Antenas de Polarización Circular para Sistema RFIDdeeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/1594pub.pdf · Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID ... y una mejor tasa de

Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID

TITULACIÓ: INGENIERÍA TÉCNICA DE TELECOMUNICACIONES:

TELEMÁTICA

AUTOR: Eloy Guillén Martí DIRECTOR: David Girbau Sala

FECHA: Junio / 2010

Índice

Pág.

1. Introducción 1 A. RFID 2

1.A.1. Arquitectura RFID 2 1.A.1.1. Tipos de Tags 3 1.A.1.2. Rangos de Frecuencias 3

1.A.2. Estandarización 5 1.A.3. Regulación de Frecuencias 6

B. Objetivos 7 C. Organización de la Memoria 8 D. Referencias 9

2. Antena 10 A. Introducción 10 B. Características de la Antena en Transmisión 10

2.B.1. Impedancia 10 2.B.2. Diagrama de Radiación 11

2.B.2.1. Densidad de Potencia Radiada 12 2.B.2.2. Intensidad de Radiación 12 2.B.2.3. Directividad 13 2.B.2.4. Ganancia 13

2.B.3. Polarización 14 C. Características de la Antena en Recepción 15

2.C.1. Adaptación 15 2.C.2. Coeficiente de Polarización 16

D. Antenas Parche en Tecnologia Microstrip 16 2.D.1. Métodos de Alimentación de Antenas Microstrip 17

2.D.1.1. Alimentación Mediante una Línea Microstrip (‘line feed’) 18

2.D.1.2. Alimentación Mediante Acoplo por Proximidad (‘proximity coupled’) 18

E. Antenas de Polarización Circular 19 2.E.1. Polarización Circular Tipo 1 19 2.E.2. Polarización Circular Tipo 2 19 2.E.3. Polarización Circular Tipo 3 20

F. Referencias 21

3. Antena de Polarización Lineal 22 A. Diseño y Simulación de Antena de Polarización Lineal 22

3.A.1. Diseño de Antena de Polarización Lineal 22 3.A.2. Simulación de Antena de Polarización Lineal 23 3.A.3. Dimensiones de la Antena 24

B. Estudio del Ancho de Banda de la Antena 25 C. Diseño de Antena 26 D. Referencias 28

4. Antena de Polarización Circular Tipo 1 29 A. Antena con Plano de Masa Infinito 29 B. Antena con Plano de Masa Finito 31 C. Antena Fabricada 34 D. Modificaciones Antena 36 E. Reajuste de la Antena mediante ADS 37 F. Antena Rediseñada Fabricada 38 G. Referencias 39

5. Antena de Polarización Circular Tipo 2 40 A. Hibrido 90º 40

5.A.1. Simulación ADS Hibrido 90º 40 5.A.2. Hibrido 90º Fabricado 42

B. Antena de Polarización Circular 45 5.B.1. Antena con Plano de Masa Infinito 45 5.B.2. Antena con Plano de Masa Finito 46 5.B.3. Antena Fabricada 49 5.B.4. Modificaciones Antena 51 5.B.5. Reajuste de la Antena Mediante ADS 52 5.B.6. Antena Rediseñada Fabricada 53

C. Referencias 55

6. Antena de Polarización Circular Tipo 3 56 A. Diseño de la Antena 56 B. Antena Fabricada 59 C. Referencias 60

7. Conclusiones y Líneas Futuras 61

8. Anexos 62 A. Simulaciones Antena Polarización Lineal 62

8.A.1. Antena de Polarización Lineal 62 8.A.2. Anchos de Banda según Sustrato 63 8.A.3. Simulaciones para Sustrato 3,2mm 64 8.A.4. Simulaciones para Sustrato 4,8mm 64 8.A.5. Simulaciones para Sustrato 6,4mm 65 8.A.6. Simulaciones para Sustrato 8mm 65

B. Simulaciones Antena de Polarización Circular para Antena Tipo 1 66 8.B.1. Con Plano de Masa Infinito 66 8.B.2. Con Plano de Masa Finito 67 8.B.3. Modificada 68

C. Simulaciones Antena de Polarización Circular para Antena Tipo 2 69 8.C.1. Con Plano de Masa Infinito 69 8.C.2. Con Plano de Masa Finito 70 8.C.3. Modificada 70

D. Simulaciones Antena de Polarización Circular para Antena Tipo 3 71 8.D.1. Simulaciones antena Tipo 3 71

Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID Capitulo 1: Introducción

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1 Introducción

En Octubre de 1952, Joseph Woodland, Jordin Johanson y Bernadr Silver (Estados Unidos) registraron la primera patente de código de barras. Gracias a los ingenieros Raymond Alexander y Frank Stietz fue posible la primera implementación que servía para identificar los vagones del ferrocarril de una forma automática. En 1966, este sistema de identificación automático comenzó a utilizarse comercialmente, aunque no de forma exitosa hasta 1980.

Hasta la actualidad, este sistema de identificación automática ha sido el más utilizado en todo el mundo. Pasando muchas veces desapercibido pero que nos rodea allá donde vamos; comercios, documentación oficial del Estado, control de mercancías, etc. incluso en las bibliotecas o videoclubs.

Este sistema, permite la automatización de control de datos, consiguiendo aumentar la velocidad y reduciendo los costos. Pero tiene ciertas limitaciones y características que han obligado a evolucionar los sistemas de identificación automáticos. Algunas de estas limitaciones son la escasa información que aportan, la necesidad de visibilidad directa entre código de barras y lector de códigos para que este pueda identificarlo, la facilidad de deterioro que tienen estos y la imposibilidad de reprogramarlos.

Con objetivo de solucionar estos problemas surgió una nueva tecnológica, RFID que son las siglas de Radio Frequency IDentification, IDentificación por Radio Frecuencia en castellano.

Ésta, es una nueva tecnología, inalámbrica, que utiliza ondas de radiofrecuencia para identificar todo tipo de objetos y entidades (fijas o en movimiento), personas, animales, objetos (independientemente del material que estén formados) de una forma remota, automática, rápida y eficiente, contenida en un pequeño dispositivo denominado “tag” o etiqueta, pudiendo aportar mayor información que los códigos de barras y con la posibilidad de poder reprogramar los identificadores.


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1.1 RFID

La tecnologia RFID adopta un carácter muy importante en logistica, distribución, almacenaje y gestión de cadenas de suministro, pudiendose aplicar esta técnica en diversos sectores, industria, comercio, salud, etc. Los sistemas RFID aportan confiabilidad, rapidéz y seguridad en el manejo de información. Nos permiten una trazabilidad rigurosa y eficiente a tiempo real del inventario. Proporcionando la visibilidad de los objetos-entidades que fluyen por una cadena de suministro, desde el fabricante, empresas de envio, distribuidores y la venta al público.

Ésta visibilidad sera la que nos permita además identificar posibles cuellos de botella en cada proceso y asi poder estudiarlos para conseguir ahorrar tiempo y dinero.

Otros sectores donde también se utiliza esta tecnologia son, la inmovilización de vehículos, telepeaje de los coches en autopistas, control de accesos, llaves de automoviles y un largo etc, [1-1]. La frecuencia utilizada para cada una de estas aplicaciones depende de las exigencias de las mismas. A mayor frecuencia, se consiguen distancias y velocidades de lectura mayores, aunque por el contrario también tienen un coste más elevado.

1.1.1 Arquitectura RFID

Los sistemas RFID tienen un funcionamiento basado en la transmisión de ondas de radiofrecuencia, mediante las cuales transmiten la identidad e información de objetos. Los elementos necesarios para el funcionamiento son:

‐ TAG o ETIQUETA; circuitos identificadores, adheridos a cada material u objeto. Constituidos por una antena, un transductor de radio y un chip que contiene los datos específicos que diferenciaran a un producto de otro. Estos chips tienen una memoria interna con una capacidad que puede variar entre los 10 – 1000 bytes. Podemos encontrar 2 tipos:

• Lectura; contiene un código de identificación único y personalizado. • Lectura / escritura; el lector puede modificar la información de

identificación. ‐ LECTOR; compuesto por una antena, un transceptor y un decodificador. Es el

elemento encargado de leer la información y digitalizarla para pasarla al sistema de procesamiento de datos.

‐ ANTENA; encargada de enviar y captar las ondas electromagnéticas hacia y desde los tags para obtener la información.

‐ SOFTWARE; gobierna al lector, se encarga de procesar y almacenar los datos.


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1.1.1.1 Tipos de Tags

Los tags, elemento esencial en todo sistema RFID, debido a que son los que contienen la información que nos interesa de cada objeto. Están clasificados en tres grandes grupos [1-2], en función de donde toman la energía para su alimentación.

‐ PASIVOS; No contienen ninguna fuente de energía. La única alimentación que reciben viene de las propias ondas electromagnéticas que reciben del lector.

‐ ACTIVOS; Contienen una fuente de alimentación propia que alimenta sus circuitos y propaga su señal al lector. Son más potentes, efectivos y fiables pero son más grandes y caros. Tienen un tiempo de vida limitado debido a la duración de sus baterías

‐ SEMIACTIVOS; Contienen una fuente de alimentación propia. Esta no está activada constantemente sino que solo despierta cuando detecta las ondas de radiofrecuencia emitidas por un lector y solamente se utiliza para alimentar el chip, no para emitir la señal de respuesta.

1.1.1.2 Rangos de Frecuencias

Otro método de clasificar los sistemas RFID, es dependiendo del rango de frecuencias a la que se utilizan. Dicho rango depende de la finalidad para la cual se utiliza la comunicación RFID. Consiguiendo a mayor frecuencia que los tags sean más pequeños y una mejor tasa de lectura multitag, pero por el contrario tendremos peor lectura en ambientes húmedos o con elementos metálicos cercanos. Dependiendo del rango de frecuencia variara el diseño del tag y del sistema emisor-receptor. En la Figura 1.1, podemos observar los cuatro rangos de frecuencia en los cuales se aplica la tecnología RFID.

‐ ( LF ) - Sistemas de baja frecuencia, entre 119 – 135 kHz. • Su principal ventaja es su gran aceptación en todo el mundo, funciona

cerca de los metales y está ampliamente difundida. La distancia de lectura es inferior a 0,5 metros, por lo que las aplicaciones más habituales son la identificación de animales o control de accesos.

‐ ( HF ) - Sistemas de alta frecuencia, 13,56 MHz. • Esta frecuencia también está muy difundida, pero a diferencia de los

sistemas (LF), estos no funcionan cerca de los metales. Normalmente se utiliza en aplicaciones tales como la trazabilidad de los productos, movimientos de equipajes de avión o acceso a edificios.


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‐ ( UHF ) – Sistemas de frecuencia ultra elevada, entre 860 – 890 MHz (en Europa). • Los equipos que operan a estas frecuencias no pueden ser utilizados de

forma global debido a que no existen regulaciones globales para su uso y su aplicación depende de la legalidad del país [1-3]. Tiene una distancia de lectura alrededor de 4 ó 5 metros. Este tipo de frecuencia se utiliza para aplicaciones de trazabilidad con tags activos.

‐ Sistemas de microondas, a 2,45 GHz. • Estas frecuencias son las más habituales para la lectura de tags activos.

Ofrecen largas distancias de lectura y altas velocidades de transmisión. Los tags activos que operan en el rango de las microondas son muy utilizados para seguimiento y trazabilidad de personas u objetos.

Figura 1.1. Rango de frecuencias de trabajo RFID.


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1.1.2 Estandarización

En la estandarización de la tecnología RFID compiten 2 principales grupos para definir las especificaciones reguladoras. Por un lado está ISO (International Organization for Standardization) y por otra EPCglobal (Electronic Product Code Global), aunque ambas comparten el objetivo de conseguir etiquetas que operen en el rango UHF a un coste reducido, estos dos estándares no son compatibles. Cabe señalar que el grupo EPCglobal está desarrollando nuevos estándares para conseguir interoperabilidad con los estándares ISO.

Los estándares RFID abordan cuatro aéreas fundamentales:

‐ Protocolo en el interfaz aéreo: especifica el modo en el que las etiquetas RFID y lectores se comunican mediante radiofrecuencia.

‐ Contenido de datos: especifica el formato y semántica de los datos que se comunican entre etiquetas y lectores.

‐ Certificación: regula las pruebas que los productos deben cumplir para garantizar que se cumplen los estándares y puedan comunicarse correctamente con dispositivos de distintos fabricantes.


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1.1.3 Regulación de Frecuencias

Como anteriormente hemos mencionado, la tecnología RFID puede actuar a diferentes rangos de frecuencia, los cuales no son regulados por igual en todo el mundo, sino que varían las potencias y frecuencias de emisión/recepción dependiendo de cada país.

En la Tabla 1.1, podemos observar las potencias y frecuencias de trabajo especificadas para las principales áreas geográficas en función del rango de frecuencia utilizado. Se observa que exceptuando el rango de frecuencias HF, donde en todas las zonas se trabaja a la misma potencia, los niveles de potencia son diferentes en cada zona geográfica.

