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ISSN: 1390-7204
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Resumen.- Se implementó divisores de potencia,
multiplicadores de frecuencia y antenas logarítmicas en las
bandas X y Ku, con los cuales se realizó la comparativa
entre los equipos implementados versus los del fabricante.
Para la elaboración de los dispositivos se utilizó la
metodología de diseño de tecnología microstrip haciendo
uso del software Ansoft Dessigner y para la implementación
se usaron dos sustratos diferentes, los cuales son; FR4 y
Roger RT Duroid 5880. Además, se hizo uso de un
analizador de redes vectoriales para obtener los resultados
de transmisión y reflexión, mientras que, para obtener
resultados aplicativos, se hace uso de un generador de
señales y un analizador de espectro. Los dispositivos
implementados con sustrato Roger presentaron mejores
prestaciones al compararlo con los del fabricante, sin
embargo, el sustrato FR4 no presenta características
favorables.
Palabras clave: Alta Frecuencia, Potencia, Microstrip, Redes
Vectoriales, Sustrato.
Abstract.- Power dividers, frequency multipliers and
logarithmic antennas were implemented in the X and Ku
bands, with which the comparison between the
implemented equipment versus the manufacturer's was
carried out. For the elaboration of the devices, the
microstrip technology design methodology was used, using
the Ansoft Dessigner software, and for the implementation,
two different substrates were used, which are FR4 and
Roger RT Duroid 5880. In addition, a vector network
analyzer was used to obtain the transmission and reflection
results, while, to obtain applicative results, a signal
generator and a spectrum analyzer are used. The devices
implemented with Roger substrate presented better
performance when compared to those of the manufacturer,
however, the FR4 substrate does not have favorable
characteristics.
Keywords: High Frequency, Power, Microstrip, Vector
Networks, Substrate.
I. INTRODUCCIÓN
A lo largo de la historia, las comunicaciones mediante radares
han sido una de las pioneras en explorar el espectro de ondas
milimétricas.[1] Es por ello que los equipos de microondas
tienen un costo elevado debido a su complejidad y precisión,
para operar en la banda de 3-300 GHz. [2]Existen diversos
trabajos sobre el diseño e implementación de dispositivos de
alta frecuencia. Peñafiel realizó la Implementación de una
Antena Logarítmica Ultra Wide Band de 1 a 10 GHz, para la
Caracterización de Antenas con sustrato Roger Rt Duroid
5880, en donde las mediciones de la antena de pérdidas de
regreso de la onda son menores a -35dB.[3] En el año 2017 se
construyeron divisores tipo T con una variación de diseño en
sus salidas, en las bandas (X y Ku), obteniendo valores de
scatering de transmisión menores a -9dB y parámetros de
reflexión menores a -25dB.[4] En Ecuador se construyeron
multiplicadores de potencia X2, X3 y X4, se usó el sustrato
Roger RO4003C para su implementación en las bandas C,X y
Ku. [5]
Para el diseño y simulación de las antenas logarítmicas y
divisores de potencia se utilizó el software Ansoft Designer.
Estos dispositivos se implementaron en el laboratorio de
microondas de la Facultad de Informática y Electrónica (FIE),
utilizando los sustratos Roger Rt Duroid 5880 y FR4, en las
bandas X y Ku. A través del fabricante Mini-Circuits se
adquirieron los dispositivos EP2K+ (multiplicador de
frecuencia) que opera en la banda de 6-20 GHz con un factor
de multiplicación X2 y CY2-44+ (divisor de potencia) que opera
entre 5 y 20 GHz con tecnología MMIC. Se hace uso de un
analizador de redes vectoriales para poder obtener los
Stalin Angamarca, Marcelo Guzmán
Escuela Superior Politécnica De Chimborazo, Riobamba, Ecuador
stalin.angamarca@espoch.edu.ec, marcelo.guzman@espoch.edu.ec
Evaluación del desempeño de dispositivos de
Alta Frecuencia manufacturados frente a los
disponibles comercialmente y potenciación del
Laboratorio de Microondas para Mmwave
Evaluation of the performance of manufactured High Frequency
Devices versus those commercially available and empowerment
of the Microwave Laboratory for Mmwave
Revista Técnico - Cientíca PERSPECTIVAS
Volumen 2, Número 2. (Julio - Diciembre 2020)
e -ISSN: 2661-6688
Fecha de Recepción. 09 - 06 - 2020 Fecha de Aceptación. 15 – 06 – 2020
DOI: 10.47187/perspectivas.vol2iss2.pp29-36.2020
30
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resultados de transmisión y reflexión, mientras que, para
obtener resultados aplicativos, se hace uso de un generador de
señales y un analizador de espectro. Debido al gran costo de
los dispositivos microondas, el alcance de las investigaciones
está sujetas a la inversión económica que se realice, en
adquirir dispositivos que operen a altas frecuencias. Por lo
que se tiene como objetivo evaluar el desempeño de
dispositivos de alta
frecuencia construidos en la FIE frente a
los realizados por el fabricante y potenciar el laboratorio de
microondas para mmwave.
