Estudio y diseño de antenas planas activas con control electrónico
- Autores: Naima Amar Touhami
- Directores de la Tesis: Antonio Tazón Puente (dir. tes.), José Ángel García García (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Tomás Fernández Ibáñez (presid.), Lorena Cabria de Juan (secret.), Juan Vassal'lo Sanz (voc.), Antoni Broquetas Ibars (voc.), Jesús de Mingo (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
El objetivo o línea de trabajo principal de esta tesis ha sido el estudio y desarrollo de sistemas radiantes activos, haciendo hincapié en conceptos radioeléctricos tales como control espacial de potencia, reconfigurabilidad y control de la distorsión de intermodulación, y características de diseño como el desarrollo de estructuras compactas de bajo coste. Partiendo de estas premisas, es fácil deducir que para llevar a cabo esta tarea ha sido necesario introducir varias disciplinas científicas y de ingeniería, como pueden ser el estudio de sistemas radiantes, en este caso antenas o alineamientos (arrays) de antenas en tecnología microstrip, y la electrónica transmisora o receptora y de control de tales sistemas.
En el caso de los sistemas radiantes se ha realizado un estudio previo, focalizado en las antenas microstrip parche serie, excitadas por ranuras o slots. Se han hecho diseños mediante el simulador electromagnético Ensemble y se ha comprobado experimentalmente su funcionamiento. Además, debido a las prometedoras prestaciones de los metamateriales, se ha hecho un estudio de los mismos desde el punto de vista circuital, concretamente de los materiales CRLH. Ello nos ha inducido a desarrollar un novedoso circuito equivalente de una antena parche excitada por ranura, cuya fiabilidad ha sido demostrada hasta la tercera banda armónica. Posteriormente, el circuito desarrollado se ha integrado con una estructura LHM para conseguir un sistema radiante, cuyo comportamiento como CRLH permite controlar, al menos, dos bandas de frecuencia que no están armónicamente relacionadas.
También se han desarrollado cuatro novedosos sistemas transmisores y receptores integrando la parte radiante con la electrónica y aprovechando las propiedades de ambas. El elemento activo utilizado en el desarrollo de tales sistemas ha sido un transistor PHEMT, por lo que se ha dedicado un capítulo completo al estudio de tales dispositivos, en especial a su circuito equivalente no lineal, así como a la distorsión de intermodulación, a partir del desarrollo en series de potencias y de Volterra de la fuente de corriente Ids, como no linealidad principal.
El primer sistema utiliza el concepto de linealidad a nivel de dispositivo junto con el de combinación espacial de potencia, para desarrollar un transmisor en la banda superior de WLAN. La estructura permite aplicar la superposición de las derivadas de tercer orden de los transistores PHEMT en oposición de fase, ya que éstas son las principales responsables de la intermodulación en la banda de interés; su característica principal es que, en la dirección de apuntamiento, presenta un nulo de intermodulación de tercer orden aumentando considerablemente la relación señal ruido.
En el segundo sistema desarrollado se trata de un transceptor en la segunda banda de GSM, basado en un mezclador sub-armónico a transistores E-PHEMT o normally-off, que tiene como idea original la utilización de la antena para, además de aprovechar sus características radiantes, funcionar como un filtro rechazo de banda a la frecuencia de OL y paso bajo a la de FI.
En el tercer sistema también se trata de un transceptor, funcionando en la banda alta de WLAN, cuyos mezcladores están basados en transistores PHEMT, en este caso de deplexión o normally-on, que alimentan por medio de dos ramas a una antena microstrip serie de tres parches alimentada por ranuras. Aprovechando las propiedades de la combinación espacial de potencia, incluyendo la técnica de null steering, el sistema recibe la señal de interés en la dirección de apuntamiento y la transmite en el resto de direcciones, con un nulo en la dirección de la señal de llegada. Este dispositivo es muy útil para aplicaciones de acceso seguro a edificios (comunicaciones en interiores).
Como cuarto demostrador se ha desarrollado un transmisor de bajo coste, también a frecuencias WLAN, basado nuevamente en mezcladores a transistores PHEMT de deplexión. Este sistema es capaz de enviar una señal de comunicaciones en una dirección determinada y ruido en las demás direcciones, utilizando la propiedad de combinación espacial de potencia. Esta idea hace que este sistema sea especialmente útil en escenarios donde se necesiten comunicaciones seguras como, por ejemplo, evitar atentados controlados a distancia y seguir manteniendo una cierta capacidad de comunicación.
