En telecomunicaciones , una antena microstrip (también conocida como antena impresa ) suele ser una antena fabricada mediante técnicas fotolitográficas en una placa de circuito impreso (PCB). [1] Es una especie de antena interna. Se utilizan principalmente en frecuencias de microondas . Una antena microstrip individual consta de un parche de lámina metálica de varias formas (una antena de parche ) en la superficie de una PCB, con un plano de tierra de lámina metálica en el otro lado de la placa. La mayoría de las antenas microstrip constan de múltiples parches en una matriz bidimensional. La antena generalmente está conectada al transmisor o receptor a través de líneas de transmisión de microcinta de aluminio . La corriente de radiofrecuencia se aplica (o en las antenas receptoras se produce la señal recibida) entre la antena y el plano de tierra. Las antenas Microstrip se han vuelto muy populares en las últimas décadas debido a su delgado perfil plano que puede incorporarse a las superficies de productos de consumo, aviones y misiles; su facilidad de fabricación mediante técnicas de circuitos impresos ; la facilidad de integrar la antena en la misma placa con el resto del circuito, y la posibilidad de añadir dispositivos activos como circuitos integrados de microondas a la propia antena para hacer antenas activas [2] Antena patch. Según su origen, microstrip consta de dos palabras, micro (muy delgada/pequeña) y se define como un tipo de antena que tiene forma de cuchilla/pieza y es muy delgada/pequeña. [3]
El tipo más común de antena microstrip se conoce comúnmente como antena de parche . También son posibles antenas que utilicen parches como elementos constitutivos de una matriz. Una antena de parche es una antena de banda estrecha y haz ancho fabricada grabando el patrón del elemento de la antena en una traza metálica unida a un sustrato dieléctrico aislante , como una placa de circuito impreso , con una capa metálica continua unida al lado opuesto del sustrato que forma un plano de tierra . Las formas comunes de antenas de microcinta son cuadradas, rectangulares, circulares y elípticas, pero es posible cualquier forma continua. Algunas antenas de parche no utilizan un sustrato dieléctrico y, en cambio, están hechas de un parche de metal montado sobre un plano de tierra utilizando espaciadores dieléctricos; la estructura resultante es menos resistente pero tiene un ancho de banda más amplio . Debido a que dichas antenas tienen un perfil muy bajo, son mecánicamente resistentes y pueden moldearse para adaptarse a la piel curva de un vehículo, a menudo se montan en el exterior de aviones y naves espaciales, o se incorporan en dispositivos móviles de comunicaciones por radio.
Las antenas Microstrip son relativamente económicas de fabricar y diseñar debido a su simple geometría física bidimensional. Generalmente se emplean en UHF y frecuencias más altas porque el tamaño de la antena está directamente relacionado con la longitud de onda en la frecuencia de resonancia . Una antena de parche único proporciona una ganancia directiva máxima de alrededor de 6 a 9 dBi . Es relativamente fácil imprimir una serie de parches en un único sustrato (grande) utilizando técnicas litográficas. Las matrices de parches pueden proporcionar ganancias mucho mayores que un solo parche con un costo adicional mínimo; La adaptación y el ajuste de fase se pueden realizar con estructuras de alimentación de microcintas impresas, nuevamente en las mismas operaciones que forman los parches radiantes. La capacidad de crear conjuntos de alta ganancia en una antena de bajo perfil es una de las razones por las que los conjuntos de parches son comunes en aviones y en otras aplicaciones militares.
Un conjunto de antenas de parche de este tipo es una manera fácil de crear un conjunto de antenas en fases con capacidad de formación de haz dinámica . [4]
Una ventaja inherente a las antenas de parche es la capacidad de tener diversidad de polarización . Las antenas de parche se pueden diseñar fácilmente para tener polarizaciones verticales, horizontales, circulares derechas (RHCP) o circulares izquierdas (LHCP), utilizando múltiples puntos de alimentación o un único punto de alimentación con estructuras de parche asimétricas. [5] Esta propiedad única permite que las antenas de parche se utilicen en muchos tipos de enlaces de comunicaciones que pueden tener requisitos variados.
