Antenas IFA-PE en Equipos Portátiles para Sistemas de ...

ANTENAS IFA-PE EN EQUIPOSPORTATILES PARA SISTEMAS DECOMUNICACIONES MOVILESE. Soriano, J. de Mingo, A ValdovinosUNIVERSIDAD DE ZARAGOZACPS-C/ Maria de Luna 3, 50015 Zaragoza1. INTRODUCCIONEn sistemas de comunicaciones móviles, el efectode propagación multicamino, especialmente enentornos urbanos, es uno de los más destacados.No es sorprendente, en esas circunstancias, labúsqueda de estructuras radiantes que permitanofrecer funciones de diversidad, bien en espacio, encomponentes de campo eléctrico, en polarización yen directividad. Además, las antenas para equiposportátiles deben ser pequeñas, ligeras y de bajoperfil ("low-profile") por conveniencia ycomodidad de la persona que lleva el portátil [1].La antena IFA-PE (“Inverted-F Antenna withParasitic Elelements”) se acopla a la carcasa de unequipo portátil formando un bloque homogéneo,permitiendo, si fuese necesario, su uso combinadocon otras estructuras radiantes, diversidad enpolarización.2. ANTENA IFA-PEEste tipo de antena fue introducida en [2], donde semostraba su comportamiento sobre un plano demasa infinito a 1.2 Ghz, consiguiendo un ancho debanda mayor que con la antena IFA sin elementosparásitos. La antena IFA-PE, como se puede ver enla figura 1, está formada por un elemento centralactivo que se corresponde con una IFA y unelemento parásito en forma de L a cada lado.zPlano de masa infinitoLyxLhyLmPunto de alimentaciónPunto de cortocircuitoFigura 1.Antena IFA-PE sobre plano de masa infinitoLas dimensiones fundamentales de diseño de laantena IFA-PE son:L longitud de los elementos que forman laantenaLm distancia del punto de alimentación alpunto de cortocircuito en el elemento activo.Ly separación entre el elemento activo y loselementos parásitos.h altura de los elementos sobre el plano demasa.ρ radio de los cables conductores que forman laantenaTrabajo Subvencionado por (C.I.C.Y.T.) ref. nº TIC99-09413. SIMULACIONES Y MONTAJESSe simuló con un software [3] basado en el métodode los Momentos (MoM) [4] la antena IFA-PEsobre equipos portátiles a las tres frecuencias en lasque se concentran los sistemas de comunicacionesmóviles: 450, 900 y 1800 Mhz. Por otro ladotambién se realizó un montaje físico de la antenasobre una carcasa metálica para medir sus pérdidasde retorno, parámetro S 11 .En la figura 2 se puede observar un diseño gráficode una antena IFA-PE sobre una carcasa de15.5x6x2 cm a 450 Mhz realizado con el programa‘wiregrid.exe’ [3].Figura 2. Diseño gráfico antena IFA-PE a 450 Mhz.Las dimensiones de la antena IFA-PE en estediseño son de L=14 cm, Lm=3.3 cm, Ly=1.7 cm,h=2.5 cm y ρ=0.1 cm.En la figura 3 se ven las pérdidas de retornoobtenidas en las simulación y las medidas en ellaboratorio del montaje físico realizado.dB0-5-10-15-20S11 medidoSimuladoPerdidas de retorno-25250 300 350 400 450 500 550 600Frec (MHz)Figura 3. Pérdidas de retorno a 450 Mhz.Se mide un ancho de banda de 13 Mhz centrado a453 Mhz. Para determinar el ancho de banda se haconsiderado que la antena está sintonizada cuandosus pérdidas de retorno son menores a –10 dB. Estees el mismo criterio que se empleó en [2].A 900 Mhz se llegó a un diseño de dimensiones:L=6.95 cm, Lm=1.6 cm, Ly=1.1 cm, h=1.5 cm yρ=0.1 cm. La comparación entre el parámetro S 11medido en el laboratorio de esta antena montada

sobre una carcarsa de 10x4x2 cm y el calculadomediante el software [3] se puede ver en la figura 4.dB50-5-10-15-20-25Perdidas de retorno-30S11 medidoSimulado-35700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100Frec (MHz)Figura 4. Pérdidas de retorno a 900 Mhz.Se consigue un ancho de banda de 40 Mhz centradoen 912 Mhz en el laboratorio.En la figura 5 se puede ver la comparación entre laspérdidas de retorno obtenidas en las simulaciones ylas medidas en el laboratorio de la antena IFA-PEmontada sobre la carcasa de 10x4x2 cm a 1800Mhz. de dimensiones: L=3.95 cm, Lm=1 cm, Ly=1cm, h=1.5 cm y ρ=0.1 cm.dB20-2-4-6-8-10-12-14-16Perdidas de retornoS11 medidoSimulado-181400 1500 1600 1700 1800 1900 2000Frec (MHz)Figura 5. Pérdidas de retorno a 1800 Mhz.El ancho de banda obtenido es de 90 Mhz centradoa 1810 Mhz.Figura 5 Diseño gráfico antena IFA-PE a 1800 MhzTambién se simuló y midió un prototiposintonizado a 900 Mhz en el que los elementosparásitos tenían longitudes ligeramente distintas.De esta forma, los elementos parásitos resuenan afrecuencias diferentes aunque cercanas [5], con loque se consigue un ancho de banda mayor. En lafigura 7 se ve la gráfica con las pérdidas de retornoobtenidas en las que se puede ver como en ellaboratorio se obtuvo un ancho de banda de 130Mhz.dB0-5-10-15-20S11 medidoSimuladoPerdidas de retorno-25700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100Frec (MHz)Figura 7. Pérdidas de retorno a 900 Mhz conelementos parásitos de distinta longitud.4. CONCLUSIONESEn este artículo se presenta un estudio sobre laposible utilización de la antena IFA-PE en equiposportátiles para sistemas de comunicacionesmóviles. Se han presentado las dimensiones de losdistintos prototipos obtenidos a las tres frecuencias(450, 900 y 1800 Mhz) en las que se encuentran losprincipales estándares, así como el ancho de bandaen cada caso.También se ha mostrado como se puede aumentartodavía más el ancho de banda conseguidohaciendo que los elementos parásitos tengandistintas longitudes.REFERENCIAS[1] K. Fujimoto, J.R. James, “Mobile AntennaSystems Handbook”, Artech House, 1994[2] Hisamatsu Nakano, Noriaki Ikeda, Yu-YuanWu, Ryota Suzuki, Hiroaki Mimaki y JunjiYamauchi, “Realization of Dual-Frequency andWide-Band VSWR Performances using Normal-Mode Helical and Inverted-F Antennas” in IEEETransactions on Antennas and Propagation, vol 45,Mayo de 1997.[3] http://www.qsl.net/wb6tpu/swindex.html[4] Warren L. Stutzman, Gary A. Thiele. “AntennaTheory and design” Cap. 10 ‘CEM for Antennas:The Method of Moments’. Ed. John Wiley & Sons,INC. 1998[5] J. De Mingo, A. Valdovinos, F. Gutiérrez, J. M.González, "Inverted-F Antenna with parasiticelements for Tetra handset" in IEEE VTSC 50 thVehicular Technology Conference, Septiembre1999.