Simulación de una antena microcinta rectangular espiral multibanda para la aplicación de captación de energía de radiofrecuencia

Abstract

El presente estudio realizó un análisis de la influencia que ejercen las variaciones del grosor del sustrato dieléctrico y de la posición de las ranuras de microcinta creadas en el parche radiante de una antena de microcinta. El trabajo presentó la simulación mediante el software de optimización automática CST Studio, de una antena para captura de energía de radiofrecuencia empleando el substrato ARLON AD450 con constante dieléctrica de 4.5, pérdidas tangenciales de 0.035 y espesor de 3 mm. En este diseño se aplicaron varias ranuras hasta formar una espira cuadrada. Los resultados obtenidos evidenciaron que al aumentar el espesor del sustrato que separa el plano de tierra del parche radiante, se produce una disminución en las pérdidas de retorno del parámetro y al mismo tiempo se da un aumento en la ganancia de la antena. La creación de ranuras, el grosor y la ubicación de estas en el parche radiante producen un desplazamiento en la frecuencia de resonancia. Asimismo, el arreglo presentado permite frecuencias de resonancia alrededor de 1.6 GHz, 2.38 GHz, 3.38 GHz y 4.16 GHz, con una ganancia entre 2.48 dB y 7.66 dB. Este diseño de antena permitió mejoras en ganancia y en el patrón de radiación. La creación de ranuras en el parche radiante modificó la distribución de corriente de superficie de la antena y generó nuevas frecuencias de resonancia. Los espacios de aire creados entre el cobre y el substrato mejoraron el rendimiento de la antena, del mismo modo que el espacio ejercido por el substrato entre el plano de tierra y el parche radiante disminuyeron las pérdidas de ganancia en la antena debido a la reducción del cobre cuando se realizan estas ranuras. La antena propuesta presenta un comportamiento multibanda inmediatamente se agregan ranuras en el parche. La evaluación de substratos y estructuras son útiles para el desarrollo de antenas de microcinta integradas para sistemas de recolección de energía de radiofrecuencia.