Diseño de una antena omnidireccional en la banda de 5 GHz

Abstract

El uso de este tipo de antenas surge por la necesidad de transmitir la información a una mayor frecuencia en aplicaciones como radares o sistemas aeroespaciales, utilizar otro tipo de antenas como los dipolos se vuelve dimensionalmente ineficaz. Las antenas de tipo guía de onda responden bien en situaciones de bastante estrés ya que es capaz de soportar altas temperaturas y vibraciones. Nuestro proyecto se enfoca en diseñar una antena omnidireccional de tipo guía de onda resonante y rectangular en la banda G la cual operará a 5 GHz. Tendrá 13 ranuras por cada cara ancha, lo que permite la omnidireccionalidad. No se hará entrega física de la antena. Como primera etapa del diseño se utilizó el software MATLAB para calcular los coeficientes de excitación o Chebyshev con el comando chebwin, el cual tiene como parámetros de entrada el número de ranuras y el nivel lóbulo primario secundario. En la segunda etapa del diseño se utilizó CST Microwave Studio, el cual permite diseñar la antena en 3D y obtener los parámetros necesarios en este tipo de investigaciones. Aparte de esto, se calculó la longitud de onda específica de la guía de onda para establecer las dimensiones de la antena y dar paso al diseño. Al momento de obtener los resultados, el pico de pérdidas de retorno se encuentra desfasado 0.1 GHz, por lo tanto, se decidió hacer los cálculos para 5.1 GHz. Los resultados se pueden considerar satisfactorios ya que se consiguió que la antena sea omnidireccional y el pico de pérdidas de retorno tiene un valor aproximado de -30 dB. Se tuvo que agregar 1 ranura extra por cada cara ancha de la antena, es decir un total de 26 ranuras para que la guia de onda tuviera más simetría y el acoplamiento mutuo no afectase en la frecuencia de las pérdidas de retorno. También se comprobó que las antenas lineales resonantes presentan un ancho de banda estrecho de aproximadamente 1%.

The use of this type of antennas arises from the need to transmit information to a greater frequency in applications such as radars or aerospace systems, using other types of antennas such as dipoles becomes dimensionally inefficient. The waveguide type antennas respond well in situations of high stress because it is capable of withstanding high temperatures and vibrations. Our project focuses on designing an omnidirectional antenna of type resonant and rectangular waveguide in the G band which will operate at 5 GHz. It will have 13 slots for each wide face, which allows omnidirectionality. No physical delivery of the antenna will be made. As the first stage of the design, the MATLAB software was used to calculate the excitation coefficients or Chebyshev with the command chebwin, which has as input parameters the number of slots and the secondary primary lobe level. In the second stage of the design CST Microwave Studio was used, which allows to design the antenna in 3D and obtain the necessary parameters in this type of research. Apart from this, the specific wavelength of the waveguide was calculated to establish the dimensions of the antenna and give way to the design. At the time of obtaining the results, the peak of return losses is 0.1 GHz out of phase, therefore, it was decided to make the calculations for 5.1 GHz. The results can be considered satisfactory since the antenna was made omnidirectional and the peak of loss of return has an approximate value of -30 dB. One extra slot had to be added for each wide face of the antenna, ie a total of 26 slots so that the waveguide had more symmetry and the mutual coupling did not affect the frequency of the return losses. It was also found that linear resonant antennas have a narrow bandwidth of approximately 1%.