-polar y en las Figuras 4.39 y 4.41 se presentan los componentes contra-polar del diagrama de radiación en los tres cortes de espacioφ = 0º y φ = 90º para varias frecuencias. El diagrama de radiación es de tipo broadside (máximo de radiación en θ = 0º), pero se observa un nulo de radiación alrededor de θ = 30º, Fig. 4.38. Según la función de coste se obtiene un máximo de radiación dentro del ángulo de apuntamiento prefijado calculado en algunas frecuencias concretas para no sobrecargar el algoritmo de optimización. Es importante tener presente que en casos de diseños comerciales en los que se requieren características de radiaciones concretas y firmemente estables se puede definir una función de coste en la que se evalúa el diagrama de radiación en más puntos de frecuencia, esto con la finalidad de asegurarse la convergencia de la optimización hacia el resultado requerido.
4. Optimización de Antenas Microstrip de Banda Ancha mediante Algoritmos Genéticos y el Método de los Elementos Finitos
Figura 4.38: Componente co-polar del diagrama de radiación en el plano φ = 0º eva- luado en las frecuencias 6.5GHz, 7.0GHz, 7.5GHz y 8.0GHz.
Figura 4.39: Componente cross-polar del diagrama de radiación en el plano φ = 0º evaluado en las frecuencias 6.5GHz, 7.0GHz, 7.5GHz y 8.0GHz.
4.2. Procedimiento de diseño y validación experimental
Figura 4.40: Componente co-polar del diagrama de radiación en el plano φ = 90º evaluado en las frecuencias 6.5GHz, 7.0GHz, 7.5GHz y 8.0GHz.
Figura 4.41: Componente cross-polar del diagrama de radiación en el plano φ = 90º evaluado en las frecuencias 6.5GHz, 7.0GHz, 7.5GHz y 8.0GHz.
4. Optimización de Antenas Microstrip de Banda Ancha mediante Algoritmos Genéticos y el Método de los Elementos Finitos
4.3.
Conclusiones
Se han presentado, en este capítulo, algunos diseños de antenas microstrip de banda ancha para diferentes aplicaciones de comunicación a través de la utilización de la nueva técnica como herramienta de análisis en un algoritmo de optimización genético. Como se pudo ver, se construyeron ciertos diseños para la validación experimental y la evaluación de utilidad de esta técnica. En base a los resultados experimentales queda en evidencia la importante utilidad de esta herramienta en procesos de optimizaciones. Es decir que, a pesar de que el experimento que hemos hecho ha sido en relación a la optimización de perfiles de antenas microstrip, se abre una puerta para la experimentación, a partir de la utilización de la misma técnica, que perfectamente puede extenderse a otros circuitos de microondas (antenas microstrip con polarización circular, filtros, irises en guías de onda, etc.).
Capítulo 5
Herramientas CAD Basadas en el
Método de Descomposición de
Dominio-Método de Elementos Finitos
para el Análisis y Diseño de
Dispositivos Pasivos de Microondas
5.1.
Introducción
Como ya se ha mencionado anteriormente, el enfoque de esta tesis trata sobre el desarrollo de nuevas herramientas numéricas (CAD) para el análisis y diseño de dispo- sitivos de microondas. Se han dedicado los dos capítulos precedentes al desarrollo de herramientas numéricas para el análisis y diseño de antenas. En este contexto, se presen- tó una técnica para el diseño y optimización de antenas microstrip. Consecuentemente, se diseñaron varias antenas microstrip de banda ancha para diferentes aplicaciones en el área de comunicaciones mediante la aplicación de dicha técnica. En el presente capí- tulo, se centra el estudio sobre el diseño CAD de dispositivos pasivos de microondas, en
5. Herramientas CAD Basadas en el Método de Descomposición de Dominio-Método