EE.UU / CANADÁ

EUROPA JAPÓN CHINA

Banda LF ( 119 – 135 kHz)

2400/f(kHz)µV/m @ 300m

119 – 127 kHz; 66dBµA/m @ 10m 127 – 135 kHz 42dBµA/m @ 10m

30 V/m @ 3m

PPEAK < 1W

Banda HF ( 13,56 MHz) 13,553 – 13,567 MHz 42 dBµA/m @ 10m

13,553 – 13,567 MHz 42 dBµA/m @ 10m

13,553 – 13,567 MHz 42 dBµA/m @ 10m

13,553 – 13,567 MHz 42 dBµA/m @ 10m

Banda UHF ( 860 – 960 MHz) 902 – 928 MHz Pe.i.r.p = 4W

865 – 868 MHz Pe.r.p.= +20 dBm 865,5 – 868 MHz Pe.r.p.= +27 dBm 865,6 – 867,6 MHz Pe.r.p.= +33 dBm

952 - 955 MHz Pe.r.p.= 1W + 6 dBantena Gain = 4W

840,5 – 844,5 MHz Pe.r.p.= 2W 920,5 – 924,5 MHz Pe.r.p.= 2W

Banda de Microondas ( 2,45 GHz) 2,400 – 2,483 GHz Pe.i.r.p = 4W

2,446 – 2,454 GHz Pe.i.r.p = 500mW ó 4W

2,400 – 2,4835 GHz

Tabla 1.1. Regulaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones.


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1.2 Objetivos

En el presente proyecto, se plantea el objetivo de estudiar diferentes tipos de antenas parche para sistemas RFID. Las antenas que se estudiaran serán de polarización circular para obtener la identificación de elementos sin necesidad de tener antena y tag en una misma dirección. Esto nos proporcionara una gran ventaja debido a que los elementos a identificar no deberán tener una posición concreta para que el lector los capte.

Este estudio se llevara a cabo mediante antenas tipo parche, las cuales nos aportan un ancho de banda limitado. Con lo cual, estos diseños de antenas estarán centrados a frecuencia 867 MHz (banda Europea) y no serán válidos para las tecnologías RFID en banda UHF de otras zonas geográficas. Mencionando también, que para un correcto funcionamiento de estas antenas para otras zonas, únicamente deberíamos realizar un ajuste en la frecuencia utilizada para cada región.

Será otro objetivo del trabajo, comparar entre las distintas topologías de antenas con polarización circular, para detectar sus ventajas e inconvenientes. Asimismo, se pone como condición que las antenas sean físicamente delgadas y al mismo tiempo tengan un ancho de banda lo más grande posible (normalmente se aumenta el ancho de banda separando el plano de masa del parche, lo que conduce a antenas físicamente muy anchas y de tamaño elevado).

Una vez diseñadas las antenas que nos proporcionen unas buenas prestaciones, se llevara a cabo la fabricación de estas y sus mediciones reales en laboratorio para contrastar las simulaciones y poder verificar el correcto funcionamiento de la antena.


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1.3 Organización de la Memoria

El presente proyecto esta dividido en 4 partes.

Inicialmente, en el segundo capitulo veremos las características principales de las antenas de forma genérica, así como propiedades de las antenas diseñadas con tecnología microstrip

A continuación, en el capitulo tres, realizamos un estudio de una antena parche de polarización lineal. Estudiando las características que esta nos ofrece y escogiendo un grosor de substrato ideal para el ancho de banda que necesitaremos tengan las antenas que posteriormente diseñaremos. Para ello, realizamos simulaciones con el programa Momentum de Advanced Design System, de Agilent Technologies.

Seguidamente, en los capítulos cuatro, cinco y seis, se estudian diferentes tipos de antenas parche de polarización circular. En cada capítulo estudiaremos una de estas topologías, realizando primero simulaciones mediante el programa Momentum, y posteriormente fabricando las antenas. Con las antenas fabricadas, estudiaremos su comportamiento real en el laboratorio y realizaremos las correcciones pertinentes en el caso de que estas no funcionen correctamente.

Por último, en el capítulo séptimo, se extraen conclusiones de los resultados obtenidos en los capítulos anteriores y se proponen posibles caminos futuros de investigación.


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1.4 Referencias

[1-1] Klaus Finkenzeller, RFID Handbook Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identificacion, Wiley, 1999, ISBN: 0-470-84402-7, pag. 427.

[1-2] Vipul Chawla and Dong Sam Ha, Virginia Polytechnic Institute and State University. Applications & Practice An Overview of Passive RFID.

[1-3] www.rfid-magacine.com, “Estado de las Regulaciones para UHF RFID en los Diferentes Paises”, 2006.

Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID Capitulo 2: Antena

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2. Antena 2.1. Introducción

Todo sistema transmisor o receptor consta de una antena, estas son diseñadas para radiar o recibir ondas electromagnéticas [2-1]. La antena, pues, realiza una transición entre una onda guiada (a la entrada de la antena) y una onda radiada (en el espacio).

En el funcionamiento, de toda antena puede distinguirse en modo transmisión y modo recepción. Por lo tanto es conveniente diferenciar los parámetros que definen a una antena por su modo de funcionamiento. Aunque según el teorema de equivalencia, los parámetros de una antena en transmisión están relacionados con los parámetros de la antena en recepción.

2.2. Características de la Antena en Transmisión 2.2.1. Impedancia

Se define como impedancia de entrada de una antena (ZA) la relación entre tensión y corriente en los terminales de entrada de la antena (2.1). En notación fasorial de régimen permanente sinusoidal, esta impedancia de entrada tendrá una parte real (RA) y una parte imaginaria o reactiva (XA). Por lo general, la relación tensión-corriente a la entrada de la antena, dependerá de la frecuencia, por lo que ZA, RA y XA dependerán de la frecuencia.

(2.1)

Cuando a una frecuencia determinada, la reactancia de la impedancia de la entrada de la antena es igual a cero, se dice que la antena es resonante a esa frecuencia.

Por lo general, la parte resistiva de la impedancia de entrada, RA, consiste en dos componentes; una resistencia de radiación (Rr) y una resistencia de perdidas (RΩ). (2.2)

(2.2)

La resistencia de radiación es la resistencia que disiparía óhmicamente la misma potencia que la radiada por la antena. La resistencia de pérdidas modela la resistencia que disiparía óhmicamente la misma potencia que se pierde en la antena. De esta forma, se puede definir la potencia radiada (2.3) y la potencia de pérdidas (2.4) como:

|I| (2.3)

é |I| (2.4)


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Donde I (2.5) es la intensidad suministrada por un hipotético generador conectado a la antena y que se define como:

| |V

|Z |V

ZA Z

(2.5)

Siendo Vg la tensión del generador y Zg su impedancia interna.

Dado que la antena radia cierta potencia, y otra se pierde en la propia antena, se puede definir la potencia entregada a la antena como la suma de estas dos.- (2.6):

é |I| |I| (2.6)

El objetivo de una antena de transmisión es radiar la mayor potencia posible (con la direccionalidad adecuada a la aplicación) por lo que es importante que la potencia de pérdidas sea lo menor posible, es decir, que la antena sea lo más eficiente. La eficiencia, η, de la antena se define como la potencia radiada en la relación a la potencia entregada a la antena.- (2.7:)

η P R R

(2.7)

2.2.2. Diagrama de Radiación

Se define el diagrama de radiación como la distribución espacial de una cantidad que caracteriza el campo electromagnético generado por una antena. En la mayoría de casos, el diagrama de radiación se determina en la región de campo lejano, en función de las distintas direcciones del espacio, utilizando para ello coordenadas esféricas, según θ y

[2-2]. Generalmente se sitúa a la antena en el origen de coordenadas, y las propiedades que se miden de la antena se miden en todas las direcciones del espacio pero con un mismo radio desde el origen de coordenadas. Las propiedades de la antena más comunes que se utilizan en un diagrama de radiación son la densidad de potencia radiada, intensidad de radiación, polarización, directividad y ganancia.

Si el diagrama de radiación es de campo eléctrico se deberán especificar ambas componentes, al ser éste una magnitud vectorial, aunque también se podrá mostrar en valor absoluto. Ya que el campo magnético se deriva del campo eléctrico, el diagrama de radiación podría ser tanto del campo eléctrico como del magnético, pero generalmente se representa en función del campo eléctrico.

Si la antena es linealmente polarizada (explicaremos este concepto más adelante), se define como plano E el que forman la dirección máxima de radiación y el campo eléctrico en esa dirección. El plano H será pues, el plano que forman la dirección máxima


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de radiación y el campo magnético en esa dirección; el plano H será perpendicular al plano E, ya que en campo lejano los campos E y H son perpendiculares.

El diagrama de radiación se puede mostrar con una representación 3D, pero suele ser más común mostrarlo en cortes que siguen los meridianos ( constantes) o los paralelos (θ constante). Estos cortes se pueden representar en coordenadas polares o cartesianas.

A continuación describiremos las propiedades de antena introducidas anteriormente.

2.2.2.1. Densidad de Potencia Radiada

La densidad de potencia radiada (P (θ, )) se define como la potencia radiada por unidad de superficie en una determinada dirección (2.8). Sus unidades son vatios por metro cuadrado, y se puede calcular a partir de los valores eficaces de los campos:

P , R E H W/m (2.8)

En la región de campo lejano, se puede considerar onda plana, por lo que los campos eléctrico y magnético son perpendiculares y la relación entre el modulo del campo eléctrico y el modulo del campo magnético es la impedancia característica del medio η0, que en aire tiene el valor de 120π Ω.- [2-3].- (2.9:)

H1

η n EEH

η

(2.9)

Donde n es la dirección de propagación de la onda. Con (2.8) y (2.9) se puede obtener la densidad de potencia radiada en función de las componentes transversales del campo eléctrico.- (2.10:)

P ,|E | E

η W/m

(2.10)

2.2.2.2. Intensidad de Radiación

La intensidad de radiación (K (θ, )) es la potencia radiada por unidad de ángulo solido en una determinada dirección, y sus unidades son vatios por estereorradián (2.11). Este parámetro es independiente de la distancia a la que se encuentre la antena, y se relaciona con la densidad de potencia radiada de la siguiente forma:


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K , P , r (2.11)

De la densidad de radiación y de la densidad de potencia radiada se puede observar (2.12) el diagrama de radiación normalizado t (θ, ).

t ,P ,

PK ,

K

(2.12)

Siendo los valores de Pmax y Kmax los valores de la densidad de potencia radiada y de la intensidad de radiación que se dan en la dirección de máxima radiación.

2.2.2.3. Directividad

La directividad D (θ, ), es la relación entre la intensidad de radiación, en una dirección dada (desde la antena), y la intensidad de radiación promediada en todas las direcciones, KAV.-[2-1]. (2.13)

D ,K ,

KAV

K ,P

4π

P , rP

4π

P ,P

4πr

(2.13)

De la definición dada y de (2.11), se puede deducir la expresión (2.13), que lleva a otra definición de directividad como es: la directividad es la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección y a una densidad dada, y la densidad de potencia que radiaría a esa misma distancia una antena isotrópica que radiase la misma potencia que la antena.

Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la directividad se refiere a la dirección de máxima radiación, resultando la directividad máxima de la antena, D. A partir de la directividad máxima y del diagrama de radiación normalizado, se puede obtener la directividad.- (2.14):

DP

P4πr

D , D t ,

(2.14)

2.2.2.4. Ganancia

La ganancia G (θ, ), es la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección y a una distancia dada, y la densidad de potencia que radiaría a esa misma distancia una antena isotropica que radiara la misma potencia que la entregada a la antena


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no isótropa (2.15). Como vemos, las definiciones de directividad y ganancia son muy parecidas, solo que en el caso de la ganancia la comparación se hace con la potencia entregada a la antena y no con la potencia radiada. Esto permite introducir las perdidas de la antena (o la eficiencia) a la directividad.

G ,P ,

P /4πrP ,

P /η /4πr ηP ,P

4πη D ,

(2.15)

2.2.3. Polarización

En cada punto el espacio habrá un vector de campo eléctrico, función de la distancia respecto de la antena fuente y del tiempo. La polarización es una indicación de la orientación del vector de campo en un punto fijo del espacio al transcurrir el tiempo. Cuando nos referimos a polarización de una antena, es la polarización producida por esta teniendo como referencia la propia antena. (Figura 2.1).

Si tomamos un punto cualquiera del espacio, e imaginamos un plano perpendicular a la dirección de propagación desde la antena al citado punto, con la variación en el tiempo el vector , , paralelo al plano, podremos ver como el extremo del vector describe una curva sobre el plano. Esta figura geométrica descrita sobre el plano al transcurrir el tiempo es la polarización. Para trabajar con la polarización se utiliza el vector de polarización u, que se propaga en la dirección del eje z y tiene componentes cartesianas en x e y.

u xa ya (2.16)

Donde x e y son los vectores unitarios en x e y, y ax y ay son las constantes que determinan la componente del campo en x e y, y son de la forma:

a |a |e a a e

|a | a 1 (2.17)

Si el vector u describe un segmento sobre el plano, la polarización de la onda electromagnética (y por tanto la polarización de la antena que la ha radiado) es lineal, ya que el campo eléctrico solo varia en una dirección. En este caso, las componentes en x e y del vector de polarización u son de igual amplitud, pero hay una diferencia de π/2 entre sus fases. Para una polarización circular a izquierdas (LHCP), u es de la forma:

u Lx jy

√2

(2.18)


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Para polarización circular a derechas, u es de la forma:

u Rx jy

√2

(2.19)

Pero este ultimo caso es bastante ideal, ya que generalmente no se tendrá una polarización circular, sino elíptica. En este caso, u se suele descomponer en ambas polarizaciones circulares.

