Diseño de antena Leaky-Wave con escaneo frecuencial en la banda de 6 GHz a 9 GHz para sistemas Ultra-Wideband

Abstract

Las antenas de onda de fuga ("leaky-wave antennas" en su terminología anglosajona, LWAs), se caracterizan por su simplicidad a la hora de generar patrones de radiación directivos escaneados en un plano, utilizando una alimentación sencilla a modo de línea de transmisión radiante [1], [2]. Entre sus principales aplicaciones están los sistemas RADAR, habiéndose propuesto recientemente las LWAs para RADAR de bajo coste usando los dos puertos opuestos de la LWA, de forma que una única apertura común sirve para escanear dos cuadrantes angulares opuestos, que pueden ser barridos mediante escaneo por frecuencia ("frequency-beam scanning") [3]-[5]. Se reduce así el coste de la antena RADAR si lo comparamos con otras topologías de antenas más convencionales como phased-arrays o switched-beam antennas. Esta característica de las LWA que les permite reconfigurar sus diagramas de radiación simplemente por configuración del canal de frecuencia, ha hecho que las LWAs se estén usando como "smart antennas" (antenas inteligentes) de bajo coste para aplicaciones de localización en el contexto de la Internet de las Cosas (IoT) y los dispositivos móviles conectados a redes inalámbricas [6]. El grupo de investigación GEAT ha desarrollado diferentes diseños de LWA como antenas inteligentes para distintas redes inalámbricas IoT y en distintas bandas de frecuencias. En la banda de 2.4 GHz podemos encontrarlas en redes WLAN de tipo WiFi [7], [8], redes WPAN de tipo Bluetooth [9]-[11],o redes de sensores WSN de tipo Zigbee [12]. En la banda de 900 MHz podemos encontrar diseños de LWA para redes de sensores pasivos RFID [13], [14], y para sensores activos de tipo LoRA [15]. También el grupo está desarrollando recientemente antenas LWA para aplicaciones RADAR en bandas milimétricas [16], [17]. En la mayoría de los casos, se ha optado por usar la tecnología impresa usando líneas radiantes de tipo "half-width microstrip" (HWM) [18], debido a su facilidad de fabricación y montaje [6]. En este TFG, se pretende diseñar antenas LWA en tecnología HWM, sintonizadas en la banda de 6 GHz a 9 GHz para su potencial aplicación en sistemas RADAR usando la tecnología UWB (Ultra Wide Band). Es la primera vez que el grupo se enfrenta al diseño de una LWA en banda ultra-ancha con un ancho de banda percentual del 40% (3 GHz centrados en torno a 7.5 GHz), cuando en diseños anteriores para WiFi / BLE / RFID era del 3%. En este sentido, se realizarán diferentes diseños con distintos materiales de substratos impresos para entender cómo afectan al ancho de banda de escaneo, así como el uso de más o menos canales de frecuencia UWB en la banda de interés. Se intentará que los diseños de antenas UWB sean lo más compactos posibles, y que por otro lado ofrezcan haces escaneados suficientemente directivos y que cubran un campo de visión (Field of View) angular elevado, para su aplicación en comunicaciones UWB y RADAR