Diseño de una antena parche circular dualband para tecnología Wi-Fi

Abstract

En este proyecto fin de carrera se propone el diseño y el análisis de una antena parche circular que funcione en las dos bandas referidas a la tecnología Wi-Fi, según el estándar 802.11. El parámetro S11 deberá ser menor de -10 dB en dichas bandas, o que al menos no superen los -8 dB, y será necesario además cubrir la banda de frecuencia baja (2.41-2.48 GHz) y al menos una de las dos sub-bandas para la frecuencia alta (5.15-5.35 GHz ó 5.42-5.72 GHz), de tal forma que sea la antena unitaria que forma un array o que alimente un antena de superstrato EBG para aumentar la superficie de radiación. Se proponen dos diseños con dos parches resonantes cada uno de ellos. El primero contiene ambos parches en un mismo substrato. Cada uno tendrá una alimentación propia a través de un cable coaxial y uno de ellos (el que resuene a la banda baja) contendrá dos ranuras que excitarán un tercer pico que podría resonar a la tercera de las bandas de funcionamiento de Wi-Fi, y cubrir así el rango completo para dicha tecnología. El segundo diseño, está formado por dos parches apilados y un doble substrato. En este diseño ambos parches (el que resuena a la baja y a la alta frecuencia) son simples sin ningún tipo de ranura o slots. La ventaja es que presenta un único punto de alimentación. Este diseño, cumple los objetivos para la banda baja, pero no para la banda superior (sólo cumple para la mitad de la sub-banda inferior, 5.15-5.25 GHz). Sin embargo este diseño debería cumplir con las especificaciones en las dos bandas tras una optimización más profunda. Como punto final se han simulado las directividades que tendrían ambos diseño si se pusieran como elementos de un array y los resultados han sido bastante favorables, aunque aparecen grating lobes sobre todo para las frecuencias altas, ya que la separación entre elementos es superior a λ. Sin embargo los diseños son válidos para una comunicación Wi-Fi punto a punto.

This project provides the design and analysis of a circular patch antenna which works in the two working bands of Wi-Fi Technology (standard 802.11n). S11 parameter would be less than -10 dB in these bands, and not more than -8 dB. It´s necessary to cover low frequency band (2.41-2.48 GHz) and at least one of the two sub-bands in high frequency band (5.15-5.35 GHz or 5.42-5.72 GHz). The idea is to include this antenna as the unitary element of an array or to use it to feed an Electromagnetic Band Gap (EBG) superstrate technology antenna. Two models with two resonant patches in each of them have been designed. The first model, contains the two patches in the same substrate, each one will have their own feed by coaxial wires and one of them (the one which works in the low band) have two slots that leads to an extra resonance that would work in all of the bandwidth (5.15-5.35 GHz) and comply the complete range for Wi-Fi technology. The second design includes a pair of stacked patches and double substrate. In this design both of the patches (the one which resonate at the low band and the other which resonant in the high one) don’t have any kind of slots and there is only one feeding point (coaxial wire). This design fulfils the objectives for the low band but it doesn’t comply completely the higher one (it’s just comply the objectives for the half of the low sub-band, 5.15-5.25 GHz). However by a deeper optimization process it should comply the whole specification. Last but not least, has been simulated array radiation patterns and the results have been rather favorable, although grating lobes appeared, being more important in the high frequencies. However both designs are valid to a point-to-point Wi-Fi communication.