Figura 2.1. Tipos de polarización.

2.3. Características de la Antena en Recepción 2.3.1. Adaptación

Hasta el momento hemos supuesto el caso en que la antena estaba funcionando como transmisora, por lo que en adelante mostraremos los parámetros en recepción.

Es importante que la línea de transmisión o carga conectada a la antena, y la antena tengan unos valores de impedancia (ZL Y ZA, respectivamente) que permitan la mayor transferencia de potencia. Podemos tomar el caso en que la antena actúa de receptora, y a ella esta conectada una impedancia de carga; para que haya máxima transferencia de potencia se debe cumplir que . La máxima transferencia de potencia será:

PL|V |4RA

(2.20)

Donde Vca es el voltaje en bornes de la antena. Si no se cumple la condición de adaptación, se tendrá que la potencia entregada a la carga es:

PL PL 1 |ρ|


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(2.21)

Donde ρ es el coeficiente de reflexión, que se calcula como:

ρZL ZA

ZL ZA

(2.21)

2.3.2. Coeficiente de Polarización

En el caso que la antena este trabajando como receptora, la captación de energía dependerá además de las polarizaciones de antena y onda incidente. Para ello se define un coeficiente de polarización Cp, que representa la atenuación debida la diferencia de polarización entre la antena y la onda incidente. Este coeficiente se define como:

C |e e | (2.22)

Donde ea es la polarización de la antena receptora, y ei la polarización de la onda incidente. Si una antena con vector de polarización u radia una onda en el escenario descrito en Capitulo 2.2.3, la onda saliente tendrá el mismo vector de polarización u. Una onda incidente con la misma polarización que la antena tendrá el vector de polarización de ésta conjugado, u u , ya que la dirección de propagación es la opuesta. De esta forma, una antena con una polarización y una onda incidente de la misma polarización siempre resultaran en C |e e | |e e | 1.

2.4. Antenas Parche en Tecnología Microstrip

Una antena parche microstrip en su configuración más básica consiste en un parche radiante en una cara de un sustrato dieléctrico, el cual tiene un plano de masa en la cara opuesta [2-4]. Los parches pueden tener cualquier forma, pero los más comunes y utilizados son de las formas rectangulares, cuadrados y redondos. En este proyecto, para el diseño de antenas de polarización circular que realizaremos a continuación utilizaremos parches cuadrados.

Una de las características de las antenas microstrip, es que tienen un ancho de banda bastante estrecho. Existen cuatro formas de alimentar una antena parche; mediante una línea microstrip, mediante un cable coaxial, mediante acoplamiento por apertura y mediante acoplo por proximidad. La alimentación por proximidad es la alimentación con la que mayor ancho de banda relativo se puede obtener, hasta un 13%, suponiendo que el parche es simple [2-2]. Sin embargo, mediante técnicas para ampliar el ancho de banda relativo, éste puede llegar a ser del 70% [2-5]. Como se ha comentado, la polarización de una antena parche es lineal, pero se puede obtener polarización circular con un parche cuadrado con una alimentación especial, o modificando la superficie del parche.


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Una antena microstrip se compone de cuatro elementos: el parche, el sustrato dieléctrico, el plano de masa y el tipo de alimentación. El formato de antena parche más básico es el mostrado en Figura 2.2.

Figura 2.2. Estructura básica de una antena microstrip.

El parche es una fina capa de conductor impresa sobre el dieléctrico, que puede tener varias formas, pero su forma básica es la cuadrada. El sustrato dieléctrico se define mediante su constante dieléctrica (εr), la tangente de pérdidas (tan δ), y su altura (h). El plano de masa es una capa metálica que esta impresa en la otra cara del sustrato donde esta impreso el parche, y cuya dimensión debe ser como mínimo, igual a la del parche. A continuación definiremos los cuatro tipos de alimentación de estas antenas.

2.4.1. Métodos de Alimentación de Antenas Microstrip

Los cuatro métodos más comunes de alimentar un parche son los siguientes: mediante una línea microstrip (‘line feed’), mediante un cable coaxial (‘probe feed’), mediante acoplo por proximidad (‘proximity coupled’) y mediante acoplo por apertura (‘apertue coupled’) [2-6]. En los dos primeros, la transferencia de energía de la alimentación al parche se realiza con contacto físico, mientras que en los dos últimos esta transferencia se hace a través del acoplamiento del campo electromagnético.

En este proyecto, estudiaremos casos de antenas con alimentación mediante una línea microstrip y con alimentación mediante acoplo por proximidad. A continuación introduciremos estos dos tipos de alimentación de antenas parche.


18

2.4.1.1. Alimentación Mediante una Línea Microstrip (‘line feed’)

Esta técnica consiste en alimentar el parche con una línea de 50Ω en el sustrato Figura 2.3. La adaptación de la impedancia de entrada del parche se hace mediante la introducción de la línea dentro del parche, dejando una pequeña separación entre el parche y el tramo de línea introducida en él. Esta técnica es fácil de fabricar ya que parche y línea se encuentran en el mismo substrato. Como anteriormente hemos comentado, uno de los problemas de las antenas parche es su escaso ancho de banda, este problema podemos solucionarlo aumentando el grosor del sustrato.

Figura 2.3. Alimentación mediante línea de transmisión.

2.4.1.2. Alimentación Mediante Acoplo por Proximidad (‘proximity coupled’)

La configuración de la alimentación mediante acoplo por proximidad se muestra en Figura 2.4. Para esta configuración se precisan de dos sustratos dieléctricos superpuestos. En la capa de sustrato inferior se encuentra la línea de alimentación con el plano de masa en la cara inferior, mientras que la capa superior de sustrato contiene en su cara superior el parche, sin contener esta vez plano de masa en la cara inferior. Las capas de sustrato se deben superponer de forma que línea y parche queden centrados.

Figura 2.4. Alimentación mediante acoplo por proximidad.


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Este tipo de alimentación sin contacto basa su funcionamiento en la transferencia de energía entre parche y línea mediante un acoplamiento de tipo capacitivo. Esta capacidad de acoplamiento se puede ajustar para adaptar la impedancia de entrada de la antena, modificando la amplitud de la línea y la altura del sustrato superior.

2.5. Antenas de Polarización Circular

Como ya se ha comentado anteriormente, una antena parche cuadrada radia con polarización lineal. Podemos conseguir polarización circular mediante diferentes métodos, con una alimentación, o con alimentación doble. A continuación detallaremos los métodos que utilizaremos en este proyecto para conseguir polarización circular.

2.5.1. Polarización Circular Tipo 1

El primer tipo de antena de polarización circular que estudiaremos, será una antena parche con alimentación mediante línea microstrip donde modificaremos la geometría del parche. Esta modificación se debe al recorte de las esquinas del parche. Recortando dos esquinas opuestas de éste conseguiremos polarización circular. En la Figura 2.5 podemos ver un ejemplo de cómo será esta antena.

Figura 2.5. Antena polarización circular Tipo 1


En este caso, el parche tendrá alimentación doble. Como muestra la Figura 2.6 alimentaremos dos de los lados contiguos del parche. El requisito que debemos cumplir en esta antena es que las dos alimentaciones sean iguales pero desfasadas 90º entre ellas, lo que obtendremos mediante un hibrido 90º.


20



El tercer tipo de antena de polarización circular que estudiaremos en esta proyecto, es una antena con alimentación única, estilo alimentación mediante acoplo por proximidad y modificando la geometría del parche, Figura 2.7, de la misma manera que en el tipo visto en 2.5.1, recortando dos de sus esquinas opuestas. [2-7].

Figura 2.7. Antena polarización circular Tipo 3.


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2.6. Referencias

[2-1] IEEE Standards Board, “IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas”, IEEE Std 145-1993, Mayo 1993.

[2-2] C.A. Balanis, “Antena Theory, analisis and design”, 2nd Ed.Wiley, 1998.

[2-3] D.M. Pozar, “Microwave Engineering”, 2nd Ed. Wiley, 1998.

[2-4] R. Garg, P. Bhartia et. al., “Microstrip Antenna Design Handbook”, Artech House, London 2001.

[2-5] G. Kumar, K. P. Ray, “Broadband Microstrip Antennas”, Artech Houese, London 2003.

[2-6] D.M. Pozar, “Microwave Antennas”, Proceedings of the IEEE, vol. 80 No 1, Enero 1992.

[2-7] Computer Simulation Technology, “Design of Circularly-Polarized Patch Antennas”, 2007.

Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID Capitulo 3: Antena de Polarización Lineal

22

3. Antena de Polarización Lineal

El primer paso que llevaremos a cabo en este proyecto será el diseño de una antena parche con la tecnología microstrip [3-1]. Ésta será de polarización lineal para estudiar detalladamente su comportamiento y poder así compararla con los resultados que nos aparecerán cuando realicemos antenas con polarización circular en las que estamos interesados.

3.1. Diseño y Simulación de Antena de Polarización Lineal

Para el diseño y simulación de estas antenas utilizaremos Momentum, una aplicación integrada en el paquete de software Advanced Design System, de Agilent Technologies.

ADS-Momentum es un simulador electromagnético basado en el método de momentos. Este sistema de modelización es un método integral que nos permite una aproximación suficiente y un gran ahorro computacional, debido a que nos proporciona los datos sobre estructuras 2,5D. Evidentemente, estamos hablando de estructuras 3D para el diseño de las antenas, su gran relación de aspecto nos permite hacer la aproximación de que se trata de estructuras 2,5D. En el caso de querer un estudio con un simulador 3D, existe el software Electromagnetic Design System, (también de Agilent Technologies), con el cual obtendríamos una mayor exactitud pero que nos supondría un mayor coste computacional.

3.1.1. Diseño de Antena de Polarización Lineal

Para el diseño de la antena de polarización lineal,-utilizaremos substrato de grosor 1,6 mm. Las características técnicas de este sustrato son las especificadas en la Tabla 3.1.

H 1,6 mm Er 4,7 Mur 1 Cond 1Hu 1T 34 um TanD 0,002

Tabla 3.1. Características substrato.

Queremos una antena centrada a 867 MHz, frecuencia de trabajo UHF para los sistemas de radiofrecuencia en Europa. Para centrar la antena a la frecuencia elegida, tendremos en cuenta que en el diseño de antenas parche, la frecuencia es indirectamente proporcional al tamaño de la antena, a mayores áreas de antena, menor frecuencia central de esta.


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Para especificar las propiedades de substrato en el programa ADS, deberemos acceder al menú Momentum/Substrate/Create-Modify… (Figura 3.2) e introduciremos los valores que nos marca el sustrato elegido (grosor, permitividad (Er), tangente de perdidas (tgδ), etc.). Para especificar estas propiedades, el programa permite añadir diferentes capas y dar las características deseadas a cada una de estas capas.

Figura 3.2. Editor de sustrato

3.1.2. Simulación de Antena de Polarización Lineal

Para realizar la simulación de esta antena, deberemos acceder al menú Momentum/Simulation/S-Parameters… (Figura 3.3) donde podremos especificar la frecuencia inicial, la frecuencia final y el número máximo de cálculos permitidos realice el programa para obtener la simulación.

Figura 3.3. Editor simulación.


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El resultado de estas simulaciones dependerá del rango de frecuencias en el que realicemos el estudio y el número de puntos que definamos para que el programa calcule. De manera que a menor rango de frecuencia, obtendremos una mayor aproximación del comportamiento real de la antena, ya que la interpolación entre punto y punto será más precisa.

Realizando una primera simulación con un rango de frecuencia elevado, de 600 a 1100 MHz podemos observar que la antena está centrada alrededor de 867 MHz obteniendo una buena adaptación 26,351 dB, tal y como se muestra en la Figura 3.4

Figura 3.4. Grafica parámetro S11

3.1.3. Dimensiones de la Antena

Las medidas de la antena, dependen de la frecuencia a la cual ha de funcionar la antena. Para frecuencia de 867 MHz, las dimensiones de la antena son las que se pueden ver en la Figura 3.5, (dimensiones en milímetros en todas las figuras). También se puede observar el punto de alimentación de la entena. Este punto de alimentación, es el punto donde ira soldado el conector mediante el cual excitaremos el parche.

Figura 3.5. Dimensiones antena de polarización lineal y detalle punto de alimentación antena.


25

Para conseguir una optimización de esta antena, hemos realizado varias simulaciones previas, para obtener la que nos prestaba mejores características. En el Anexo A, Tabla A.1 pueden observarse los valores de estas simulaciones.

3.2. Estudio del Ancho de Banda de la Antena

Realizando una simulación con un rango de frecuencias más reducido (Figura 3.6) podemos observar que el ancho de banda que nos proporciona esta antena es muy estrecho (3,6 MHz). Para el cálculo del ancho de banda relativo, deberemos tener en cuenta la diferencia entre frecuencias a -10 dB dividida por la frecuencia de pico de la antena. (3.1)

2 1

0 100

(3.1)

Con un ancho de banda tan pequeño, corremos el riesgo de que la antena no funcione bien con el mínimo desplazamiento de frecuencia a la hora de fabricarla. Pero sabíamos que esto podría ocurrir, pues uno de los mayores problemas de las antenas parche es el poco ancho de banda que proporcionan. Para ello, como hemos comentado anteriormente, una solución es aumentar el grueso del sustrato.

