Diseño y caracterización de una antena slot circularmente polarizada para GPS

Abstract

Los sistemas de posicionamiento gozan de una enorme popularidad gracias a su gran aplicabilidad. Existen diversas constelaciones de satélites ya sean americanos (GPS), rusos (GLONASS) o europeos (GALILEO). Al igual que estos sistemas son utilizados para proveer servicios de localización en todo el mundo a sistemas móviles también es necesario tener, de la misma manera, conocimiento de la posición y un control sobre los mismos. Para ello, las antenas que emplean estos sistemas son uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta. Una aplicación interesante es el proveer de posición a los cohetes que se usan como lanzadera de satélites al espacio, para que se pueda controlar la trayectoria de los mismos y poder actuar en caso de emergencia. Por lo tanto, es importante que los cohetes dispongan de antenas fácilmente integrables en su carcasa, generalmente metálica. En este proyecto se ha planteado el diseño de antenas con tecnología plana para aplicaciones GPS. Estos diseños cumplen ciertas especificaciones para ser diseñadas con éxito: frecuencia de trabajo en banda L1, polarización circular, diagrama de radiación semiesférico omnidireccional y que el plano exterior por donde radie sea de un material metálico para que facilite su integración en un cohete. Estas características requeridas hacen que el tipo de antena elegida sea de tipo slot. Para ello, tras un periodo de estudio del arte se escogen dos modelos base. De estos dos modelos, se plantea que uno esté compuesto por un único puerto de alimentación mientras que el otro esté compuesto por dos. Para que los dos diseños tengan las mismas características, se añade un híbrido de 90o al segundo diseño, de forma que sólo sea necesario un puerto de entrada para alimentar correctamente la antena como en el primer modelo. Inicialmente, las antenas se diseñan en tecnología microstrip de la que se pasará a tecnología stripline y finalmente se coloca un número determinado de postes cilíndricos alrededor de la antena para disminuir el efecto de propagación que se produce en el sustrato. En el segundo caso, de diseña una red en cuadratura y se presentan dos opciones diferentes de conexión con la antena ya diseñada.

Positioning systems enjoy enormous popularity due to their huge applicability. Several constellations of satellites whether American (GPS), Russian (GLONASS) or European (GALILEO). Just as these systems are used to provide worldwide location services to mobile systems, it is also necessary to have, in the same way, knowledge of the position and control over them. For this, the antennas that use these systems are one of the most important aspects to consider. An interesting application is to provide position to the rockets that are used as a satellite shuttle to space, so that they can control the trajectory of them and be able to act in case of emergency. Therefore, it is important that rockets have easily integrable antennas in their housing, usually metallic. In this project has been proposed the design of antennas with flat technology for GPS applications. These designs meet certain specifications to be designed successfully: working frequency in L1 band, circular polarization, omnidirectional hemispherical radiation pattern and that the outer plane through which it radiates is made of a metallic material to facilitate its integration in a rocket. These required characteristics make the type of antenna chosen to be slot type. For this, after a period of study of art, two base models are chosen. Of these two models, it is proposed that one is composed of a single feeding port while the other is composed of two. In order for the two designs to have the same characteristics, a 90o hybrid is added to the second design, so that only one input port is needed to properly feed the antenna as in the first model. Initially, the antennas are designed in microstrip technology from which stripline technology will be used and finally a certain number of cylindrical poles are placed around the antenna to reduce the propagation effect that occurs in the substrate. In the second case, a quadrature network is designed and two different connection options are presented with the already designed antenna.