Diseño y análisis de una lente metálica dual-band usando la teoría de modos característicos para aplicaciones en banda K/Ka.

Abstract

En la actualidad, el desarrollo de la tecnología en el campo de las telecomunicaciones está creciendo significativamente. El aumento en la demanda de tráfico de datos, comunicaciones satelitales, nuevas aplicaciones y nuevos dispositivos relacionados al internet de las cosas (IoT) y sistemas de comunicación basados en las redes 5G, requieren el uso de nuevas frecuencias del espectro radioeléctrico, en particular en el rango de ondas milimétricas, debido al mayor ancho de banda disponible y menor interferencia. Por lo tanto, las lentes son un elemento importante para solventar los desafíos de los dispositivos de la actualidad puesto que brindan una gran directividad y bajas pérdidas, que son las condiciones básicas que deben cumplir las antenas para los nuevos sistemas de comunicaciones. El objetivo de este proyecto es diseñar y analizar una lente metálica mediante la Teoría de Modos Característicos capaz de operar en las bandas K y Ka. La antena propuesta ha sido simulada utilizando el software simulador CST Studio Suite, que opera en doble banda a una frecuencia de resonancia de 20 GHz y 30 GHz simultáneamente, la estructura metálica ha sido optimizada en forma y tamaño, partiendo de estudios previos de antenas lente. Además, se estudian los alimentadores de lentes que se han desarrollado con un bajo nivel de polarización cruzada, para operar en las frecuencias de microondas y ondas milimétricas. Para el análisis mediante la Teoría de Modos Característicos y describir el comportamiento modal y proporcionar una visión física de las características de radiación de la estructura metálica en un rango de frecuencias definido, se utiliza Altair FEKO, obteniendo así, los parámetros de significancia modal, el ángulo característico y la contribución de cada modo a la potencia radiada total cuando una onda plana incide en un cuerpo conductor. Este documento se compone de 5 capítulos. En el primer capítulo se plasma el planteamiento del problema y los objetivos a alcanzar. En el segundo capítulo se realiza un estudio sobre el uso de la Teoría de Modos Característicos para el diseño de lentes. A continuación, en el tercer capítulo, se presenta la propuesta de diseño de antena formado por anillos metálicos de 3 capas, alimentados por una apertura cuadrada con dos ranuras. Posteriormente se presentan los principales resultados simulados de la estructura propuesta en el cuarto capítulo. Y finalmente, en el quinto capítulo se establecen las conclusiones del proyecto de investigación