Antena de microcinta

En telecomunicaciones , una antena de microcinta (también conocida como antena impresa ) suele ser una antena fabricada mediante técnicas fotolitográficas en una placa de circuito impreso (PCB). ^{[ 1 ]} Es un tipo de antena interna. Se utilizan principalmente en frecuencias de microondas . Una antena de microcinta 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 de microcinta constan de múltiples parches en una matriz bidimensional. La antena se conecta normalmente al transmisor o receptor a través de líneas de transmisión de microcinta de lámina . 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 de microcinta se han vuelto muy populares en las últimas décadas debido a su perfil plano delgado que se puede incorporar en las superficies de productos de consumo, aeronaves 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 agregar dispositivos activos como circuitos integrados de microondas a la propia antena para hacer antenas activas ^{[ 2 ]} Antena de parche. Basado en su origen, microstrip consta de dos palabras, a saber, micro (muy delgado/pequeño) y se define como un tipo de antena que tiene forma de lámina/pieza y es muy delgada/pequeña. ^{[ 3 ]}

El tipo más común de antena de microcinta se conoce como antena de parche . También es posible utilizar parches como elementos constitutivos en una matriz. Una antena de parche es una antena de banda estrecha y haz ancho fabricada mediante el grabado del patrón del elemento de antena en una pista metálica adherida a un sustrato dieléctrico aislante , como una placa de circuito impreso , con una capa metálica continua adherida al lado opuesto del sustrato que forma un plano de tierra . Las formas comunes de las antenas de microcinta son cuadrada, rectangular, circular y elíptica, pero es posible cualquier forma continua. Algunas antenas de parche no utilizan un sustrato dieléctrico y, en su lugar, están hechas de un parche metálico montado sobre un plano de tierra mediante espaciadores dieléctricos; la estructura resultante es menos robusta, pero tiene un ancho de banda mayor . Debido a que estas antenas tienen un perfil muy bajo, son mecánicamente robustas y pueden moldearse para adaptarse a la superficie curva de un vehículo, a menudo se montan en el exterior de aeronaves y naves espaciales, o se incorporan a dispositivos de radiocomunicaciones móviles .

Las antenas de microcinta son relativamente económicas de fabricar y diseñar debido a su sencilla geometría física bidimensional. Se suelen emplear en frecuencias UHF y superiores, ya que el tamaño de la antena está directamente relacionado con la longitud de onda en la frecuencia de resonancia . Una sola antena de parche proporciona una ganancia directiva máxima de entre 6 y 9 dBi . Es relativamente fácil imprimir una matriz de parches en un único sustrato (grande) mediante técnicas litográficas. Las matrices de parches pueden proporcionar ganancias mucho mayores que un solo parche con un coste adicional mínimo; la adaptación de impedancias y el ajuste de fase se pueden realizar con estructuras de alimentación de microcinta impresas, en las mismas operaciones que se utilizan para formar los parches radiantes. La capacidad de crear matrices de alta ganancia en una antena de perfil bajo es una de las razones por las que las matrices de parches son comunes en aviones y otras aplicaciones militares.

Este tipo de conjunto de antenas de parche es una forma sencilla de crear un conjunto de antenas en fase con capacidad de formación de haces dinámica . ^{[ 4 ]}

Una ventaja inherente a las antenas de parche es la capacidad de tener diversidad de polarización . Estas antenas se pueden diseñar fácilmente para tener polarizaciones vertical, horizontal, circular derecha (RHCP) o circular izquierda (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 comunicación con requisitos variados.

La antena de microcinta más utilizada es un parche rectangular que se asemeja a una línea de transmisión de microcinta truncada. Su longitud es aproximadamente la mitad de la longitud de onda. Cuando se utiliza aire como sustrato dieléctrico, la longitud de la antena de microcinta rectangular es aproximadamente la mitad de la longitud de onda en el espacio libre . Al cargar la antena con un dieléctrico como sustrato, su longitud disminuye a medida que aumenta la constante dieléctrica relativa del sustrato. La longitud de resonancia de la antena es ligeramente menor debido a los campos eléctricos de borde extendidos, que incrementan ligeramente la longitud eléctrica de la antena. Un modelo inicial de antena de microcinta consiste en una sección de línea de transmisión de microcinta con cargas equivalentes en ambos extremos para representar la pérdida por radiación.

La carga dieléctrica de una antena de microcinta 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 incrementa el factor Q de la antena y, por lo tanto, disminuye el ancho de banda de impedancia. Esta relación no se deduce inmediatamente al utilizar el modelo de línea de transmisión de la antena, pero es evidente al utilizar el modelo de cavidad introducido en 1973 por Itoh y Mittra ^{[ 6 ].} La radiación de una antena de microcinta rectangular puede entenderse como un par de ranuras equivalentes. Estas ranuras actúan como un conjunto y tienen la mayor directividad cuando la antena tiene un dieléctrico de aire y disminuye cuando se reemplaza por un sustrato dieléctrico con permitividad relativa creciente.

La antena microstrip rectangular de media onda tiene un plano de cortocircuito virtual en su centro. Este plano puede sustituirse por un plano de cortocircuito físico para crear una antena microstrip de un cuarto de longitud de onda. A esta antena se la denomina a veces media antena de parche. La antena solo tiene un borde radiante (ranura equivalente), lo que reduce su directividad/ganancia. El ancho de banda de impedancia es ligeramente inferior al de una antena de parche completa 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 planar en forma de F invertida (PIFA). La PIFA es común en teléfonos celulares (móviles) como una estructura integrada. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Estas antenas se derivan de una antena de medio parche de un 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 propiedades SAR aceptables. Esta antena se asemeja a una F invertida, lo que explica el nombre PIFA. Es popular como una antena compacta con un patrón omnidireccional. ^{[ 10 ]}

Con frecuencia, las antenas PIFA tienen múltiples ramificaciones 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 microcinta con estructura de tierra defectuosa (DGS) integrada 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 de campo cercano. Fue concebida e introducida 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 de polarización cruzada incluso sobre los planos diagonales de un parche de microcinta. La técnica DGS es igualmente efectiva para reducir el acoplamiento mutuo en grandes matrices de microcinta y, por lo tanto, mitigar el problema de ceguera de escaneo de los haces de radar. ^{[ 13 ] [ 14 ]} La técnica DGS se encuentra muy atractiva en aplicaciones aéreas.

• Rectena

• Antenas de microcinta antenna-theory.com
• Tutorial de antenas de microcinta - EM Talk
• Calculadora de antenas de parche microstrip