UNIVERSIDAD

NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

LABORATORIO DE ANTENAS

MICROCINTA CON CST

Alumno: Razón Astorga Fernando

Introducción

Una antena de parche o de microcinta (microstrip) es un tipo de antena que posee una alimentación

por medio de una microcinta y que a partir de ella genera su geometría (es plana), se compone de

tres partes: Un plano de tierra, un dieléctrico por encima de esta tierra y el elemento radiante

encima del dieléctrico. Este tipo de antenas debido a sus características son muy fáciles y baratas

de producir, sin embargo presentan desventajas en cuanto al ancho de banda y en los modos en los

que pueden trabajar, por lo que presentan eficiencias más bajas que otro tipo de antenas.

Las expresiones con las que trabajamos en el diseño de nuestra antena fueron proporcionadas por

la profesora y son las siguientes:

Gpf = 1mm

𝐹𝑖 = 10−4[0.001699𝜀𝑟7 + 0.13761𝜀𝑟

6 − 6.1783𝜀𝑟5 + 93.87𝜀𝑟

4 − 682.69𝜀𝑟3 + 2561.9𝜀𝑟

2

− 4043𝜀𝑟 ] ∗ 𝐿/2

𝐿𝑔 = 2𝐿

𝑊𝑔 = 2𝑊

Desarrollo

1. Abrimos el software CST Studio Suite en la opción de Microwave y especificamos que

haremos una antena de parche, resolviéndola en el dominio del tiempo. También ajustamos

las unidades a GHz en la frecuencia y a milímetros en las dimensiones.

2. Como diseñamos la antena a 2.4 GHz, especificamos un barrido que vaya de 1.8 a 3 GHz.

3. Hecho esto agregamos a la lista de parámetros aquellos que nos van a ser útiles en el

diseño de nuestra antena de parche, tal como se muestra en la figura.

4. Agregamos un brick que nos servirá como plano de tierra. Especificamos sus dimensiones

en las casillas correspondientes y especificamos su material, que es cobre (Copper

annealed).

5. Agregamos un nuevo brick que será nuestro dieléctrico. El material será un FR-4. Cuando lo

hayamos creado se abrirá una ventana de dialogo preguntado qué operación booleana

hacer entre las dos placas (pues se tocan en un plano), debemos responder que ninguna.

6. Agregamos un brick más para hacer parte del parche de nuestra antena.

7. Agregamos un espacio vacío que corresponde a uno de los espacios a cortar de nuestro

parche para darle forma. Cuando al darle aceptar nos pregunte qué hacer con esta figura

debemos seleccionar la opción cut away highlighted shape esto hace que la figura que

acabamos de diseñar se corte sobre el parche.

Nos debe quedar una figura de la siguiente forma:

8. Hacemos un nuevo brick que es por donde entrará la alimentación a nuestra antena y lo

unimos a nuestro parche con la función add.

9. Agregamos un puerto en la entrada de nuestra línea haciendo zoom en la parte baja de

nuestra antena y con control F seleccionamos el lugar donde queremos nuestro puerto con

la opción USER PICK en el menú Wave guide port. Nota: Es posible que no se reconozca bien

el puerto, si esto sucede se puede también cambiar el número de Meshcells como se indica

en el paso siguiente.

10. Hecho esto procedemos a simular. Si tenemos la versión de estudiante de este software

(como en mi caso) nos va a pedir que disminuyamos el número de celdas con las que

trabajamos (ya que el límite de esta versión es de 30 000) para eso nos vamos a la pestaña

inferior derecha donde dice Meshcells y en la sección de Minimum cell cambiamos a 4.3, si

tenemos la versión de paga no tiene por qué suceder nada.

Resultados

En la carpeta de S-Parameters podemos ver el comportamiento del coeficiente de reflexión de

nuestra antena, como es evidente no está optimizada a la frecuencia de 2.4GHz que se diseñó, sin

embargo es óptima a la frecuencia de 2.2259 GHz aproximadamente. Para poder optimizar esta

antena tendríamos que variar levemente sus parámetros de tamaño, pero esto es más complicado

de hacer que en las antenas de hilo por lo que no se realizó.

Podemos también ver su comportamiento en cuanto a su directividad y su patrón de radiación en

la carpeta de farfield.

Conclusiones

En esta práctica pude ver que, como en general pasa en el diseño de toda antena, es necesario

optimizarla para asegurar su funcionamiento a la frecuencia de interés, en este caso, debido a la

complejidad que supondría hacerlo, no se realizó, pero bien pudiera ser necesario para asegurar un

buen diseño de antena.

También noté que esta antena es directiva y tiene un patrón de radiación muy parecido a otros

casos en los que se modifican los tamaños de las antenas para aumentar su directividad, sin

embargo si vemos con detenimiento su patrón de radiación veremos un par de lóbulos en el corte

vertical, esto nos indica que a pesar de ser muy directiva tenemos dos direcciones de máxima

directividad en vez de uno solo (puede ser debido a que la antena no está optimizada).

Bibliografía

Pozar, M. David (2012). Microwave Engineering. 4ª Ed., John Wiley & Sons Inc., pp. 777-780