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Universidad de Los Andes
Antena fractal para GPR Julián Felipe Quintero Tavera
Roberto Bustamante Miller
Asesor
pg. 1
Contenidos Figuras ................................................................................................................................................. 2
Tablas .................................................................................................................................................. 3
Resumen .............................................................................................................................................. 4
Introducción ........................................................................................................................................ 4
Justificación ......................................................................................................................................... 4
Objetivos ............................................................................................................................................. 5
Objetivos generales ......................................................................................................................... 5
Objetivos específicos ...................................................................................................................... 5
Hipótesis .............................................................................................................................................. 5
Antecedentes ....................................................................................................................................... 5
Externos........................................................................................................................................... 5
Internos ............................................................................................................................................ 6
Metodología ........................................................................................................................................ 6
Desarrollo ............................................................................................................................................ 7
Investigación ................................................................................................................................... 7
Corroboración ............................................................................................................................... 14
Implementación ............................................................................................................................. 18
Resultados y análisis ..................................................................................................................... 21
Conclusiones y recomendaciones ...................................................................................................... 30
Conclusiones ................................................................................................................................. 30
Recomendaciones para trabajos futuros ........................................................................................ 31
Referencias ........................................................................................................................................ 32
pg. 2
Figuras Figura 1. Antena hexagonal y sus dimensiones. ................................................................................ 8
Figura 2. Iteraciones de la antena hexagonal. a) iteración 0, b) iteración 1 y c) iteración 2. ............. 9
Figura 3. S11 de todas las iteraciones de la antena hexagonal. .......................................................... 9
Figura 4. Patrón de radiación de la antena hexagonal a 5,5 GHz. ...................................................... 9
Figura 5. Antena octogonal y sus dimensiones. .............................................................................. 10
Figura 6. iteraciones de la antena octogonal. a) iteración 0, b) iteración 1, c) iteración 2 y d)
iteración 3. ......................................................................................................................................... 11
Figura 7. Patrón de radiación de la antena octogonal a 6 GHz. ....................................................... 11
Figura 8. Antena de estrellas y sus dimensiones en mm. ................................................................. 12
Figura 9. VSWR de la antena de estrellas. ....................................................................................... 13
Figura 10. Patrón de radiación de la antena de estrellas a 5.5 GHz. ................................................ 13
Figura 11. Antenas hexagonales realizadas en el simulador. a) iteración 0, b) iteración 1 y c)
iteración 2. ......................................................................................................................................... 14
Figura 12.Antenas octogonales realizadas en el simulador. a) iteración 0, b) iteración 1, c) iteración
2 y d) iteración 3. .............................................................................................................................. 14
Figura 13. Iteración final de la antena de estrellas. .......................................................................... 14
Figura 14. Coeficiente de reflexión S11 simulado de las antenas hexagonales. .............................. 15
Figura 15. Coeficiente de reflexión S11 simulado de las antenas octogonales. ............................... 15
Figura 16.VSWR de la antena de estrellas. ...................................................................................... 16
Figura 17. Patrón de radiación simulado de la antena hexagonal a 5.5 GHz. .................................. 17