Realizamos simulaciones con sustratos más gruesos. Estos siempre serán de grosor múltiplo a 1,6 mm, pues lo que haremos es superponer un sustrato a otro cuando fabriquemos la antena. Simularemos, así, para sustratos de; 3,2 – 4,8 – 6,4 – 8 mm.

Figura 3.6. Grafica parámetro S11 con rango de frecuencias reducido.

Como se puede observar en la Figura 3.7, el ancho de banda aumenta al aumentar el grosor del sustrato. Obteniendo para cada sustrato el ancho de banda indicado en la Tabla 3.2. En el Anexo A, Tabla A.2 se pueden observar detalladamente los valores de todos estos sustratos.


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GROSOR SUSTRATO f1 f2 f0 BW BWR 1,6 mm 866,1 869,7 867,8 3,6 0,41 3,2 mm 864,7 870,3 867,5 5,6 0,64 4,8 mm 864,8 872,7 868,8 7,9 0,9 6,4 mm 863,1 873,5 868,1 10,4 1,19 8 mm 862,1 875 868,5 12,9 1,48

Tabla 3.2. Ancho de banda según grosor substrato

Figura 3.7. Diferencia ancho de banda según grosor sustrato.

En el Anexo A, Tablas A.3; A.4; A.5; A.6, para los substratos 3,2; 4,8; 6,4; 8 respectivamente, pueden observarse los valores de las simulaciones realizadas en cada grosor de sustrato hasta llegar al punto más optimo de antena.

3.3. Diseño de Antena

Considerando la banda europea para RFID, que esta comprendida entre 865 y 868 MHz, decidimos continuar este proyecto con un substrato de 4,8 mm. Este nos aporta un ancho de banda de 7,9 MHz para una adaptación de 10 dB el cual consideramos que ya es suficiente para un correcto funcionamiento de la antena. Debemos añadir también, que estudiando la futura fabricación de la antena, este grosor de sustrato es el que más nos convence, debido a que con mayores substratos nos encontraríamos con problemas para soldar el conector de alimentación.

Para mantener la frecuencia central de la antena y una buena adaptación, el aumento de sustrato, nos ha llevado a tener que modificar las dimensiones de la antena. Estas modificaciones son pequeñas pero con gran relevancia a la hora de fabricación de la antena. En la Figura 3.8 podemos ver las nuevas dimensiones de la antena. Como se puede observar en la figura, el acceso a la entrada también ha cambiado. Debido a que utilizamos un substrato más grueso, la línea de transmisión de 50Ω es más ancha.


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Figura 3.8. Dimensiones antena de polarización lineal, sustrato 4,8 mm

Esta antena, deberá cumplir exactamente con los mismos requisitos que la anteriormente simulada, eso si, aportándonos un mayor ancho de banda. Según las simulaciones de Momentum-ADS, esta antena nos ofrece una adaptación de 24,312 dB a una frecuencia central de 868,2 MHz Figura 3.9 -a-. En la Figura 3.9 -b- podemos observar como esta antena nos ofrece una buena eficiencia, 81,387 %, lo que nos asegura un buen comportamiento de la antena a la frecuencia estudiada, con una ganancia de 5,401 dB y directividad de 6,295 dB.

‐a‐

-b-

Figura 3.9. (a) Parámetro S11; (b) Eficiencia / Ganancia / Directividad


28

3.4. Referencias

[3-1] Grupo de Control y Procesamiento Digital de Señales, Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales, “Diseño de Antena Microstrip para la Banda de UHF”

Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID Capitulo 4: Antena de Polarización Circular Tipo 1

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4. Antena de Polarización Circular Tipo 1

Como se ha visto anteriormente, una de las posibilidades para tener polarización circular con una antena parche es recortando dos de sus esquinas opuestas,

Partiendo del diseño de antena lineal y observando [4-1], nos proponemos diseñar una antena de polarización circular centrada a 867 MHz.

A partir de ahora, con las antenas de polarización circular, deberemos estar muy atentos a la característica de relación axial de la antena. La relación axial de una antena es la relación entre las magnitudes de campo propagadas en un plano y en otro, lo cual nos determina la polarización circular. Contra más se asemeje a cero esta relación, la antena tendrá mejor polarización circular.

4.1. Antena con Plano de Masa Infinito

Para una antena de 78 mm de lado, donde tenemos aproximadamente la frecuencia central de 867 MHz, realizamos cortes de diferentes dimensiones para comprobar el comportamiento de este tipo de antenas. Los resultados mostrados en la Figura 4.1 dejan ver claramente la influencia de la dimensión de este recorte en la antena para obtener una buena adaptación. Podemos observar que tanto excedernos como no recortar suficiente superficie de la antena afecta de ésta.

Figura 4.1. Adaptación antena según recorte.

En las simulaciones anteriores, la frecuencia central a la cual estábamos trabajando son unos 10 – 12 MHz por encima de la frecuencia deseada. Por lo que aumentaremos ligeramente la superficie del parche para obtener la antena centrada a 867 MHz y con una buena adaptación.

En el Anexo B Tabla B.1 podemos observar los valores de las diferentes pruebas realizadas hasta llegar al diseño de antena que más se ajusta a nuestras necesidades, obteniendo unos resultados de -29,998 dB de adaptación para una frecuencia central de 866,4 MHz, un 80% de efectividad que nos asegura que la antena funcione

‐20

‐15

‐10

‐5

0

5 7 10 13 15

adap

tacion

dB

recorte mm


30

correctamente, con una ganancia/directividad sobre unos 6 dB y una relación axial de 8,938 dB. Estos datos quedan reflejados en la Figura 4.2.

-a- -b-

-c- -d- Figura 4.2. (a) Parámetro S11; (b) Relación axial; (c) Eficiencia; (d) Ganancia / Directividad

Las dimensiones de esta antena se pueden ver en la Figura 4.3. Donde se podrá apreciar que tiene un recorte de 12 mm sobre su lateral que finalmente mide 79 mm. Pudiéndose observar a su vez, la eliminación de la ranura en la excitación de la antena, la cual como hemos comentado anteriormente nos producía una mala adaptación.

Una característica importante en esta antena, que también puede verse en la Figura 4.3, es que la alimentación del parche no esta centrado a la antena, sino que esta en el centro pero sin contar la zona recortada. Con ello conseguimos mejorar la relación axial de la antena debido a que el giro de campo magnético se realiza a una distancia simétrica a donde termina el parche en el otro sentido de la antena.


31

Figura 4.3. Dimensiones antena polarización circular con plano de masa infinito

4.2. Antena con Plano de Masa Finito

Los resultados vistos en el punto anterior no son totalmente fiables, pues estábamos haciendo las simulaciones con un plano de masa infinito, cosa que en realidad nunca sucederá.

En las simulaciones con un plano de masa infinito, únicamente tenemos radiación hacia delante de la antena: dicho plano de masa infinito evita que esta radie hacia la parte posterior.

A continuación, añadiremos un plano de masa finito a la antena y volveremos a reajustarla para lograr el mejor comportamiento posible. En este caso, para obtener el mejor ajuste de la antena únicamente debemos modificar el recorte de esta haciéndolo un poco más pequeño. En la Figura 4.4 podemos ver las dimensiones de la antena y del plano de masa que le hemos añadido.

Para añadir un plano de masa a la antena, lo haremos introduciendo una nueva capa en la definición de sustrato. Deberemos tener muy en cuenta que debemos añadir otro puerto a nuestro diseño. Este puerto estará en la nueva capa de plano de masa, referenciado al mismo puerto de alimentación de la antena. En la Figura 4.5 podemos observar el detalle de los dos puertos.


32

Figura 4.4. Dimensiones antena polarización circular

con plano de masa finito.

Figura 4.5. Doble puerto.

Para definir en el programa que estos dos puertos hacen referencia a un único puerto, accederemos al menú Momentum / Port Editor donde especificaremos que el puerto de la capa superior de la antena es el puerto principal mediante la opción Single Mode y el puerto de la capa del plano de masa hace referencia al puerto de la otra capa, mediante la opción Ground Reference y asociando este puerto al numero del otro puerto. En la Figura 4.6, podemos observar la definición de estos puertos.

Figura 4.6. Definición de puertos.

En la Figura 4.7 se puede observar como obtenemos una buena adaptación (25,165 dB), a frecuencia de 865,6 MHz. La diferencia más significante una vez añadido el plano de masa la podemos ver tanto en la ganancia, eficiencia, como en la relación axial de la


33

antena. Como muestra la figura continuamos obteniendo unos valores muy correctos, 8,091 dB de relación axial y 5,713 dB de ganancia, eficiencia. La diferencia la tenemos en los picos que aparecen a los valores ±90 en el eje theta. Estos valores representan el plano horizontal de la antena, donde según la simulación de Momentum-ADS la antena no emite ninguna radiación. Estos valores no son significativos pero no del todo ciertos, pues en la misma dirección al plano de la antena, la radiación es menor que en cualquier otro punto pero nunca será cero. Este cero lo define así el programa Momentum para conseguir un ahorro computacional. A continuación de este valor en ±90, podemos apreciar que volvemos a tener radiación, esto es debido a que el plano de masa es finito y la antena produce una radiación hacia la parte posterior de esta, como se puede ver en la Figura 4.8, donde podemos ver el comportamiento de esta antena. En este diagrama de radiación, los colores mas cálidos,-representan las zonas donde los niveles de ganancia son las altos.

-a-

-b-

-c-

-d-

Figura 4.7. (a) Parámetro S11; (b) Relación axial; (c) Eficiencia; (d) Ganancia / Directividad

Figura 4.8. Diagrama de radiación 3D


34

En el Anexo B, Tabla B.2, podemos observar los valores de las diferentes pruebas realizadas hasta llegar al diseño de antena que más se ajusta a nuestras necesidades. Finalmente, comentar que la eficiencia ha pasado del 80% al 100% al cambiar el plano de masa de infinito a finito. Este cambio se atribuye a limitaciones del programa de simulación y en consecuencia este parámetro no se considerará para tener en cuenta la bondad de los diseños.

4.3. Antena Fabricada

Para realizar una comprobación real de las características de la antena, se fabrica la antena simulada anteriormente y en el laboratorio comprobamos su funcionamiento. La antena fabricada es la mostrada en la Figura 4.9.


Mediante un analizador de redes y un script Matlab, realizaremos pruebas de adaptación, frecuencia central y relación axial.

Comprobando la adaptación y frecuencia de trabajo de la antena, observamos un desajuste considerable (Figura 4.10). La antena fabricada, nos ofrece una adaptación de 19,776 dB, empeorando unos 4 dB respecto a la simulación de Momentum, y una frecuencia central de trabajo de 945 MHz. Esta frecuencia de trabajo obtenida en la antena esta casi 80 MHz por encima de la frecuencia deseada, cosa que nos ocasiona un grave problema, debido a que esta antena no es valida para el uso de RFID en el rango de frecuencia UHF para Europa. Este aumento de frecuencia puede ser debido a la superposición de 3 placas de sustrato, que nos implica que la permitividad del sustrato (Er)


35

no sea exactamente la que hemos definido en el programa a la hora de hacer las simulaciones. Por el contrario, podemos observar también que el ancho de banda de la antena real es mayor al de la antena simulada.

Para calcular la relación axial de la antena, colocamos esta en una posición fija, y a una distancia de -50 cm y 1 m- colocamos un dipolo (Figura 4.11). Conectados dipolo y antena al analizador de redes, medimos el parámetro de transmisión (S21) entre ambos. Dado que el dipolo es de polarización lineal, para obtener la relación entre la radiación en dos planos de la antena, realizamos esta medición del parámetro de transmisión entre dipolo y antena situando el dipolo de forma horizontal y de forma vertical. También realizamos la medición con el dipolo en una posición de 45º. La diferencia entre estos parámetros de transmisión es la relación axial de la antena.

Figura 4.10. Diferencias S11 entre antena fabricada y simulación Momentum‐ADS

Figura 4.11. Montaje medición relación axial.


36

En la Figura 4.12, podemos observar la poca diferencia entre los parámetros de transmisión, tanto a 50 cm como a 1m.

-a-

-b-

Figura 4.12. Graficas S21. (a) Distancia 50 cm; (b) Distancia 1 m

La diferencia entre estos coeficientes de reflexión es 1 dB a distancia 50 cm, y 3 dB para una distancia de 1m. Esta diferencia se debe a que a mayor distancia de medición, interfieren mas ondas reflejadas en el suelo y las paredes, especialmente en el caso de que el dipolo este en una orientación horizontal, debido a las reflexiones del suelo. Para una medida exacta, deberíamos realizar estas mediciones en una cámara anecoica.

4.4. Modificaciones Antena

Podemos considerar buenos los resultados obtenidos, pues la antena funciona correctamente. Únicamente hemos sufrido un aumento en la frecuencia de trabajo, lo cual intentaremos modificar rediseñando la antena.

La antena simulada trabaja a 865,6 MHz, mientras que la antena fabricada tiene un funcionamiento a frecuencia central 945,3 MHz. Mediante una simple regla de tres (4.1) calculamos el porcentaje de diferencia y estudiaremos una nueva antena a la frecuencia resultante.

866 866945,3 793

(4.1)


37

4.5. Reajuste de la Antena mediante ADS

Mediante el cálculo realizado en el apartado anterior, obtenemos la desviación que nos ha sufrido nuestro diseño de antena con la medición real de esta. A continuación realizaremos nuevas simulaciones con el programa Momentum para obtener una nueva antena, centrada esta vez a 793 MHz.

