2.6 Arrays de antenas

183 Pages·2014·7.39 MB·English

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MADRID

ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR

PROYECTO FIN DE CARRERA

Diseño de un array de ranuras con compensación de
acoplos sobre SIW para banda Ku

Pedro Millán Pérez

Mayo 2014

Diseño de un array de ranuras con compensación de acoplos
sobre SIW para banda Ku

AUTOR: Pedro Millán Pérez
TUTOR: Pablo Sánchez Olivares

Grupo de Radiofrecuencia, Circuitos, Antenas y Sistemas
Dpto. de Tecnología Electrónica y de las Comunicaciones
Escuela Politécnica Superior
Universidad Autónoma de Madrid
Mayo de 2014

Resumen

En este Proyecto Fin de Carrera se ha llevado a cabo el diseño y caracterización de
antenas de array ranuradas sobre SIW con polarización circular dentro de la banda de
microondas Ku (16.3 – 17.7 GHz). Los elementos radiantes que integran las guías de onda
sobre sustrato (SIW) que conforman las antenas son ranuras sobre la cara superior de la
guía rectangular. Si se colocan de la manera adecuada, dichas ranuras pueden ofrecer
diferentes diagramas de radiación dependiendo del tipo de alimentación y del tamaño de
estas en el array completo.
En el proceso de diseño de las antenas se requiere la evaluación de los efectos de
acoplo mutuo entre elementos adyacentes para evitar degradaciones en el diagrama de
radiación de la antena, en términos de anchura de haz, nivel de lóbulos secundarios y
dirección de apuntamiento. Así, se aplica un modelo iterativo basado en el uso de
monitores de campo eléctrico en condiciones de campo en la apertura sobre cada elemento
radiante. Este método de compensación de acoplos permite diseñar antenas de array con
determinadas propiedades según la aplicación para la que se desee la misma. A su vez,
permite un ahorro en el tiempo de simulación frente a otros métodos de diseño de antenas.
El método de compensación de acoplos desarrollado se ha aplicado al diseño de dos
antenas: un array lineal y una agrupación plana formada por 8 arrays lineales de las
mismas características.
La agrupación plana diseñada ha sido construida y medida íntegramente en las
instalaciones de la Escuela Politécnica Superior con el objetivo de verificar el buen
funcionamiento de la antena y demostrar la fiabilidad del método a la hora de diseñar
futuras antenas de este tipo. Además, se pretende comprobar la viabilidad de construcción
de proyectos de esta envergadura en las instalaciones de la EPS con el material y
tecnología disponibles.
Palabras Clave
Guía de onda, SIW, microstrip, ranura, parámetros S, polarización circular,
adaptación, sustrato, coeficiente de reflexión, relación axial, diagrama de radiación, antena,
agrupación lineal, agrupación plana, acoplo, vías de sintonía, red de alimentación.

Abstract

This project deals with the design and characterization of circular polarized SIW
slotted array antennas in the microwave Ku band (16.3 – 17.7 GHz). Slots cut in the
broadwall of a rectangular waveguide are the radiating elements that make up the
substratum waveguides (SIW). Placed in the proper way, such grooves may offer different
radiation patterns depending on their size in the entire array and the type of power
supplied.
The evaluation of mutual coupling effects between adjacent slots is required for the
planar array design in order to avoid radiation pattern degradation in terms of beam-width,
side-lobe level and beam-tilt error. Thus, an iterative model based on considering near E-
field monitors over each radiating element is applied. This method allows designing the
antenna based on the application which is needed for. At the same time, it also allows to
save simulation time over other design methods.
This mutual coupling compensation model has been implemented on two antennas:
a linear array and a planar array composed by 8 linear arrays sharing the same features.
The designed planar array has been entirely manufactured and measured at Escuela
Politécnica Superior facilities to verify the antenna performance and to demonstrate
method reliability when designing such antennas. Another aim is to test the construction
feasibility of similar projects in the EPS facilities with the available resources and
technology.
Key words
Waveguide, SIW, microstrip line, slot, S parameter, circular polarization,
adaptation, substrate, reflection coefficient, axial ratio, radiation pattern, antenna, linear
array, planar array, coupling, tuning vias, feeding network.

Agradecimientos

En primer lugar me gustaría agradecer todo su apoyo y dedicación a mi tutor
Pablo Sánchez Olivares. Creo que es difícil encontrar a una persona con tanta aptitud y
actitud para enseñar y compartir. Siempre dispuesto a ayudar a cualquiera que lo
necesite, a solucionar cualquier problema por muy difícil que parezca, o a comentar el
partido del día anterior tomándose un café. Obviamente, este trabajo no hubiese sido
posible sin tu ayuda. Gracias.

Me gustaría agradecer también al resto de profesores del grupo RFCAS, así como
a los compañeros de laboratorio que me han acompañado durante estos meses. Mucha
suerte y ánimo. Ha sido un placer trabajar con vosotros.

A mis amigos. A todos los de la universidad, en especial a Marmota, Pablo, Javi y
Alberto. El camino ha sido duro, pero ya no queda nada. Y por supuesto, a mis amigos de
siempre. Aunque no me hayáis ayudado (mucho) a estudiar, si habéis conseguido que estos
años sean los mejores de mi vida. También quería agradecer a Ana, una persona que ha
estado a mi lado compartiendo estos años de carrera.

A todos los que de alguna forma u otra habéis formado parte de mi vida en esta
etapa.

Y por último, a mi familia. A mis padres y a mis hermanos. Todo, absolutamente
todo lo que sé y lo que tengo en esta vida, os lo debo a vosotros. No puedo estar más
orgulloso y agradecido por ello. Me gustaría dedicárselo a una persona muy especial que
lamentablemente nos dejó hace no mucho, mi tío Javi. Un abrazo para él y para toda la
familia.

Estoy en deuda con todos vosotros
Pedro Millán Pérez
Mayo 2014