Figura 18. Patrón de radiación simulado de la antena octogonal a 6 GHz. ...................................... 17
Figura 19. Patrón de radiación simulado de la antena de estrellas a 5.6 GHz. ................................. 18
Figura 20. Antenas realizadas en las referencias. a) antena hexagonal, b) antena octogonal, c)
antena de estrellas en capa superior y d) antena de estrellas en capa inferior. .................................. 18
Figura 21. Pares impresos de iteraciones de la antena hexagonal. ................................................... 19
Figura 22Pares impresos de iteraciones de la antena octogonal....................................................... 20
Figura 23.Pares impresos de la antena de estrellas en la capa superior. .......................................... 20
Figura 24.Pares impresos de la antena de estrellas en la capa inferior. ............................................ 21
Figura 25. Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 0 de la antena hexagonal. .. 21
Figura 26.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 1 de la antena hexagonal. ... 22
Figura 27.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 2 de la antena hexagonal. ... 22
Figura 28.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 0 de la antena octogonal. .... 23
Figura 29.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 1 de la antena octogonal. .... 23
Figura 30.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 2 de la antena octogonal. .... 24
Figura 31. Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 3 de la antena octogonal. ... 24
Figura 32.Comparación entre VSWR simulado y medido de la antena de estrellas. ....................... 25
Figura 33. Geometría de una antena elíptica de baja frecuencia en [18]. ........................................ 26
Figura 34. Resultados del VSWR reportados en medición por la referencia [18] ........................... 27
Figura 35. Antenas recreadas para el estudio de la referencia [18]. ................................................. 27
Figura 36. Resultaos observados en la simulación de la referencia [18]. ......................................... 28
Figura 37. Comparación entre la antena WLAN presentada y la simulada. .................................... 29
Figura 38. Resultados de la antena medida y comparada por el fabricante de la referencia [19]. ... 29
Figura 39. S11 obtenido de la antena WLAN en [19]. ..................................................................... 30
pg. 3
Tablas Tabla 1. Frecuencias de corte reportadas por los documetos. ........................................................... 13
Tabla 2. Valores de frecuencia de corte encontrados en las iteraciones de la antena hexagonal. ..... 16
Tabla 3. Valores de las frecuencias de corte encontrados en las iteraciones de la antena octogonal.16
Tabla 4. Valores de los resultados y las dimensiones de diferentes iteraciones de la antena de la
referencia [18]. .................................................................................................................................. 26
Tabla 5. Valores de frecuencia de corte encontrados en la simulación de la referencia [18]. ........... 28
Tabla 6. Tabla comparativa de los valores simulados y reportados de la refernecia [19]. ................ 30
pg. 4
Resumen Durante el semestre 2018-II se desarrolló como proyecto de grado en ingeniería electrónica
el análisis de tres geometrías fractales como radiadores en antenas con el fin de determinar
si estas pueden ser usadas para antenas de desminado humanitario. Para tal fin se utilizó el
simulador HFSS para corroborar la información que se plantea como base teórica del
proyecto. Debido a que no se logró en todos los casos resultados exitosos se optó por realizar
las antenas aprovechando que todas son en sustrato FR4 y de 1,6 mm de grosor. Finalmente,
las pruebas se realizaron en la cámara anecoica de la universidad de Los Andes donde se
obtuvieron los patrones de radiación y el coeficiente de reflexión para cada antena en el rango
de4 1-10 GHz. El documento concluye con las razones por las cuales las geometrías de
fractales Sierpinski poligonales no son adecuados para utilizarse como antenas para
detectores de minas.
Introducción La necesidad de Colombia para desminar es alta. Debido a que en el momento de presentarse
este documento se ha dado un proceso de desmovilización por parte de un grupo armado los
actuales planes del Gobierno Nacional de Colombia contemplan retirar los artefactos
explosivos y municiones plantadas del campo. El problema de este proceso es el costo y la
dificultad de diseñar equipos que sean versátiles para su transporte en el campo. La mayor
parte de equipos actualmente están determinados para encontrar solamente metales, por lo
que se dificulta aún más la detección y correcta remoción de las minas antipersonas. Si bien
los detectores de minas son efectivos es necesario buscar técnicas diferentes ya que la
mayoría de estos son robustos y difíciles de transportar o requieren una computación muy
sofisticada que hace complejo el acceso a zonas afectadas. Una parte de los detectores es la
antena que se ubica en la punta del detector para transmitir y recibir ondas en el suelo y así
poder buscar e identificar que objetos están sepultados. En este proyecto se estudió tres
diferentes geometrías fractales para considerar si estas podían ser utilizadas para sustituir las
antenas que actualmente se usan.
Justificación Colombia es uno de los países más afectados por el uso de las minas antipersonales. El
informe de DESCONTAMINA COLOMBIA [1] reporta 11601 víctimas a causa de minas y
munición sin explotar de los cuales 9315 de los casos resultaron en lesiones y 2286 resultaron
en la muerte. Actualmente se estima que el 61% de las víctimas son miembros de la fuerza
pública y el 39% son civiles. Para solucionar este problema se requiere de un proceso de
desminado que reduzca significativamente el número de explosivos sembrados.