Para realizar esta modificación, tendremos en cuenta el buen funcionamiento de esta por lo que únicamente necesitaremos aumentar el tamaño del parche para obtener una antena que trabaje a una frecuencia inferior.

Realizando nuevas simulaciones, donde podemos ver los resultados obtenidos de éstas en Anexo B, Tabla B.3, obtenemos una antena de las medidas de la Figura 4.13.

Figura 4.13. Dimensiones antena polarización circular con plano de masa finito modificada.

Esta nueva antena, nos aporta unos parámetros similares a la antena que ya habíamos diseñado anteriormente, pero esta vez centrada a menor frecuencia, 793 MHz. En la Figura 4.14, podemos ver las características de esta antena que a continuación compararemos con las medidas reales de ésta.

-a-

-b-


38

-c-

-d-


4.6. Antena Rediseñada Fabricada

Con la nueva antena fabricada, realizamos en el laboratorio las medidas que esta nos proporciona para compararlas con la simulación, y comprobar así el funcionamiento de ésta.

En la Figura 4.15, podemos observar la diferencia entre la simulación y la antena real, donde podemos ver que seguimos teniendo un aumento en frecuencia entre simulación de Momentum y antena real. El cambio que realizamos mediante la regla de tres, nos centraba la simulación a 793 MHz para obtener una antena a 867 MHz. Por lo que podemos ver, hemos conseguido una menor diferencia que en la antena diseñada anteriormente pero todavía con una distancia de 30 MHz a la frecuencia deseada. En cuanto a la adaptación de la antena, podemos considerar que continúa siendo correcta.

Figura 4.15. Diferencias S11 entre antena fabricada y simulación momentum‐ADS


39

En cuanto a la relación axial de la antena, hemos realizado la misma prueba que en la antena anterior, a una distancia de 50 cm aproximadamente. Estas mediciones, les hemos realizado con el dipolo en orientación vertical y horizontal para comprobar la diferencia entre una posición y otra, lo que nos marcara la relación axial de la antena. En la Figura 4.16, podemos observar que esta relación axial es algo inferior a 3 dB, por lo que podemos considerar una buena relación axial.

Figura 4.15. Gráfica S21 para ambas polarizaciones.

4.7. Referencias

[4-1] C. A. Balanis, “Antena Theory, analisis and design”, 2nd Ed, Wiley., 1998.

6 7 8 9 10 11 12

x 108

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

X: 8.16e+008Y: -23.14

Frecuencia (Hz)

S21

(dB

)

X: 8.458e+008Y: -20.29

Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID Capítulo 5: Antena de Polarización Circular Tipo 2

40


Otra de las posibilidades vistas anteriormente para tener una antena parche de polarización circular, -es alimentando la antena por dos lados contiguos. Esta alimentación deberá ser de igual potencia para las dos excitaciones pero desfasada 90º entre ellas. Este desfase de 90º lo conseguiremos mediante un hibrido 90º el cual también diseñaremos mediante el programa Momentum-ADS y posteriormente fabricaremos. En referencia a la antena, realizaremos los mismos pasos vistos en la anterior.

5.1.Hibrido 90º

Un hibrido 90º es un acoplador direccional con 3 dB de acoplo. Son divisores de potencia de 4 puertos en los cuales entre los puertos 2 y 3, (Figura 5.1) obtenemos una salida de potencia igual pero desfasada 90º, [5-1].

Figura 5.1. Desfase entre puertos de un hibrido 90º

5.1.1. Simulación ADS Hibrido 90º

Para el diseño de este divisor de potencia, utilizaremos también líneas microstrip de dimensiones como muestra la Figura 5.2. Donde los valores de Z0=50Ω y λ vendrán determinados por la frecuencia de diseño de este.

Figura 5.2. Ejemplo hibrido 90º.

Para realizar los cálculos de las dimensiones de las líneas microstrip utilizamos la opción Linecalc del programa ADS, la cual nos realiza los cálculos de longitud y anchura introduciéndole los parámetros del substrato y la frecuencia de trabajo. Para ello accederemos al menú Tools/LineCalc/Start LineCalc, (Figura 5.3).


41

Figura 5.3. Aplicación LineCalc

Diseñamos el hibrido según las medidas obtenidas como se puede observar en la Figura 5.4 y realizamos las simulaciones para comprobar el funcionamiento de este.

Figura 5.4. Diseño de ADS del hibrido 90º

Nos interesa que el hibrido tenga una frecuencia de trabajo de 867 MHz, una buena adaptación y que entre los puertos 2 y 3 tengamos un desfase de 90º.


42

En la Figura 5.5 podemos observar como el puerto 1 está bien adaptado, consiguiendo 34,122 dB a una frecuencia de 860 MHz, mientras que en los puertos 2 y 3 obtenemos un acoplo de 3,459 dB. Siendo el aislamiento entre puertos 1 y 4 de unos 35 dB. Podemos ver también que la diferencia de fase entre los puertos 2 y 3 es de 90º

-a-

-b-

Figura 5.5. Hibrido 90º; (a) Parámetros S; (b) Desfasaje 90º

5.1.2. Hibrido 90º Fabricado

Del mismo modo que con la antena descrita en el capítulo 4, una vez tenemos diseñado el hibrido y hemos comprobado mediante simulaciones ADS que éste funciona correctamente, pasamos a la fabricación (Figura 5.6) para poder realizar un estudio real de su comportamiento en el laboratorio.

Figura 5.6. Hibrido 90º


43

En este caso, tenemos 4 puertos, por lo que cuando estemos realizando las pruebas con el analizador de redes (de 2 puertos), deberemos tener en cuenta que los puertos que queden libres deberán estar acabados con una impedancia de 50Ω.

Para realizar las mediciones, conectaremos el hibrido al analizador de redes e iremos intercambiando los puertos. En la Figura 5.7 podemos ver el comportamiento del hibrido, se observa una buena adaptación y aislamiento, mientras en la transmisión entre el puerto 1 y los puertos 2 y 3 obtenemos unos parámetros S21 y S31 alrededor de los -3 dB, tal como era de esperar

Figura 5.7. Comportamiento del hibrido 90º fabricado.

En cuanto a la frecuencia, en las simulaciones de Momentum, teníamos la frecuencia de trabajo del hibrido centrada en 860 MHz. Cosa que no nos influía debido al gran ancho de banda que proporciona este. En las pruebas del comportamiento real, podemos observar que la frecuencia central de trabajo es 865,7 MHz, lo que todavía nos dará una mayor exactitud.

En la Figura 5.8, podemos observar el desfasaje entre la salida en el puerto 2 y la salida en el puerto 3 del hibrido. Como muestra la figura, representando la diferencia entre fase 1-3 y 1-2, obteniendo a frecuencia 867 un ángulo de desfasaje de 90º.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 109

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

X: 8.657e+008Y: -37.34

Frecuencia (Hz)

S11

(dB

) / S

21 (d

B) /

S31

(dB

) / S

41 (d

B)

X: 8.657e+008Y: -3.418

S(1,1)S(2,1)S(3,1)S(4,1)


44

Figura 5.8. Desfasaje entre puertos 2 y 3.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 109

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Frecuencia (Hz)

Ang

ulo

desf

ase

X: 8.657e+008Y: 90.01


45

5.2.Antena de Polarización Circular

Diseñado ya el hibrido para alimentar la antena, pasamos a centrarnos en el diseño del parche. En este tipo de antenas, debemos mantener la ranura en el acceso al parche. Esta ranura nos proporciona una buena adaptación de la antena, igual que en el caso de la antena de polarización lineal.

5.2.1. Antena con Plano de Masa Finito

Partiendo de la base de la antena de polarización lineal, y realizando varias pruebas, ver Anexo C, Tabla C.1, obtenemos una antena de polarización circular mediante este método de de excitación por dos de sus lados contiguos. En la Figura 5.9, podemos ver las dimensiones de esta antena. Las características mas relevantes son un acceso a la antena más ancho, debido a que tenemos mayor grosor de sustrato, siendo este a su vez más corto, debido a que al tener dos accesos, si estos dos son de la mitad de la dimensión del lado de la antena, la antena deja de funcionar.

Figura 5.9. Dimensiones antena polarización circular con plano de masa finito.

Esta antena, como podemos ver en la Figura 5.10, tiene una adaptación de 25,375 dB a una frecuencia central de 866,2, por lo tanto buena adaptación a la frecuencia de trabajo deseada. Una eficiencia del 73% con ganancia de 5 dB y una relación axial de 4,894 dB; por lo tanto, podemos considerar que la antena cumple los requisitos necesarios y pasar a diseñarla con plano de masa finito.


46

-a-

-b-

-c- -d-


5.2.2. Antena con Plano de Masa Finito

Tal y como ha sucedido en la antena recortada, estos resultados que nos ofrece la simulación de ADS, no son del todo correctos. Es imposible la fabricación de una antena con plano de masa infinito, y este nos cambiara sutilmente algunas de las características de la antena. Por lo tanto a continuación estudiaremos los detalles de este tipo de antena pero añadiéndole un plano de masa finito.

Añadiendo un plano de masa finito a esta antena y referenciando los puertos como anteriormente hemos mencionando, obtenemos una antena muy similar a la anterior pero como nos ha ocurrido en el capítulo 4, debemos realizar unos pequeños ajustes con fin de conseguir optimizarla.

En la Figura 5.11, -podemos observar las dimensiones de la antena de polarización circular por el método de doble acceso, con plano de masa finito. Esta es un poco más grande de área que la antena con plano de masa finito, pero como podemos ver, la longitud del acceso es algo inferior.

Se puede observar también en esta figura, que no excitamos la antena exactamente por el centro. Esto se debe a que de esta forma conseguimos una mejor relación axial y más plana en todo el eje horizontal delantero al parche.


47

Figura 5.11. Dimensiones antena polarización circular con plano de masa finito.

En el Anexo C, Tabla C.2, pueden observarse las pruebas realizadas para llegar a esta antena la cual es la que nos ofrece mayor optimización.

Los resultados que nos ofrece esta antena, -podemos verlos en la Figura 5.12. En estos, se puede observar una frecuencia central de 867,2 MHz con una adaptación muy buena de -35,39 dB. La relación axial que nos ofrece esta antena es de 4,534 dB muy plana, como hemos comentado anteriormente, esto es debido al desplazamiento de la alimentación. Y una ganancia de 5,428 dB.

Podemos observar también, que de la misma manera que en la simulación de la otra antena, tenemos unos ceros en ±90, debido a la forma de resolver el problema que tiene el programa, que realiza una aproximación, pero que no debemos tener en cuenta ya estos son los puntos donde la antena emite menor radiación.

-a- -b-


48

-c-

-d-


La Figura 5.13 nos muestra un diagrama de radiación de esta antena en 3D, donde los colores más cálidos representan las zonas de mayor radiación.

Figura 5.13. Diagrama de radiación 3D


49

5.2.3. Antena Fabricada

Realizando el mismo procedimiento que para la antena de polarización circular tipo 1, llevaremos a cabo el estudio en el laboratorio del comportamiento real de esta antena.

La primera prueba que realizaremos para comprobar el comportamiento de la antena, es el estudio de cada uno de los puertos de la antena de forma separada, para comprobar que los dos están bien adaptados. Para ello, cuando estemos realizando los cálculos para un puerto, el otro deberá estar conectado a una carga de 50 Ω.

En la Figura 5.14, podemos observar como las gráficas de adaptación de los dos puertos son prácticamente idénticas, con una adaptación de 15,62 dB, lo que nos indica que los dos puertos funcionan igual pero estos están a una frecuencia de 915 MHz.

Figura 5.14. Gráfica S11 de los puertos por separado.

Para comprobar el correcto funcionamiento de la antena, pasaremos a montar la estructura completa con el hibrido. Para ello, conectaremos la antena y el hibrido 90º tal y como muestra la Figura 5.15.

Figura 5.15. Montaje de hibrido y antena de dos accesos.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 109

-25

-20

-15

-10

-5

0

Frecuencia (Hz)

S11

(dB

)

X: 9.154e+008Y: -15.62


50

Lo que hemos hecho, es conectar las salidas 2 y 3 del hibrido a los puertos de la antena. Estas salidas 2 y 3 son las que nos proporcionan el desfase de 90º. Los otros dos puertos del hibrido, 1 y 4, uno será la alimentación del hibrido y el otro deberemos acabarlo con una carga de 50 Ω, tal y como hemos realizado en el resto de pruebas cuando teníamos un puerto libre.

Como podemos observar en la Figura 5.16, en esta antena también tenemos un desajuste en de frecuencia. En el caso de la antena fabricada, esta frecuencia la tenemos centrada a 895 MHz, lo cual nos indica que debemos realizar el diseño de la antena para una frecuencia 28 MHz menor. En cuanto a la adaptación, la antena real nos ofrece una mejor adaptación que la simulación de hibrido más antena, (30,077 dB). Para un mejor ajuste de la frecuencia, igual que en el caso de la antena Tipo 1, deberemos realizar un parche de dimensiones algo más pequeñas para bajar la frecuencia de trabajo. Las diferencias entre medida y simulación (picos de adaptación) son debidas a que se han utilizado dos cables para conectar la antena al hibrido. En líneas generales se observa un comportamiento similar medida-simulación.

