Antena de resonancia dieléctrica

Una antena de resonador dieléctrico (DRA) es una antena de radio que se utiliza principalmente en frecuencias de microondas y superiores, que consta de un bloque de material cerámico de varias formas, el resonador dieléctrico , montado sobre una superficie metálica, un plano de tierra . Las ondas de radio se introducen en el interior del material del resonador desde el circuito transmisor y rebotan de un lado a otro entre las paredes del resonador, formando ondas estacionarias . Las paredes del resonador son parcialmente transparentes a las ondas de radio, lo que permite que la potencia de radio irradie al espacio. ^[1]

Una ventaja de las antenas de resonador dieléctrico es que carecen de partes metálicas, que se vuelven perdidas a altas frecuencias, disipando energía. Por lo tanto, estas antenas pueden tener menores pérdidas y ser más eficientes que las antenas metálicas a altas frecuencias de microondas y ondas milimétricas . ^[1] Las antenas de guía de ondas dieléctricas se utilizan en algunos dispositivos inalámbricos portátiles compactos y equipos de radar de ondas milimétricas militares. La antena fue propuesta por primera vez por Robert Richtmyer en 1939. ^[2] En 1982, Long et al. hicieron el primer diseño y prueba de antenas de resonador dieléctrico considerando un modelo de guía de ondas con fugas asumiendo un modelo de conductor magnético de la superficie dieléctrica. ^[3] En esa primera investigación, Long et al. exploraron el modo HEM11d en un bloque cerámico de forma cilíndrica para radiar el lado ancho. Después de tres décadas, Guha introdujo otro modo ( HEM12d ) con un patrón de lado ancho idéntico en 2012. ^[4]

Se logra un efecto similar al de una antena mediante la oscilación periódica de los electrones desde su elemento capacitivo hasta el plano de tierra, que se comporta como un inductor. Los autores argumentaron además que el funcionamiento de una antena dieléctrica se asemeja a la antena concebida por Marconi , la única diferencia es que el elemento inductivo se reemplaza por el material dieléctrico. ^[5]

Características

Las antenas de resonador dieléctrico ofrecen las siguientes características atractivas:

• La dimensión de un DRA es del orden de , donde es la longitud de onda en el espacio libre y es la constante dieléctrica del material del resonador. Por lo tanto, al elegir un valor alto de ( ), el tamaño del DRA se puede reducir significativamente. ${\displaystyle {\frac {\lambda _{0}}{\sqrt {\varepsilon _{r}}}}}$ ${\displaystyle \lambda _{0}}$ ${\displaystyle \varepsilon _{r}}$ ${\displaystyle \varepsilon _{r}}$ ${\displaystyle \varepsilon _{r}\approx 10-100}$
• En los resonadores dieléctricos no existe pérdida inherente en el conductor, lo que permite una alta eficiencia de radiación de la antena. Esta característica es especialmente atractiva para las antenas de ondas milimétricas (mm), donde la pérdida en las antenas fabricadas con metal puede ser alta.
• Los DRA ofrecen esquemas de acoplamiento sencillos para casi todas las líneas de transmisión utilizadas en frecuencias de microondas y ondas milimétricas, lo que los hace adecuados para su integración en diferentes tecnologías planares. El acoplamiento entre un DRA y la línea de transmisión plana se puede controlar fácilmente variando la posición del DRA con respecto a la línea. Por lo tanto, el rendimiento del DRA se puede optimizar fácilmente de forma experimental.
• El ancho de banda operativo de un DRA se puede variar en un amplio rango mediante la elección adecuada de los parámetros del resonador. Por ejemplo, el ancho de banda de los modos de orden inferior de un DRA se puede variar fácilmente desde una fracción de un porcentaje hasta aproximadamente el 20 % o más mediante la elección adecuada de la constante dieléctrica del material y/o mediante la conformación estratégica del elemento del DRA.
• También se ha abordado con éxito el uso de múltiples modos que irradian de manera idéntica. Un ejemplo de ello es la combinación híbrida de un anillo resonador dieléctrico y un monopolo eléctrico que fue explorada inicialmente por Lapierre. ^[6] Guha analizó teóricamente múltiples modos idénticos de tipo monopolo en un anillo resonador dieléctrico de forma anular para mostrar sus combinaciones únicas con las debidas a un monopolo eléctrico tradicional, lo que da como resultado antenas UWB. ^[7]
• Cada modo de un DRA tiene una distribución de campo interna y externa asociada única. Por lo tanto, se pueden obtener diferentes características de radiación al excitar diferentes modos de un DRA.
• También se han empleado modos de radiación diferentes para generar patrones de radiación idénticos utilizando geometrías compuestas, con una característica especial de mayor ancho de banda. ^{[8] [9]}