La antena microstrip más comúnmente empleada es un parche rectangular que parece una línea de transmisión microstrip truncada. Tiene aproximadamente media longitud de onda. Cuando se utiliza aire como sustrato dieléctrico, la longitud de la antena microcinta rectangular es aproximadamente la mitad de una longitud de onda en el espacio libre . A medida que la antena se carga con un dieléctrico como sustrato, la longitud de la antena disminuye a medida que aumenta la constante dieléctrica relativa del sustrato. La longitud resonante de la antena es ligeramente más corta debido a los "campos marginales" eléctricos extendidos que aumentan ligeramente la longitud eléctrica de la antena. Uno de los primeros modelos de antena microstrip es una sección de línea de transmisión microstrip con cargas equivalentes en cada extremo para representar la pérdida de radiación.
La carga dieléctrica de una antena microstrip afecta tanto a su patrón de radiación como a su ancho de banda de impedancia. A medida que aumenta la constante dieléctrica del sustrato, el ancho de banda de la antena disminuye, lo que aumenta el factor Q de la antena y, por lo tanto, disminuye el ancho de banda de impedancia. Esta relación no se produjo inmediatamente cuando se usó el modelo de línea de transmisión de la antena, pero es evidente cuando se usa el modelo de cavidad que fue introducido en 1973 por Itoh y Mittra [6] . La radiación de una antena microcinta rectangular puede entenderse como un par de ranuras equivalentes. Estas ranuras actúan como una matriz y tienen la directividad más alta cuando la antena tiene un dieléctrico de aire y disminuye cuando se reemplaza por un sustrato dieléctrico con permitividad relativa creciente.
La antena microcinta rectangular de media onda tiene un plano de cortocircuito virtual a lo largo de su centro. Esto se puede reemplazar con un plano de cortocircuito físico para crear una antena microcinta de un cuarto de longitud de onda. A esto a veces se le llama medio parche. La antena solo tiene un borde de radiación (ranura equivalente) que reduce la directividad/ganancia de la antena. El ancho de banda de impedancia es ligeramente inferior al de un parche completo de media longitud de onda, ya que se ha eliminado el acoplamiento entre los bordes radiantes.
Otro tipo de antena de parche es la antena plana F invertida (PIFA). El PIFA es común en los teléfonos celulares (teléfonos móviles) como estructura incorporada. [7] [8] Estas antenas se derivan de una antena de medio parche de cuarto de onda. El plano de cortocircuito del medio parche se reduce en longitud, lo que disminuye la frecuencia de resonancia. [9] Ofrece un perfil bajo y también con propiedades SAR aceptables. Esta antena se parece a una F invertida, lo que explica el nombre de PIFA. Es popular como antena compacta con patrón omnidireccional. [10]
A menudo, las antenas PIFA tienen múltiples ramas para resonar en las distintas bandas celulares. En algunos teléfonos, se utilizan elementos parásitos conectados a tierra para mejorar las características del ancho de banda de radiación.
La antena conformal invertida plegada (FICA) [11] tiene algunas ventajas con respecto a la PIFA, porque permite una mejor reutilización del volumen.
El parche de microbanda integrado con estructura de suelo defectuosa (DGS) ha sido popular para múltiples propósitos. Esta técnica introduce un número limitado de ranuras de pequeño tamaño, denominadas "defectos" en el plano de tierra debajo del parche, y es potencialmente capaz de mejorar sus propiedades de campo lejano y cercano. Esto fue concebido e introducido en 2005 por Guha [12] para controlar las radiaciones de polarización cruzada sin involucrar ningún componente, volumen, peso o costo adicional. La técnica es lo suficientemente avanzada como para reducir las radiaciones con polarización cruzada incluso en los planos diagonales de un parche de microcinta. La técnica DGS es igualmente efectiva para reducir el acoplamiento mutuo en grandes conjuntos de microcintas y, por lo tanto, mitigar el problema de la ceguera de escaneo de los haces de radar. [13] [14] La técnica DGS resulta muy atractiva en aplicaciones aéreas.
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