Diseño de redes de alimentación para arrays de antenas con diagrama de campo conformado

Abstract

En este Proyecto de Fin de Carrera se ha llevado a cabo el diseño, para la tecnología WIMAX, de distintas redes de alimentación de arrays de antenas cuya disposición pueda originar un campo conformado dado. Un array de antenas permite no sólo apuntar el diagrama de radiación a una dirección concreta sin más restricciones, sino, en general sintetizar un diagrama de campo conformado. Un diagrama de campo conformado toma una forma específica en una región de radiación, y puede poseer diferentes restricciones en el resto de regiones, por ejemplo, relativas al máximo nivel de lóbulos secundarios, o direcciones de apuntamiento con campo nulo. Un ejemplo típico es el diagrama con forma de cosecante al cuadrado, ampliamente utilizado en las estaciones base de telefonía móvil para compensar la diferencia de potencias que un usuario recibiría al encontrarse en los dos extremos(más cercano y más lejano a la estación base) de una celda. Para conseguir este tipo de diagramas de campo conformado se requiere en general que la amplitud y la fase que excita cada antena del array sean totalmente distintas. Existen muchos métodos de síntesis, como el de Woodward-Lawson, con los que fácilmente se calculan estas amplitudes y fases. Sin embargo, el reto para el ingeniero de radiofrecuencia está en diseñar la red de alimentación que permita conseguir esa distribución de amplitudes y fases, debiendo para ello diseñar divisores, acopladores, desfasadores, etc…interconectados entre sí. El objeto de este PFC ha sido lograr diseñar las redes de alimentación que generen esos campos conformados. Es por ello que se han diseñado redes de alimentación en tecnología microstrip para un campo uniforme, un campo de Chebyscheff, y varios campos Flattop, dentro de la banda de los 3.3 a lo 3.9 GHz.

This Career Final Project deals with the design of various antenna arrays supply network for WIMAX technology, whose disposal may result in a given field formed. An antenna array allows more than aiming the radiation to a specific direction without restrictions, allows synthesizing a shaped field pattern. A field pattern takes a specific shape formed in a region of radiation, and may have different restrictions on the remaining regions, for example, on the maximum level side lobes, or pointing directions with zero field. A typical example is the diagram form of cosecant squared, widely used in mobile phone base stations to compensate for the difference in power a user would receive when being in the two ends (nearest and farthest from the base station) of a cell. To get this kind of diagrams forming field is generally required that the amplitude and phase exciting each antenna array are completely different. There are many synthetic methods such as Fourier Transform or Woodward-Lawson, with which these are easily calculated amplitudes and phases. However, the challenge for engineers is to design RF power network equipment which ensures that distribution of amplitudes and phases, for it must design dividers, couplers, phase shifters, etc. ... interconnected. The purpose of this PFC has been to designe the supply networs that generate those fields. That is why the networks had been designed in microstrip technology feeding a uniform field, Chebyscheff field, and several Flattop fields, within the range of 3.3 to 3.9 GHz.