Con lo anterior el problema principal es el costo que este proceso conlleva. En la mayoría de
los casos no se dispone de detectores de minas formalmente. También existe el problema de
la dispersión de los explosivos enterrados ya que no siempre se encuentran ubicados en una
sola zona, por lo general los campos minados dispersan los explosivos de tal manera que no
sean visibles y que puedan causar el mayor daño posible. En el caso de Colombia la
particularidad es que no se utilizan minas de tipo industrial, como las PMN de fabricación
pg. 5
rusa o la PROM-1 de Yugoslavia, sino minas de carácter artesanal. Lo anterior implica que
se utilizan materiales no metálicos lo que dificulta ubicar los objetos en el suelo.
Por lo anterior es necesario desarrollar un detector de minas. En la actualidad son muy pocos
los modelos que existen debido a que no son objetos muy conocidos y habitualmente se les
confunden con los detectores de metales. La diferencia radica en que los detectores de
metales no discriminan entre los objetos leídos. Por una parte, los detectores de metales
reportan el haber encontrado un metal mientras que los detectores de minas están diseñados
para detectar objetos que se identifican como minas.
Objetivos
Objetivos generales
• Estudiar una antena de geometría fractal poligonal de 12 lados con el fin de
determinar si la geometría escogida es útil para el desarrollo en el contexto de GPRs.
Objetivos específicos
• Entender los principios electromagnéticos con los cuales funcionan las antenas con
la geometría fractal poligonal.
• Caracterizar las propiedades eléctricas de la antena realizada tales como directividad,
ganancia, corrientes superficiales, campo lejano y campo cercano. (depende del
cumplimento del anterior objetivo).
• Analizar y comparar los resultados por simulación con los resultados obtenidos en la
prueba de la cámara anecoica.
• Determinar si la antena cumple las condiciones para GPR.
• En caso de ser posible generar una antena fractal de banda ancha con frecuencias de
corte aproximadas entre 0.5GHz y 3GHz. (depende del cumplimento del anterior
objetivo).
Hipótesis Las antenas planas sobre sustratos permiten la reducción de tamaño, por lo que es posible
desarrollar una antena cuyas dimensiones físicas sean menores a la máxima longitud de una
onda en espacio libre. [2]
La aplicación de geometrías fractales permite aumentar el ancho de banda para alcanzar
mayores frecuencias y es posible lograr anchos de banda del 50% o más. [2]
Los principios de funcionamiento de las antenas estudiadas son consecuencia de la
superposición de antenas en un espacio reducido. [2]
Antecedentes
Externos
En el desarrollo de desminado humanitario han trabajado varios grupos fuera de la
universidad de Los Andes. Es de interés el trabajo desarrollado por el profesor Motoyuki
Sato en el ALIS, véase [2] y [3]. En su desarrollo se puede observar como un prototipo es
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llevado desde laboratorios hasta implementación en campo en diferentes países y presenta
una aplicación para celular en Java donde se puede visualizar los resultados obtenidos para
diferentes capas del suelo. En su trabajo se puede encontrar información técnica en cuanto a
la antena que tiene para realizar las mediciones y cuenta también con descripciones de la
matemática que se usa para la detección.
Internos
En la Universidad de Los andes ya se ha trabajado con anterioridad este tema. Se hizo
necesario la consulta de los documentos [4] y [5] donde se explica la caracterización de los
suelos objetivo, en este caso suelos de bosques tropicales, y algunas técnicas de machine
learning para la detección de artefactos explosivos. En el documento [6] se realizó un estudio
sobre dos antenas, una espiral y una Vivaldi, para determinar cuál sería la mejor opción para
implementar una antena de GPR. Se encontró que la Vivaldi ofrecía un lóbulo más
pronunciado y mejores condiciones de su coeficiente de reflexión por lo que era de mejor
uso que la espiral. También se contó con la asistencia del autor del documento [8] para la
caracterización de las antenas. Debido a que el trabajo realizado por Celis tiene el mismo
enfoque que el presente se consideró necesario su inclusión y se sugiere su lectura para
quienes quieran entender mejor los procedimientos llevados a cabo en este documento.
Metodología La metodología de trabajo se divide en cuatro etapas: investigación, corroboración,
implementación y correcciones. Cada una de estas etapas cuenta con un proceso el cual se
explica a detenimiento a continuación.