Figura 5.16. Diferencias entre simulación y antena real (antena mas hibrido)

Para realizar el cálculo de la relación axial de la antena, recurriremos al mismo montaje que para el cálculo de la relación axial de la antena recortada (Figura 5.17). Las medidas se presentan para una distancia entre parche y dipolo de 50 cm.

Figura 5.17. Montaje medición relación axial.


51

Podemos observar en la Figura 5.18, la escasa diferencia que obtenemos entre posición horizontal y vertical del dipolo, unos 0,2 dB, con lo que podemos decir que tenemos una relación axial optima.

Figura 5.18. Coeficiente reflexión entre dipolo y antena.

Debemos hacer mención, que para una simulación exacta, deberíamos realizar estas mediciones en una cámara anecoica.

5.2.4. Modificaciones Antena

Podemos considerar buenos los resultados obtenidos con esta antena, pero con intención de perfeccionarla realizamos las modificaciones necesarias para centrar la antena a la frecuencia de 867 MHz.

Para la realización de estas modificaciones, tal y como hemos hecho con el modelo de antena anterior, calculamos el porcentaje de diferencia entre las frecuencias obtenidas por la simulación Momentum, 867MHz, y la frecuencia de trabajo de la antena fabricada, 895 MHz, para realizar nuevas simulaciones a la frecuencia obtenida. Este porcentaje lo calcularemos mediante una regla de tres (4.2) tal y como hemos hecho anteriormente.

867 867895 839

(4.2)

5 6 7 8 9 10 11 12 13

x 108

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

X: 9.055e+008Y: -20.6

X: 9.055e+008Y: -20.81

Frecuencia (Hz)

S21

(dB

)


52

5.2.5. Reajuste de la Antena Mediante ADS

Mediante el cálculo realizado en el apartado anterior, obtenemos la desviación que ha sufrido nuestro diseño de antena con la medición real de esta. A continuación realizaremos nuevas simulaciones con el programa Momentum para obtener una nueva antena, centrada esta vez a 839 MHz.

Para realizar esta modificación, tendremos en cuenta el buen funcionamiento de ésta por lo que únicamente necesitaremos aumentar el tamaño del parche para obtener una antena que trabaje a una frecuencia inferior.

Realizando nuevas simulaciones, donde podemos ver los resultados obtenidos de estas en Anexo C, Tabla C.3, obtenemos una antena de las medidas de la Figura 5.19.

Figura 5.19. Dimensiones antena polarización circular con plano de masa finito modificada.

Esta nueva antena, nos aporta unos parámetros similares a la antena que ya habíamos diseñado anteriormente, con una adaptación de 49,148 dB y una relación axial de 6,3 dB, pero esta vez centrada a menor frecuencia, 839 MHz. En la Figura 5.20, podemos las características de esta antena que a continuación compararemos con las medidas reales de esta.


53

-a- -b-

-c- -d-


5.2.6. Antena Rediseñada Fabricada

Con la nueva antena fabricada, realizamos en el laboratorio las medidas que esta nos proporciona para compararlas con la simulación, y comprobar así el funcionamiento de ésta.

En la Figura 5.21, comprobamos que los dos accesos de la antena funcionan de una forma similar, con adaptación de 17,85 dB a una frecuencia de 875 MHz.

Figura 5.21. Gráfica S11 de los puertos por separado.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 109

-25

-20

-15

-10

-5

0

Frecuencia (Hz)

S11

(dB

)

X: 8.756e+008Y: -17.85


54

Para comprobar el funcionamiento de la antena con el hibrido, conectamos a los puertos de la antena, las salidas 2 y 3 del hibrido, estas salidas son las que nos proporcionan el desfasaje de 90º. Los otros dos puertos del hibrido, 1 y 4, uno será la alimentación del hibrido y el otro debemos acabarlo con una carga de 50 Ω, de igual forma que en la simulación anterior.

En la Figura 5.22 se presenta una comparación entre la medida de la antena y su simulación.

Figura 5.22. Comparación entre simulación y antena real (antena mas hibrido)

En cuanto a la relación axial que nos ofrece esta antena, en la Figura 5.23 podemos observar que ésta continua teniendo una buena relación axial. Comprobando la transmisión entre antena y dipolo (vertical y horizontal) a una distancia de 50 cm, la es de 2,9 dB, lo que nos indica un buen comportamiento de la antena tanto en el plano horizontal como en el vertical. Se debe recordar que para que los valores de estas mediciones fueran exactos, deberíamos efectuar estas mediciones en una cámara anecoica.

Figura 5.18. Coeficiente reflexión entre dipolo y antena.

5 6 7 8 9 10 11 12 13

x 108

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20X: 8.756e+008

Y: -22.31

Frecuencia (Hz)

S21

(dB

)

X: 8.856e+008Y: -25.23


55

5.3. Referencias

[5-1] D.M. Pozar, “Microwave Engineering”, 2nd Ed. Wiley,1998.


56


El tercer tipo de antena con polarización circular consiste en un parche donde tendremos una superficie con dos de sus esquinas opuestas recortadas, de la misma manera que en la primera antena de polarización circular que hemos estudiado [6-1].

La diferencia es que esta vez, excitaremos la antena desde una capa inferior. Por lo tanto, esta antena constara de 3 capas de sustrato.

‐ Capa superior; Parche que nos producirá que la antena trabaje a una frecuencia u otra.

‐ Capa intermedia; Excitación de la antena. Esta se producirá mediante la alimentación de una línea de transmisión, la cual producirá la excitación de la capa superior.

‐ Capa inferior; Plano de masa de la antena.

6.1. Diseño de la Antena.

Como en los demás casos, optimizaremos la antena mediante simulaciones con el programa Momentum-ADS. Para ello, el primer paso que debemos llevar a cabo es la definición de la capa intermedia, que lo realizaremos mediante la opción del menú Momentum/Substrate/Create-Modify

Realizando pruebas de la longitud del segmento de excitación de la antena, vemos que los 40 mm son lo ideal para este. En la Figura 6.1, podemos ver como varia la adaptación dependiendo de esta longitud.

Figura 6.1. Adaptación según longitud de línea de excitación.

‐30

‐25

‐20

‐15

‐10

‐5

0

10 20 30 40 50 60

Ada

ptacion dB

longitud linea excitación


57

En cuanto al grosor de la línea de excitación de la antena, podemos ver en la Figura 6.2 como a 1 mm obtenemos el resultado mas optimo.

Figura 6.2. Adaptación según la anchura de la línea de excitación.

Por último, comprobamos que a mayor plano de masa que le añadimos a la antena, obtenemos peor adaptación, de manera que el diseño optimo para esta antena, es un plano de masa de las mismas dimensiones que el parche de la capa superior que es el que hace la función de antena. En la Figura 6.3, podemos ver como a mayor plano de masa, vamos perdiendo adaptación en la antena.

Figura 6.3. Adaptación según área del plano de masa.

‐30

‐25

‐20

‐15

‐10

‐5

0

0,5 1 2 5 10

Ada

ptacion dB

ancho linea excitación

‐30

‐25

‐20

‐15

‐10

‐5

0

justo + 10 mm + 20 mm + 30 mm

Ada

ptación dB

Area plano de masa


58

Tomadas estas referencias, con una excitación en la capa intermedia de 1 mm de ancho por 40 mm de largo y con un plano de masa con las mismas dimensiones a la capa superior, realizamos la optimización de esta antena para obtener una antena a frecuencia 867 MHz. En la Figura 6.4 se pueden observar las dimensiones de esta antena.

Figura 6.4. Dimensiones antena polarización circular tipo 3.

En el Anexo D, Tabla D.1 veremos todas las simulaciones y los valores obtenidos en estas hasta llegar al resultado más óptimo para este tipo de antena, que es el mostrado en la Figura 6.4

Como podemos ver en la Figura 6.5, las simulaciones de esta antena nos proporcionan unas buenas características de antena, 26,516 dB de adaptación a 866,7 MHz con una relación axial de 7,105 dB. Por el contrario, la ganancia directividad que nos ofrece es algo inferior que las demás antenas, 3,118 dB. Como podemos ver, estas simulaciones nos dan un cero en el plano horizontal de la antena de la misma manera que nos ocurría en los otros dos tipos de antena.

-a- -b-


59

-c- -d-


6.2. Antena Fabricada

Con la antena fabricada (Figura 6.6) realizaremos las mediciones para comprobar las prestaciones de ésta en el laboratorio.


Conectando la antena al analizador de redes de igual manera que para los otros tipos de antena, mediremos la adaptación.

En la Figura 6.7, podemos observar como el comportamiento real de esta antena es muy distinto. No podemos considerar como buena esta antena debido a su poca adaptación.


60

Figura 6.7. Diferencias entre simulación y antena real

Esta gran diferencia entre la simulación y la antena es debida a las limitaciones del programa. Como comentamos anteriormente, este programa realiza las simulaciones en 2,5D, y en este tipo de antena, al tener tres capas diferentes a tener en cuenta en los cálculos, el programa realiza unas simulaciones que no tienen a que ver con la realidad y es claramente una limitación, que sugiere que esta topología debería simularse con un simulador 3D.

6.3. Referencias

[6-1] Computer Simulation Technology, “Design of Circularly-Polarized Patch Antennas”, 2007.

Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID Conclusiones y Líneas Futuras

61

7. Conclusiones y Líneas Futuras

Finalizado el estudio del presente proyecto, podemos llegar a las siguientes conclusiones:

Las antenas parche de polarización circular obtenidas presentan diferentes comportamientos reales. Los cuales, son satisfactorios en las antenas tipo 1 y 2 pero no en la antena tipo 3.

La antena tipo 1, nos proporciona una buena adaptación y consiguiendo con ella una buena relación axial. Los resultados entre las simulaciones realizadas mediante el programa Momentum y las mediciones de la antena real son bastante parecidas exceptuando que estas difieren en la frecuencia central de trabajo. Estas diferencias podrían ser causadas por la superposición de sustratos que hemos realizado para aumentar el ancho de banda de la antena. Deberíamos estudiar el comportamiento de una antena similar a la diseñada pero con un único sustrato (no disponible) con el cual no nos cambiaria la permitividad y la relación simulación medición real seria más cercana. Los resultados son satisfactorios, pero no olvidemos que estas mediciones de antena deberían realizarse en una cámara anecoica para evitar todo tipo de rebotes que sufren las señales en una sala no aislada.

La antena tipo 2, proporciona también unos resultados satisfactorios, produciendo de la misma forma que la antena tipo 1 desplazamiento en frecuencia.

La antena tipo 3, nos proporciona unos resultados que no son validos. La simulación de Momentum y los resultados de las mediciones de la antena real son completamente diferentes. Esto podría ser debido a las limitaciones del programa de simulación, que como se ha comentado al inicio del proyecto, este es un programa que realiza simulaciones en 2,5D, y este tipo de antena podría verse afectado en estas simulaciones debido a la incorporación de una nueva capa de sustrato con respecto a los otros dos tipos. Para confirmar que se trata de un error de simulación, deberíamos realizar la simulación de la antena con un programa que nos ofrezca mayor precisión en sus simulaciones, siendo estas de 3D.

Las futuras vías de investigación posibles en este proyecto podrían ir encaminadas en sustratos compactos, sin superposición, y realizando los diseños mediante un programa que nos proporcione simulaciones más precisas.

Quedando abierta la posibilidad juntar dos de estas antenas para estudiar el comportamiento que tienen en cuanto a acoplamiento entre ellas y las diferentes soluciones que se podrían adoptar para reducir este acoplamiento.

Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID Anexos

62

8. Anexos

A- Simulaciones Antena Polarización Lineal.

Tabla A.1

LAYOU

T W L W1 W2 W3 S1 S2 L FREC S(1,1) GANANCIA DIRECTIVIDAD EFICIENCIA

A_1 80 75 39 1 39 1 1 5 867 -3,12 4,518 6,121 69,132

A_2 80 70 39 1 39 1 1 10 867 -3,99 4,492 6,122 68,711

A_3 80 65 39 1 39 1 1 15 867 -5,37 4,474 6,123 68,408

A_4 80 60 39 1 39 1 1 20 867 -7,81 4,419 6,122 67,556

A_5 80 55 39 1 39 1 1 25 867 -11 4,361 6,123 66,652

A_6 80 55 39 0,9 39 1 1 25 867 -11 4,352 6,123 66,514

A_7 80 50 39 1 39 1 1 30 864 -36,3 4,394 6,124 67,152

A_8 80 45 39 1 39 1 1 35 863 -9,79

A_9 80 49 39 1 39 1 1 31 864 -22,7

80 51 39 1 39 1 1 29 864 -22,1

A_11 80 50 35 1 35 5 5 30 869 -5,91

A_12 80 50 37 1 37 2,5 2,5 30 866 -12,5

A_13 80 50 38 1 38 1,5 1,5 30 864 -19,1

A_14 80 50 39 1 39 0,8 0,8 30 864 -29,3

A_15 81 51 39 1 39 1 1 30 859 -33,7

A_16 80 50 38 1 38 1 1 30 870 -29,6

A_17 80 50 38 1 38 1 1 30 870 -14,7

A_18 80 50 38 1 38 1 1 30 867 -20,3 4,344 6,124 66,377

A_19 80 53 38 1 38 1 1 27 867 -16

A_20 80 49 38 1 38 1 1 31 867 -14,8

A_21 80 51 38 1 38 1 1 29 867 -28,1 4,363 6,123 66,68

A_22 80 52 38 1 38 1 1 28 867 -20,5

A_23 80 51 38 1 38 1 1 29 867 -27,6

A_24 80 51 38 1 38 1 1 29 867 -28,6 4,362 6,124 66,661

A_25 80 51 38 1 38 1 1 29 867 -28,4

A_26 80 51 38 1 38 1 1 29 867 -28,3

Tabla A.1. Simulaciones para antena de polarización lineal.