Véase también

• Guía de ondas dieléctrica
• Receptor inalámbrico dieléctrico

Referencias

• RK Mongia; P. Bhartia (1994). "Antenas de resonador dieléctrico: una revisión y relaciones generales de diseño para la frecuencia resonante y el ancho de banda. Revista internacional de ingeniería asistida por computadora de microondas y ondas milimétricas". 4 (3): 230–247. doi :10.1002/mmce.4570040304. S2CID  108525483. Archivado desde el original el 16 de diciembre de 2012. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
• Antenova Información de Antenova.

Enlaces externos

• Animación de la radiación de una antena de guía de ondas dieléctrica de forma cónica circular (en YouTube)

Notas

1. Huang, Kao-Cheng; David J. Edwards (2008). Antenas de ondas milimétricas para comunicaciones inalámbricas de gigabit: una guía práctica para el diseño y análisis en un contexto de sistemas. Estados Unidos: John Wiley & Sons. págs. 115–121. ISBN 978-0-470-51598-3.
2. Richtmeyer, Robert (1939), "Resonadores dieléctricos", Revista de física aplicada , 10 (6): 391–398, Bibcode :1939JAP....10..391R, doi :10.1063/1.1707320
3. Long, S.; McAllister, M.; Shen, L. (1983), "La antena resonante dieléctrica cilíndrica resonante", IEEE Transactions on Antennas and Propagation , 31 : 406–412, doi :10.1109/tap.1983.1143080
4. Guha, D.; et, al. (2012), "Modo de orden superior para radiación de banda ancha de alta ganancia desde antenas de resonador dieléctrico cilíndrico", IEEE Transactions on Antennas and Propagation , 60 : 71–77, doi :10.1109/TAP.2011.2167922, S2CID  26577173
5. "Nueva teoría conduce a una antena de gigahercios en un chip" . Consultado el 19 de abril de 2015 .
6. Lapierre, M.; et, al. (2005), "Antena de resonador dieléctrico/monopolo de banda ultra ancha", IEEE Microwave and Wireless Components Letters , 15 : 7–9, doi :10.1109/LMWC.2004.840952, S2CID  2008943
7. Guha, D.; et, al. (2006), "Pautas de diseño mejoradas para la antena de resonador monopolar-dieléctrico de banda ultra ancha", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters , 5 (1): 373–376, Bibcode :2006IAWPL...5..373G, doi :10.1109/LAWP.2006.881922, S2CID  32617108
8. Guha, D.; Antar, Y. (2006), "Antena resonadora dieléctrica cilíndrica de cuatro elementos para radiación monopolar de banda ancha", IEEE Transactions on Antennas and Propagation , 54 (9): 2657–2662, Bibcode :2006ITAP...54.2657G, doi :10.1109/TAP.2006.880766, S2CID  31923813
9. Guha, D.; Antar, Y. (2006), "Nueva antena resonadora dieléctrica semihemisférica para radiación monopolar de banda ancha", IEEE Transactions on Antennas and Propagation , 54 (12): 3621–3628, Bibcode :2006ITAP...54.3621G, doi :10.1109/TAP.2006.886547, S2CID  36512471