Investigación: En esta primera etapa se tomaron como referencias tres documentos externos
por su potencial interés para el proyecto. Todos ellos fueron seleccionados por dos factores:
su ancho de banda y su geometría fractal. El interés principal de la investigación en curso es
determinar si al final es posible realizar una antena fractal para la penetración de suelos, por
lo que también se consideraron debido a sus buenos resultados.
Corroboración: En esta segunda etapa, utilizando la herramienta de ANSYS Electronic
desktop, High Frecuency Structure Solver (HFSS) [4], se rediseñó para cada una de las
antenas del paso anterior su geometría y su entorno de simulación con las siguientes premisas.
• Todos los planos de metal son considerados como conductores eléctricos perfectos.
• Los entornos de simulación están realizados bajo una caja de radiación de λ/2.
• La información no suministrada por parte del documento será asumida conforme a la
literatura que brinde el fabricante del Software.
La frecuencia de solución es en todos los casos el doble de la frecuencia más alta
estudiada.
Las anteriores medidas se tomaron como estándares para la solución de antenas en HFSS.
Implementación: En esta tercera etapa las antenas son probadas en físico con el fin de
determinar si las simulaciones realizadas son adecuadas o si por el contrario existen errores.
El objetivo de esta etapa es necesario para corroborar si los documentos en estudio pueden
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ser utilizados o han de concluirse que las geometrías seleccionadas no son aptas para el
objetivo principal.
Resultados y análisis: En esta cuarta etapa se presentan los resultados de la investigación
realizada. Se compara entre mediciones obtenidas, simuladas y datos de
Conclusiones y recomendaciones: En esta etapa se concluye los resultados de la
investigación realizada y se dan recomendaciones para futuros trabajos que busquen
desarrollar antenas para detectores de minas.
Desarrollo
Investigación
Para comprender los fenómenos que acontecen en una antena se conocía de antemano
información sobre cómo funcionan antenas de microcinta [4] y la normativa técnica a nivel
nacional [5] e internacional, [10] y [11], sobre las medidas de seguridad necesarias para
desarrollar antenas que no comprometan la integridad personal ni pongan en riesgo la salud
de quienes estén cerca. Se optó por investigar si era posible desarrollar sobre un sustrato una
antena fractal debido a que se había observado en el documental Fractales, a la caza de la
dimisión oculta [9] las propiedades de aumentar el ancho de banda mediante el uso de
geometrías repetitivas.
Se había desarrollado previamente un trabajo sobre antenas de tipo esprial y vivaldi [10]
donde se realizaron consideraciones preliminares sobre los procedimientos de simulación y
medición de estas antenas y las consideraciones básicas para realizar antenas de GPR. Se
encontró que la antena espiral no era una buena candidata y que la antena vivaldi resultaba
mejor debido a que tenía un rango de frecuencia mayor.
Investigando sobre antenas que permitieran ampliar su ancho de banda de manera
significativa se encontraron tres antenas fractales( [11], [12] y [13]) que debido a su banda
ancha resultaron de interés para replicar y llevar a medición. Las antenas [11] y [12] se
distinguen de todas las antenas anteriormente estudiadas debido a que la técnica de
alimentación que utilizan es CPW en lugar de microcinta. Debido a que este tipo de
alimentación no puede ser suplido en HFSS por un puerto de tipo lumped port es necesario
utilizar un puerto llamado waveguide el cual si permite conectar directamente entre el puerto
y las antenas. Esto es importante aclararlo debido a que el modelo escogido para el metal de
la antena no permite conexiones con dos capas, por lo que si se ubica el metal sobre un
sustrato es imposible realizar una solución sobre la frontera si se coloca un conector SMA.
pg. 8
Figura 1. Antena hexagonal y sus dimensiones.
pg. 9
Figura 2. Iteraciones de la antena hexagonal. a) iteración 0, b) iteración 1 y c) iteración 2.
Figura 3. S11 de todas las iteraciones de la antena hexagonal.
Figura 4. Patrón de radiación de la antena hexagonal a 5,5 GHz.
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Figura 5. Antena octogonal y sus dimensiones.
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Figura 6. iteraciones de la antena octogonal. a) iteración 0, b) iteración 1, c) iteración 2 y d) iteración 3.
Figura 7. Patrón de radiación de la antena octogonal a 6 GHz.
pg. 12
Figura 8. Antena de estrellas y sus dimensiones en mm.
pg. 13
Figura 9. VSWR de la antena de estrellas.