63

Tabla A.2

Substrato 1,6 mm

Substrato 3,2 mm

Substrato 4,8 mm

Substrato 6,4 mm

Substrato 8 mm

Tabla A.2. Anchos de banda de antena polarización lineal según el grosor del sustrato.


64

Tabla A.3

LAYOU


A_30 80 51 38 1 38 1 1 29 861 -29,7 4,992 6,211 75,53

A_31 80 51 38 1 38 1 1 29 865 -29,4

A_32 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -19,4 5,174 6,209 78,799

A_33 79 49 38 1 38 1 1 30 867 -20,2

A_34 79 48 38 1 38 1 1 31 867 -17,2

A_35 79 50 38 1 38 1 1 30 867 -23,8

A_36 79 50 38 1 38 1 1 29 868 -25,6

A_37 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -24,3

A_38 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -26,6 5,142 6,209 78,23

Tabla A.3. Simulaciones para sustrato 3,2 mm

Tabla A.4

LAYOU


A_40 79 50 38 1 38 1 1 29 861 -20,7 5,185 6,297 77,424

A_41 79 50 38 1 38 1 1 29 864 -20,3

A_42 79 50 38 1 38 1 1 29 866 -19,8

A_43 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -19,6 5,373 6,295 80,869

A_44 79 49 38 1 38 1 1 30 867 -18,1

A_45 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -20

A_46 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -20,4

A_47 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -20,7

A_48 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -21

A_49 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -21,3

A_50 79 50 38 1 38 1 1 29 867 -21,5

A_51 79 50 38 1 38 1 1 28 867 -21,8

A_52 79 50 38 1 38 1 1 28 867 -21,9

A_53 79 51 38 1 38 1 1 28 867 -22

A_54 79 51 38 1 38 1 1 28 867 -22

A_55 79 51 38 1 38 1 1 28 867 -22 5,401 6,295 81,387



65

Tabla A.5

LAYOU


A_60 79 51 38 1 38 1 1 28 862 -19,1

A_61 78 50 38 1 38 1 1 28 867 -18,4 5,494 6,379 81,563

A_62 78 51 38 1 38 1 1 28 867 -21

A_63 78 51 38 1 38 1 1 27 867 -21,8

A_64 78 51 38 1 38 1 1 27 867 -22,6 5,529 6,379 82,228


Tabla A.6

LAYOU


A_70 78 51 38 1 38 1 1 27 860,9 -

18,5 6,442 94,113

A_71 78 51 37 1 37 1 1 27 867,4 -

17,5

A_72 78 52 37 1 37 1 1 26 868,5 -

20,8

A_73 78 52 37 1 37 1 1 26 869,6 -21

A_74 78 52 37 1 37 1 1 26 869,6 -

21,5

A_75 78 52 37 1 37 1 1 26 869,6 -

22,1

A_76 78 52 37 1 37 1 1 26 869,6 -

22,5

A_77 78 52 37 1 37 1 1 26 869.3 -23

A_78 78 52 37 1 37 1 1 26 868,7 -

22,8

A_79 78 52 37 1 37 1 1 26 867,6 -

24,2

A_80 78 52 37 1 37 1 1 26 867,6 -

24,3 5,61 6,462 82,177

Tabla A.6. Simulaciones para sustrato 8 mm


66

B- Simulaciones Antena Polarización Circular para Antena Tipo 1

Tabla B.1

Tabla B.1. Simulaciones para antena de polarización circular Tipo 1 con plano de masa infinito.

LAYOUT ANCHO REC W L W1 W2 W3 S1 S2 L W L X1 Y2 FREC S(1,1) R A

AR2_1 80 1,5 80 30 37,8 1 37,8 1 1 25 78,5 25 23,5 1,5 855,7 -32,9

AR2_2 80 3 80 30 37 1 37 1 1 25 77 25 22 3 856,8 -31,58

AR2_3 80 5 80 30 36 1 36 1 1 25 75 25 20 5 858,9 -35,76

AR2_4 80 10 80 30 33,5 1 33,5 1 1 25 70 25 15 10 868,8 -28,48

AR2_5 80 9 80 30 34 1 34 1 1 25 71 25 16 9 866,7 -30,57 42,997

AR2_10 80 9 80 30 35 1 35 0 0 25 71 25 16 9 849 -8,367

AR2_11 80 15 80 30 32 1 32 0 0 25 65 25 10 15 858,3 -8,968

AR2_12 80 20 80 30 29,5 1 29,5 0 0 25 60 25 5 20 34,4 / 856,8

AR2_20 78 5 78 28 36 1 36 0 0 25 73 25 20 5 861 -3,094

AR2_21 78 10 78 28 33,5 1 33,5 0 0 25 68 25 15 10 873,3 -11,04

AR2_22 78 7 78 28 35 1 35 0 0 25 71 25 18 7 864,6 -4,503

AR2_30 75 5 75 25 34,5 1 34,5 0 0 25 70 25 20 5 923,4

AR2_31 75 10 75 25 32 1 32 0 0 25 65 25 15 10 907,8 -13,62

AR2_32 75 15 75 25 29,5 1 29,5 0 0 25 60 25 10 15 916 / 958

AR2_40 78 5 78 28 36 1 36 0 0 25 73 25 20 5 888 -2,989

AR2_41 78 10 78 28 33,5 1 33,5 0 0 25 68 25 15 10 872,9 -12,6

AR2_42 78 15 78 28 31 1 31 0 0 25 63 25 10 15 82,3 / 915,6

AR2_43 78 13 78 28 32 1 32 0 0 25 65 25 12 13 879,5 -15,64

AR2_44 78,5 13 78,5 29 32,3 1 32,3 0 0 25 65,5 25 12 13 874 -15,88

AR2_45 79 13 79 29 32,5 1 32,5 0 0 25 66 25 12 13 868,4 -16,15 10,36

AR2_46 79 14 79 29 32 1 32 0 0 25 65 25 11 14 870,3 -11,59

AR2_47 79 12 79 29 33 1 33 0 0 25 67 25 13 12 866,4 -30 8,938


67

Tabla B.2

Tabla B.2. Simulaciones para antena de polarización circular Tipo 1 con plano de masa finito.

