Publication: Antena multifrecuencia para 5G
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2020-03-10
Defense date
2020-03-10
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En la actualidad, la tecnología, y especialmente el ámbito de las telecomunicaciones están
experimentando constantes avances e innovaciones en cortos periodos de tiempo. Esto ocurre
con la nueva tecnología en comunicación conocida como 5G. Al tratarse de un novedoso
avance, requiere un despliegue a gran escala para que esta tecnología pueda funcionar
correctamente. Es muy interesante proponer nuevos dispositivos que estén capacitados para
operar a las altas frecuencias de trabajo que se proponen para tecnologías de este tipo, por lo que
existe la necesidad de desarrollar antenas capaces de transmitir y recibir información en dicho
escenario.
Este proyecto plantea el diseño de una antena que sea capaz de trabajar a dos frecuencias, ambas
frecuencias dentro del espectro radioeléctrico 5G, mediante la herramienta CST Microwave
Studio. Se hará referencia a estas frecuencias en el documento como una frecuencia baja con un
valor de 3.5 GHz y una frecuencia alta concretamente de 28 GHz.
Para llegar a la idea final, se utilizarán antenas en tecnología impresa denominadas parches, por
lo que hay que pasar una serie de fase de construcción, que empezaría por el diseño por
separado de antenas de parche, una para la alta frecuencia y otra para la baja, por lo que se
realiza un estudio de dimensiones para obtener la resonancia adecuada.
A partir de las estructuras obtenidas en la fase anterior, se pasa a la elaboración de arrays planos
para cada frecuencia, probando diferentes configuraciones en ambos casos como 2x2 o 4x4.
Seguidamente se unirían los arrays para que se dé la consonancia de ambas frecuencias. Cabe
destacar que, en este punto, tras haber realizado el estudio teórico de pérdidas de propagación,
se percibe que la configuración escogida no dota al dispositivo de la directividad requerida para
dar servicio a un usuario de las dos frecuencias a la vez. Se propone como línea futura una solución al problema anterior, que se basa en modificar el
array de alta frecuencia, en vez de ser un cuadrado, pasa a ser una cruz, aumentando el número
de elementos del array por lo que consecuentemente aumentará la directividad logrando así una
compensación de esas pérdidas de propagación teóricas calculadas anteriormente.
Debido a la complejidad que supondría el diseño de la alimentación de la antena propuesta en la
fase anterior, se decide centrar la investigación a la fabricación del array 4x4 de alta frecuencia
ya que en si es el más interesante, debido a que en el espectro reservado para el 5G se
encuentran frecuencias muy altas como 24 o 26 GHz, además de 28 GHz
Todas las pruebas realizadas en las fases anteriores se realizan alimentando las antenas por
puerto discreto, pero para llegar a la fabricación se necesita aplicar una alimentación que se pueda llevar a la práctica por lo que se diseña la alimentación de un único parche de frecuencia
alta mediante acoplo electromagnético por ranura.
A continuación se realizaría el diseño de la alimentación del array, implementando divisores de
potencia comenzando en el 1 a 2 hasta llegar al 1 a 16. Esta alimentación es del tipo corporativa
porque el objetivo es llegar a las salidas con la misma amplitud y fase.
Finalmente se realizaría la unión del array con la red de alimentación, comprobando el
funcionamiento de la antena, optimizando los resultados para lograr una buena adaptación del
dispositivo.
Cabe destacar que de cada prueba realizada se recogen los resultados más significativos como
son el coeficiente de reflexión (S11), el cual nos indica cómo de adaptada se encuentra la
antena, o el diagrama de radiación, presentado en 3D, polares y rectangulares, acompañado de
una tabla con parámetros específicos como directividad, ganancia, nivel de lóbulo secundario,
entre otros.
Tanto para el desarrollo de esta antena como para su implementación en los servicios de
comunicaciones, habría que tener en cuenta las directivas marcadas por las organizaciones
europeas que fijan las líneas de desarrollo para Europa, tanto la legislación vigente en nuestro
país referente al sector de las telecomunicaciones.
La implementación y el desarrollo de este tipo de antenas supone un paso más para la
innovación y además, gracias a estos dispositivos, se pueden llegar a solucionar problemas de
comunicaciones, como por ejemplo; dar cobertura a zonas rurales incomunicadas o con una tasa
de transmisión de datos muy baja. Esto ayuda a disminuir el fenómeno de la brecha digital para
llegar a convivir en un mundo donde todos tengan acceso a Internet independientemente si se
encuentran en un entorno rural o urbano.
Description
Keywords
Antenas de parche, Array plano, Redes de alimentación, Directividad, Coeficiente de reflexión, 5G, Diagrama de radiación, Líneas microstrip