Figura 10. Patrón de radiación de la antena de estrellas a 5.5 GHz.
De las imágenes anteriores se puede observar que los anchos de banda son significativamente
amplios si se comparan con lo tradicionales de antenas parche, menos del 10% [4]. Es por lo
anterior que las antenas despertaron un gran interés en su estudio ya que las geometrías
podrían ser utilizadas para lograr antenas para GPR.
Los datos sobre la frecuencia más importantes para tener en cuenta son los de las iteraciones
finales, pues es donde las antenas presentan los mayores anchos de banda.
Tabla 1. Frecuencias de corte reportadas por los documentos.
Antena Frecuencia de corte
baja en GHz
Frecuencia de corte
alta en GHz
Porcentaje de ancho
de banda [%]
Hexagonal 3.4 37.4 167
pg. 14
Octogonal 3.8 68 179
Estrellas 4.6 52 167
Corroboración
Para verificar que las antenas cumplen con lo que dicen es necesario simular la información
escogida previamente. Para ello se utilizó HFSS con dos fines. El primero es simular en el
caso de las antenas CPW cada iteración en el rango de 1-10 GHz. Esto con el fin de verificar
que la información suministrada sea la correcta. Adicionalmente en la última iteración de
cada una de las antenas se optó por realizar una medición del patrón de radiación para
visualizar si en efecto los campos emitidos en las frecuencias descritas son como los
proponen los documentos de referencia.
Las antenas se ven de la siguiente forma en el simulador.
Figura 11. Antenas hexagonales realizadas en el simulador. a) iteración 0, b) iteración 1 y c) iteración 2.
Figura 12.Antenas octogonales realizadas en el simulador. a) iteración 0, b) iteración 1, c) iteración 2 y d) iteración 3.
Figura 13. Iteración final de la antena de estrellas.
pg. 15
Como primera parte se realizaron los grupos de antenas para simular. La simulación fue de
9001 puntos para todas las antenas y se optó pon un modelo de impedancia de la fuente de
50 Ω. Adicionalmente las antenas tienen una frecuencia única de solución de 20 GHz ya que
esta duplica la frecuencia máxima de interés. La caja de radiación seleccionada es un cubo
de 30 cm de lado para garantizar que la longitud de onda mínima pueda ser cubierta.
Los resultados de las simulaciones se presentan a continuación.
Figura 14. Coeficiente de reflexión S11 simulado de las antenas hexagonales.
Figura 15. Coeficiente de reflexión S11 simulado de las antenas octogonales.
pg. 16
Figura 16.VSWR de la antena de estrellas.
Para dar mayor claridad a los resultados obtenidos se puede destacar los siguientes puntos.
• Las antenas de tipo CPW no presentan las frecuencias de corte en baja que se
esperaban.
• Las antenas CPW tampoco se mantienen con un coeficiente de reflexión, S11, inferior
a los -10 dB.
• La antena de tipo Estrellas presenta buenos resultados en su VSWR y presenta un
corrimiento en la frecuencia de corte en 4.64 GHz.
Los datos anteriores se especifican en las siguientes tablas.
Tabla 2. Valores de frecuencia de corte encontrados en las iteraciones de la antena hexagonal.
Antena hexagonal
Iteración Frecuencia de corte baja [GHz] Frecuencia de corte alta [GHz]
0 3.03 5.05
1 2.85 8.98
2 2.73 9.06
Tabla 3. Valores de las frecuencias de corte encontrados en las iteraciones de la antena octogonal.
Antena octogonal
Iteración Frecuencia de corte baja [GHz] Frecuencia de corte alta [GHz]
0 3.36 6.89
1 3.67 8.08
2 3.75 8.55
pg. 17
3 3.88 8.85
Para los patrones de radiación de cada una de las iteraciones finales se observaron los
siguientes patrones de radiación.
Figura 17. Patrón de radiación simulado de la antena hexagonal a 5.5 GHz.
Figura 18. Patrón de radiación simulado de la antena octogonal a 6 GHz.
pg. 18
Figura 19. Patrón de radiación simulado de la antena de estrellas a 5.6 GHz.