LAYOUT ANCHO REC W L W1 W2 W3 S1 S2 L W L X1 Y2 FREC S(1,1) R A

AR2_50 79 12 79 29 33 1 33 0 0 25 67 25 13 12 882,1 -17,42 8,938

AR2_51 81 12 81 31 34 1 34 0 0 25 69 25 13 12 853,5 -19,36

AR2_52 80 12 80 30 33,5 1 33,5 0 0 25 68 25 13 12 864,5 -15,58

AR2_53 80 13 80 30 33 1 33 0 0 25 67 25 12 13 868,4 -9,207

AR2_54 80 11 80 30 34 1 34 0 0 25 69 25 14 11 861,3 -63,9

AR2_55 79 11 79 29 33,5 1 33,5 0 0 25 68 25 14 11 878,5 -33,29

AR2_56 79,5 11 79,5 30 33,8 1 33,8 0 0 25 68,5 25 14 11 873,1 -34,1

AR2_57 79,8 11 79,8 30 33,9 1 33,9 0 0 25 68,8 25 14 11 870,1 -30,36

AR2_58 80 11,5 80 30 33,8 1 33,8 0 0 25 68,5 25 13,5 12 862,6 -22,44

AR2_59 80 11,7 80 30 33,7 1 33,7 0 0 25 68,3 25 13,3 12 863,2 -19,38

AR2_60 80 12 80 30 33,5 1 33,5 0 0 25 68 25 13 12 860,1 -24,61

AR2_61 79 12 79 29 33 1 33 0 0 25 67 25 13 12 871,9 -26,79

AR2_62 78 11 78 28 33 1 33 0 0 25 67 25 14 11 878,1 -18,13

AR2_63 78 10 78 28 33,5 1 33,5 0 0 25 68 25 15 10 874,7 -26,53

AR2_64 78 9 78 28 34 1 34 0 0 25 69 25 16 9 872,9 -13,85

AR2_65 77 10 77 27 33 1 33 0 0 25 67 25 15 10 885,7 -35,36

AR2_66 79,5 11 79,5 30 33,8 1 33,8 0 0 25 68,5 25 14 11 860,4 -28,04

AR2_67 79 11 79 29 33,5 1 33,5 0 0 25 68 25 14 11 865,6 -25,17 8,053

AR2_68 79 11,2 79 29 33,4 1 33,4 0 0 25 67,8 25 13,8 11 868,3 -22,31

AR2_69 79 11,1 79 29 33,5 1 33,5 0 0 25 67,9 25 13,9 11 865,6 -23,03

AR2_80 79 11 79 29 33,5 1 33,5 0 0 25 68 25 14 11 73,3 / 900

AR2_81 79 10 79 29 34 1 34 0 0 25 69 25 15 10 72,6 / 897,6

AR2_82 80 11 80 30 34 1 34 0 0 25 69 25 14 11

AR2_83 80 12 80 30 33,5 1 33,5 0 0 25 68 25 13 12

AR2_84 80 10 80 30 34,5 1 34,5 0 0 25 70 25 15 10

AR2_85 79 9 79 29 34,5 1 34,5 0 0 25 70 25 16 9


68

Tabla B.3

LAYOUT ANCHO RECORTE FRECUENCIA S(1,1) RATIO AXIAL

MOD_REC_1 85 12 814,6 ‐44,772

MOD_REC_2 90 12

MOD_REC_3

MOD_REC_4

MOD_REC_5

MOD_REC_6

MOD_REC_7

MOD_REC_8

MOD_REC_9

MOD_REC_10

MOD_REC_11 90 12 762,3 ‐19,491

MOD_REC_12 85 12 809,4 ‐26,562

MOD_REC_13 87 12 788,3 ‐30,512

MOD_REC_14 86 12 800,3 ‐36,026 6,488

MOD_REC_15 86 13 800 ‐16,923

MOD_REC_16 86,5 12 793,1 ‐35,071 7,78

MOD_REC_17 86,5 12 791,7 ‐27,625 8,065

MOD_REC_18 86,5 12 794,4 ‐49,731 7,453

86,3 12

Tabla B.3. Simulaciones para antena de polarización circular Tipo 1 modificada


69

C- Simulaciones Antena Polarización Circular para Antena Tipo 2

Tabla C.1

LAYOUT W L W1.1 W2 .1 W3 .1 S1.1 S2 .1 L.1 W1.2 W2 .2 W3 .2 S1.2 S2 .2 L.2 FRECUENCIA S(1,1) RATIO AXIAL

A2P_1 60 60 38,5 1 38,5 1 1 20 38,5 1 38,5 1 1 20 778,5 -17,843

A2P_2 50 50 33,5 1 33,5 1 1 20 33,5 1 33,5 1 1 20 847,9/887,8

A2P_3 55 55 33,5 1 33,5 1 1 15 33,5 1 33,5 1 1 15 912,5 -10,216

A2P_4 50 50 31 1 31 1 1 15 31 1 31 1 1 15 974,3

A2P_5 60 60 36 1 36 1 1 15 36 1 36 1 1 15 865,1 -7,688

A2P_6 59 59 35,5 1 35,5 1 1 15 35,5 1 35,5 1 1 15 875

A2P_7 59,8 59,8 35,9 1 35,9 1 1 15 35,9 1 35,9 1 1 15 867 -7,744 9,031

A2P_8 54,8 54,8 35,9 1 35,9 1 1 20 35,9 1 35,9 1 1 20

A2P_9 58,8 58,8 35,9 1 35,9 1 1 16 35,9 1 35,9 1 1 16 859 -9,54

A2P_10 60,8 60,8 35,9 1 35,9 1 1 14 35,9 1 35,9 1 1 14 875,3 -6,917

A2P_11 57 57 36 1 36 1 1 18 36 1 36 1 1 18 843,8 -41,021 6,941

A2P_12 56,8 56,8 35,9 1 35,9 1 1 18 35,9 1 35,9 1 1 18 845,8 -37,602

A2P_13 56 56 35,5 1 35,5 1 1 18 35,5 1 35,5 1 1 18 852,5 -27,717

A2P_14 55,5 55,5 35 1 35 1 1 18 35 1 35 1 1 18 867,4 -33,18 7,448

A2P_15 55,3 55,3 35 1 35 1 1 18 35 1 35 1 1 18 864,6 -31,652

A2P_16 55,4 55,4 35 1 35 1 1 18 35 1 35 1 1 18 866 -42,047 7,004

A2P_17 55,4 55,4 34,5 1 34,5 1,5 1,5 18 34,5 1 34,5 2 1,5 18 850,2 7,93

A2P_20 65 65 34,5 2 34,5 2 2 10 34,5 2 34,5 2 2 10 891 -4,342 0,723

A2P_21 65 65 35 3 35 1 1 10 35 3 35 1 1 10 894,4 -3,465 1,076

A2P_22 60 60 35 3 35 1 1 15 35 3 35 1 1 15 863,9 -4,957 12,642

A2P_23 63 63 35 3 35 1 1 12 35 3 35 1 1 12 885,4 -3,589 2,619

A2P_24 63 63 33 3 33 3 3 12 33 3 33 3 3 12 879,6 -3,89 15,785

A2P_25 -10 -10 -1 -1 1 1 10 -1 -1 1 1 10

A2P_30 55,5 55,5 34,5 2 34,5 1 1 18 34,5 2 34,5 1 1 18 861,1 -18,241 8,635

A2P_31 56 56 33,5 2 33,5 2 2 17 33,5 2 33,5 2 2 17 855,8 -42,507 5,666

A2P_32 56 56 32,5 2 32,5 3 3 17 32,5 2 32,5 3 3 17 853 -25,282 9,566

A2P_33 56 56 32 3 32 3 3 17 32 3 32 3 3 17

A2P_34 56 56 33 1 33 3 3 17 33 1 33 3 3 17

A2P_35 -10 -10 -1 -1 1 1 10 -1 -1 1 1 10

A2P_36 -10 -10 -1 -1 1 1 10 -1 -1 1 1 10

A2P_37 -10 -10 -1 -1 1 1 10 -1 -1 1 1 10

A2P_40 57 57 34 2 34 2 2 17 34 2 34 2 2 17 847 -30,666

A2P_41 57 57 34,8 2 34,8 1,5 1,5 17 34,8 2 34,8 2 1,5 17 852,8 -19,089

A2P_42 58 58 34,5 2 34,5 2 2 17 34,5 2 34,5 2 2 17 838,2 -23,772

A2P_43 55 55 33 2 33 2 2 17 33 2 33 2 2 17 863,5 -29,67

A2P_44 54,5 54,5 32,8 2 32,8 2 2 17 32,8 2 32,8 2 2 17 857,6/880,6

A2P_45 54,8 54,8 32,9 2 32,9 2 2 17 32,9 2 32,9 2 2 17 865,3 -28,055

A2P_46 54,8 54,8 33,4 2 33,4 1,5 1,5 17 33,4 2 33,4 2 1,5 17 873,1 -19,883

A2P_47 55 55 33,5 2 33,5 1,5 1,5 17 33,5 2 33,5 2 1,5 17 871,3 -19,125

A2P_48 55,5 55,5 33,8 2 33,8 1,5 1,5 17 33,8 2 33,8 2 1,5 17 866,2 -18,234

A2P_49 56 56 33,8 2 33,8 1,5 1,5 17 33,8 2 33,8 2 1,5 17 871,3 -13,934

A2P_50 55,5 55,5 33,5 2 33,5 1,5 1,5 17 33,5 2 33,5 2 1,5 17 876 -13,859

A2P_51 54,5 54,5 33,5 2 33,5 1,5 1,5 18 33,5 2 33,5 2 1,5 18 852,7/875,9

A2P_52 55 55 33,8 2 33,8 1,5 1,5 18 33,8 2 33,8 2 1,5 18 860,8 -30,265 4,875

A2P_53 55 55 34,3 2 34,3 1 1 18 34,3 2 34,3 1 1 18 867,5 -13,86

A2P_54 55,5 55,5 34,3 2 34,3 1 1 17 34,3 2 34,3 1 1 17 872,2 -10,959


70

Tabla C.1. Simulaciones para antena de polarización circular Tipo 2 con plano de masa infinito.

Tabla C.2

Tabla C.2. Simulaciones para antena de polarización circular Tipo 2 con plano de masa finito.

Tabla C.3

LAYOUT ANCHO ENDIDURA FRECUENCIA S(1,1) RATIO AXIAL

MOD_2A_1 79,2 14,2 826 ‐21,93 MOD_2A_2 76,7 14,2 850,3 ‐29,986 MOD_2A_3 77,95 14,2 838,4 ‐26,48 7,33 MOD_2A_4 78 14,5 838,1 ‐24,379 7,565 MOD_2A_5 77,7 14,5 835,8 ‐25,185 MOD_2A_6 77,5 14,5 839,6 ‐49,148 6,341 MOD_2A_7 838,8 ‐35,929 5,906

Tabla C.3. Simulaciones para antena de polarización circular Tipo 2 modificada.

A2P_55 55,3 55,3 33,9 2 33,9 1,5 1,5 18 33,9 2 33,9 2 1,5 18 858,3 -27,633

A2P_56 54,8 54,8 33,7 2 33,7 1,5 1,5 18 33,7 2 33,7 2 1,5 18 862 -44,605

A2P_57 54,9 54,9 33,7 2 33,7 1,5 1,5 18 33,7 2 33,7 2 1,5 18 861,8 -31,359

A2P_58 54,7 54,7 33,6 2 33,6 1,5 1,5 18 33,6 2 33,6 2 1,5 18 859,7/875

A2P_59 55,2 55,2 33,6 2 33,6 1,5 1,5 17 33,6 2 33,6 2 1,5 17 869,1 -18,608

A2P_60 55,3 55,3 33,7 2 33,7 1,5 1,5 17 33,7 2 33,7 2 1,5 17 868,4 -18,373

A2P_61 55,2 55,2 33,7 2 33,7 1,5 1,5 17 33,7 2 33,7 2 1,5 17 867,1 -20,301

A2P_62 55 55 33,6 2 33,6 1,5 1,5 17 33,6 2 33,6 2 1,5 17 865,3 -25,203

A2P_63 54,9 54,9 33,6 2 33,6 1,5 1,5 17 33,6 2 33,6 2 1,5 17 866,2 -25,37

A2P_64 54,9 54,9 33,7 2 33,7 1,4 1,4 17 33,7 2 33,7 1 1,4 17 863,9 -22,455

A2P_65 54,9 54,9 33,6 2 33,6 1,5 1,5 17 33,6 2 33,6 2 1,5 17 858,3/875

A2P_66 55 55 33,6 2 33,6 1,5 1,5 17 33,6 2 33,6 2 1,5 17 863,9 -23,485

A2P_67 54,9 54,9 33,6 2 33,6 1,5 1,5 17 33,6 2 33,6 2 1,5 17 865,3 -27,493

A2P_68 54,8 54,8 33,6 2 33,6 1,5 1,5 17 33,6 2 33,6 2 1,5 17 864,8 -29,793

A2P_69 55 55 33,6 2 33,6 1,5 1,5 17 33,6 2 33,6 2 1,5 17 865,3 -25,193

A2P_70 55 55 33,6 2 33,6 1,5 1,5 17 33,6 2 33,6 2 1,5 17 866,7 -23,919

A2P_71 55 55 32,5 3 32,5 2 2 17 32,5 3 32,5 2 2 17

LAYOUT AREA COND2 AREA W L W1 W2 W3 S1 S2 L FRECUENCIA S (1,1) DIREC RATIO AXIAL

2p_RM100 124 74 59,1 59,1 33,5 2 35,5 1,5 1,5 14,9 865,3 / 8789

2p_RM101 124 74 58,5 58,5 33,5 2 35,5 1,5 1,5 15,5 855,6 / 875

2p_RM102 124 74 58,7 58,7 33,5 2 35,5 1,5 1,5 15,3 861,1 / 877,1

2p_RM103 124 74 59 59 33,5 2 35,5 1,5 1,5 15

2p_RM104 124 74 58,9 58,9 33,5 2 35,5 1,5 1,5 15,1

2p_RM105 124 74 59,3 59,3 33,5 2 35,5 1,5 1,5 14,7 867,4 / 879,2 4,109

2p_RM106 124 74 60 60 33,5 2 35,5 1,5 1,5 14 876,6 ‐31,375

2p_RM107 124,5 74,5 60,5 60,5 33,75 2 35,75 1,5 1,5 14 872,4 ‐29,354

2p_RM108 125 75 61 61 34 2 36 1,5 1,5 14 867,9 ‐27,244

2p_RM109 125 75 60,8 60,8 34 2 36 1,5 1,5 14,2 865,6 ‐33,986

2p_RM110 124,8 74,8 60,6 60,6 33,9 2 35,9 1,5 1,5 14,2 867,2 ‐35,39 5,428 4,535


71

D- Simulaciones Antena Polarización Circular para Antena Tipo 3

ENDI DURA

LAYOUT AREA MASA ANTENA RECORTE ANCHO LARGO FRECUENCIA S(1,1) RATIO AXIAL

A3C_1 99 79 12 3 20 858,8 / 896,1 ‐4,134

A3C_2 99 79 12 3 25 858,9 /892,2 ‐7,402

A3C_3 97 77 12 3 30 879,5 ‐10,667

A3C_4 98 78 12 3 35 869,8 ‐13,067

A3C_5 98 78 12 3 40 870,5 ‐14,324

A3C_6 98 78 12 3 45 871,2 ‐11,987

A3C_7 98 78 12 2 45 869,4 ‐11,723

A3C_8 98 78 15 2 45 866,7 ‐11,017

A3C_9 99 79 20 2 45 861,8 ‐14,639

A3C_10 100 80 25 2 45 829,4 ‐19,964

A3C_11 100 80 20 2 45 838,2 ‐21,477

A3C_12 98 78 20 2 45 862,5 ‐14,508

A3C_13 98 78 21 2 45 860 ‐15,527

A3C_14 97 77 21 2 45 870,4 ‐15,79

A3C_15 97 77 21 2 40 869,4 ‐18,086

A3C_16 97 77 21 2 42 869,3 ‐17,563

A3C_17 97 77 21 2 39 868,8 ‐17,627

A3C_18 97 77 21 2 41 869 ‐17,986

A3C_19 97 77 20 2 40 872,2 ‐16,1

A3C_20 97,5 77,5 21 2 41 864,6 ‐17,605 15,483

A3C_21 97,5 77,5 21 3 41 866,1 ‐19,767 15,274

A3C_22 97,5 77,5 21 4 41 866,1 ‐18,848

A3C_23 97,5 77,5 21 3,5 41 865,9 19,929

A3C_30 107,5 77,5 21 3 41 858,3 ‐17,175

A3C_31 106,5 76,5 21 3 41 868,8 ‐17,338

A3C_32 106,5 76,5 21 3 40,5 868,8 ‐17,495

A3C_33 106,5 76,5 21 3 39

A3C_34 106,5 76,5 21 3 39,5 868,8 ‐17,147

A3C_35 106,5 76,5 21 3 40 868,4 ‐17,317

A3C_36 106,5 76,5 20 3 40 870,1 ‐17,633

A3C_37 106,5 76,5 19 3 40 870,8 ‐17,907

A3C_38 106,7 76,7 20 3 40 867,7 ‐17,94 15,167

A3C_39 106,7 76,7 20 3 40,5 867,7 ‐17,857_

A3C_40 117 77 20 3 40 870,5 ‐11,193

A3C_41 117 77 19 3 40 872,6 ‐10,6

A3C_42 118 78 20 3 40 860,1 ‐10,964

A3C_43 118 78 20 3 30 859 ‐8,959

A3C_44 118 78 20 3 35 859,4 ‐10,3

A3C_45 118 78 20 3 41 860,4 ‐10,92

A3C_46 118 78 20 3 44 861,1 ‐10,132

A3C_50 128 78 20 3 40 866,7 ‐10,44


72

ENDI DURA

LAYOUT AREA MASA ANTENA RECORTE ANCHO LARGO FRECUENCIA S (1,1) RATIO AXIAL

A3C_100 125 78 20 1 60 856,6 ‐2,37

A3C_110 125 78 20 1 30 863,2 ‐5,223

A3C_111 125 78 20 1 45 865,6 ‐6,828

A3C_112 125 78 20 1 50 865,6 ‐5,067

A3C_113 125 78 20 2 45 866,7 ‐6,523

A3C_114 125 78 20 2 35 862,2 ‐7,072

A3C_115 125 78 20 5 35 864,1 ‐7,381

A3C_116 125 78 20 20 35 864,6 ‐7,289

A3C_117 125 78 20 20 50 864,9 ‐6,718

A3C_118 125 75 15 5 35

A3C_120 JUSTO 78 18 1 50 872,6 ‐12,155

A3C_121 JUSTO 78 18 1 30 869,4 ‐13,058

A3C_122 JUSTO 78 18 1 40 871,2 ‐28,196 6,97

A3C_123 JUSTO 78 18 10 40 871,9 ‐22,351

A3C_124 JUSTO 78 18 5 40 870,8 ‐21,998

A3C_125 JUSTO 78 18 2 40 871,2 ‐27,739 6,997

A3C_126 JUSTO 78 18 0,5 40 870,8 ‐26,015 6,994

A3C_130 90 78 20 1 40 860,8 ‐12,4

A3C_131 100 78 20 1 40 860,1 ‐9,455

A3C_132 110 78 20 1 40 861,5 ‐7,961

A3C_133 70 78 20 1 40

A3C_140 JUSTO 80 18 1 40 848,6

A3C_141 JUSTO 75 18 1 40 906,3

A3C_142 JUSTO 77 18 1 40 884

A3C_143 JUSTO 78,5 18 1 40 862,2 ‐30,332

A3C_145 JUSTO 78,3 18 1 40 866,7 ‐26,516 7,105

Tabla D.1. Simulaciones para antena de polarización circular Tipo 3.

Documents

Antenas de Polarización Circular para Sistema RFIDdeeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/1594pub.pdf · Antenas de Polarización Circular para Sistema RFID ... y una mejor tasa de