Implementación
Para garantizar que las simulaciones anteriores fueron realizadas de manera correcta fue
necesario llevar las antenas a implementación física. La ventaja de esta prueba es que permite
corroborar si las simulaciones anteriores fueron correctas o si por el contrario existen errores
de método tales que invaliden los resultados obtenidos.
Figura 20. Antenas realizadas en las referencias. a) antena hexagonal, b) antena octogonal, c) antena de estrellas en capa
superior y d) antena de estrellas en capa inferior.
Para verificar que no existen errores de procedimiento se optó por hacer juegos en pares para
cada iteración, tanto para las antenas hexagonales como las octogonales. El proceso de
impresión se realizó sobre una lámina de FR4 con grosor de 1,6 mm y capa de cobre de 35
μm. Cabe resaltar que debido a la delgadez de la lámina de cobre fue necesario extender 1
pg. 19
mm a cada lado de todas las antenas para garantizar que no se corriera el riesgo de que el
material fuese arrancado en el proceso de corte final. Él método utilizado para la impresión
de las antenas fue el de baño en ácido y no se utilizó procesos de recubrimiento al cobre con
estaño. El objetivo de esto es tener un juego de antenas lo más parecidas a las antenas que se
estudian.
Figura 21. Pares impresos de iteraciones de la antena hexagonal.
pg. 20
Figura 22Pares impresos de iteraciones de la antena octogonal.
Figura 23.Pares impresos de la antena de estrellas en la capa superior.
pg. 21
Figura 24.Pares impresos de la antena de estrellas en la capa inferior.
Resultados y análisis
Las mediciones se realizaron con un equipo R&S ZVB20 VNA y un kit de calibración ZV-
Z235 Calibration kit 3.5 mm para ajustar el equipo. Los resultados obtenidos para las
mediciones se presentan a continuación. El proceso se ejecutó realizando una prueba de
calibración tipo Open Short Matched con una impedancia de 50Ω. Los resultados de las
mediciones se presentan a continuación comparados con las simulaciones.
Figura 25. Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 0 de la antena hexagonal.
pg. 22
Figura 26.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 1 de la antena hexagonal.
Figura 27.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 2 de la antena hexagonal.
pg. 23
Figura 28.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 0 de la antena octogonal.
Figura 29.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 1 de la antena octogonal.
pg. 24
Figura 30.Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 2 de la antena octogonal.
Figura 31. Comparación entre S11 simulado y medido de la iteración 3 de la antena octogonal.
pg. 25
Figura 32.Comparación entre VSWR simulado y medido de la antena de estrellas.
Como se observa de los datos anteriores las antenas Sierpinski implementadas no cumplen
con lo reportado por parte del fabricante. Si bien existen errores en la medición propios como
el nivel de ruido, el movimiento del cable que conecta con la cámara anecoica y la calibración
realizada no es motivo suficiente como para considerar que las simulaciones realizadas sean
invalidad. Por otra parte, las antenas de tipo estrellas no se vieron muy afectadas. Si bien en
las frecuencias inferiores a 5.56 GHz no tienen el comportamiento deseado, a frecuencias
mayores se puede observar que si se observa un comportamiento de banda ancha. Debido a
esto puede considerarse que resulta mejor opción una conexión de microcinta que una de tipo
CPW para implementar antenas en frecuencias bajas. Asimismo, hay que resaltar que debido
a que no se observan las propiedades dichas para las antenas de tipo CPW sobre un radiador
poligonal no se esperaría que otro tipo de radiador con la misma topología funcione. Debido
a esto se considera que no será posible realizar una antena con un radiador poligonal de doce
lados con técnicas fractales ya que no se observa que realmente se cumpla con lo propuesto
inicialmente.
Para garantizar que otro tipo de antenas pueden servir sin necesidad de ser fractales se tomó
una antena adicional de interés que lograba frecuencias bajas y un amplio ancho de banda
que cubre la región de interés [18]. La antena en cuestión resulto ser bastante buena en cuanto
a su radiación y se recomendaría más el uso de esta ya que sus dimensiones caben en la
propuesta inicialmente planteada.
pg. 26
Figura 33. Geometría de una antena elíptica de baja frecuencia en [18].
Tabla 4. Valores de los resultados y las dimensiones de diferentes iteraciones de la antena de la referencia [18].
pg. 27
Figura 34. Resultados del VSWR reportados en medición por la referencia [18]
Los resultados que se obtuvieron por simulación son los siguientes.
Figura 35. Antenas recreadas para el estudio de la referencia [18].
pg. 28
Figura 36. Resultaos observados en la simulación de la referencia [18].
Tabla 5. Valores de frecuencia de corte encontrados en la simulación de la referencia [18].
Adicionalmente se corroboró con una antena de tipo CPW adicional para WLAN si el uso
del modelo CPW había sido correcto [19]. Los resultados del documento y la simulación
realizada se presentan a continuación.
pg. 29
Figura 37. Comparación entre la antena WLAN presentada y la simulada.
Figura 38. Resultados de la antena medida y comparada por el fabricante de la referencia [19].
pg. 30
Figura 39. S11 obtenido de la antena WLAN en [19].
Tabla 6. Tabla comparativa de los valores simulados y reportados de la referencia [19].
Vistos los resultados anteriores se puede concluir que las simulaciones están realizadas de
manera correcta, por lo que no se considera que existan problemas en el protocolo de
simulación especificado en el inicio.
Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones
No es posible realizar una antena fractal Sierpinski de 12 lados debido a que no se encontró
similitud entre las fuentes que promueven esta técnica y los resultados en medición y
simulación.
El uso de antenas CPW es inadecuado para antenas GPR. Si bien propiedades deseadas como
las frecuencias centrales se pueden lograr, los planos a tierra consumen mucho espacio y
corren riesgo de dañarse fácilmente.
pg. 31
Se recomienda, por sugerencia del profesor Sato, el uso de antenas Vivaldi ya que estas no
pueden operar en rangos más bajos y son más compactas para ser introducidas en detectores
de minas.
Recomendaciones para trabajos futuros
Se recomienda para futuros trabajos considerar la aplicación de otro tipo de antenas que sean
más adecuadas, en concreto es mejor el uso de antenas vivaldi. También se recomienda la
lectura del documento [8] para realizar un buen proceso de simulación y saber que datos son
mejores. Si se desea implementar algo de banda ancha se recomiendan las lecturas [20] y
[21] para saber más sobre el proceso de medición. En caso de realizarse una medición de
banda ancha en la cámara anecoica de la universidad de Los Andes es mejor utilizar una
conexión corta con el equipo de medición ya que se encontró que existen fallas considerables
en el proceso de adaptación del sistema de medición cuando se colocan las antenas dentro de
la cámara. Esta debe reservarse solamente para la medición del patrón de radiación.
pg. 32
Referencias
[1] DIRECCION PARA LA ACCIÓN INTEGRAL CONTRA MINAS ANTIPERSONA,
"Víctimas de Minas Antipersonal y Municiones sin Explosionar," 30 junio 2018. [Online].
Available: http://www.accioncontraminas.gov.co/estadisticas/Paginas/victimas-minas-
antipersonal.aspx. [Accessed 9 julio 2018].
[2] J. L. Volakis, Antenna Engineering Handbook, 4th ed., New York: McGraw Hills, 2007.
[3] J. F. a. K. T. Motoyuki Sato, "ALIS evaluation test in croatia," Center for Nrtheast Studies,
Tohoku University & Federal Institute for Materials and Testing, Sendai, Japan & Berlin,
Germany, 2009.
[4] Y. Y. a. K. T. Motoyuki Sato, "ALIS: GPR System for Humanitarian Demining and Its
Deployment in Cambodia," JOURNAL OF THE KOREAN INSTITUTE OF
ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE, vol. 12, no. 1, pp. 55-62, 2012.
[5] E. Revalo, "Análisis y caracterización GPR en suelos semireales," Universidad de Los Andes,
Bogotá, Colombia, 2017.
[6] F. Whaite, "Detección de minas antipersonales con técnicas de machine learning,"
Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia, 2017.
[7] J. Q. A. T. y. D. V. Nicolás Prieto, "Consideraciones de antenas Vivaldi y Spiral para,"
Bogotá, Colombia, diciembre 2017.
[8] S. Celis, "Análisis de sistemnas UWB enfocados en la caracterización de radar GPR en el
cotexto del dsminado humanitario," Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia, 2017.
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