II. METODOLOGÍA
A. Antena log periódica
Una antena Log Periódica es la agrupación de dipolos de
forma periódica. La geometría de esta antena se muestra se
muestra en la Fig 1. [6]
Fig 1. Agrupación Log Periódica de dipolos.
Para el diseño de la antena se necesita calcular las
dimensiones de los dipolos, su ubicación y su diámetro,
teniendo en cuenta la banda de op
eración en la cual va a
trabajar, para ello se utilizan las siguientes formulas:
Factor de escala:
Longitud de los dipolos más cortos y largos mediante:
(3)
Ancho de Banda relativo:
Número de elementos:
La simulación de la antena se realiza en el software Ansoft
Designer, se debe tomar en cuenta el sustrato que se va a usar
para la implementación, en este caso FR4 o Roger Rt Duroid
5880, dado que esto afecta a los resultados dependiendo la
permitividad de cada material. Las dimensiones encontradas a
partir de las fórmulas no tienen en cuenta la permitividad del
sustrato, por ende, se tiene que optimizar el diseño para que
trabaje acorde al material utilizado para la implementación.
En la Tabla
1 se muestran los valores optimizados para la antena
con sustrato FR4.
TABLA 1
MEDIDAS OPTIMIZADAS PARA SUSTRATO FR4
.
Dipolo
Longitud
(mm)
Posición
(mm)
Diámetro
(mm)
1
7.5
0
0.6
2
6.6
4.9
0.58
3
5.9
9.3
0.56
4
5.2
13.2
0.54
5
4.6
16.6
0.52
6
4.1
19.6
0.51
7
3.6
22.3
0.48
8
3.2
24.7
0.46
9
2.8
26.8
0.44
10
2.5
28.7
0.42
11
2.2
30.4
0.4
En la Fig 2 se muestra la antena con sustrato FR4 diseñada con las dimensiones
optimizadas.
Fig 2. Antena FR4.
En la Tabla 2 se muestran los valores optimizados para la antena
con sustrato Roger Rt Duroid 5880 en la banda de 10-20 GHz.
TABLA 2
MEDIDAS OPTIMIZADAS SUSTRATO ROGER RT DUROID 10-20 GHZ
Dipolo
Longitud
(mm)
Diámetro
(mm)
1
11
1.2
2
9.6
1.15
3
8
1.1
4
7.2
1.05
5
6
1
6
5.5
0.95
7
5
0.9
8
4.5
0.85
9
4
0.8
10
3.5
0.75
11
3
0.7
Fig 3. Antena Roger Rt Duroid 5880 10-20 GHz.
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En la Fig 3 se muestra la antena con sustrato Roger Rt
Duroid 5880
en la banda 10-20 GHz diseñada con las
dimensiones optimizadas. En la
Tabla 3 se muestran los valores
optimizados para la antena con sustrato Roger Rt Duroid 5880
20
-40 GHz.
TABLA 3
MEDIDAS OPTIMIZ
ADAS SUSTRATO ROGER RT DUROID 20-40 GHZ.
Dipolo
Longitud
(mm)
Posición
(mm)
Diámetro
(mm)
1
3.8
0
0.5
2
3.8
2.7 0.5
3
3.5
5.2
0.48
4
3.3
7.5
0.46
5
3.1
9.7
0.44
6 2.9 11.8 0.42
7
2.8
13.8
0.4
8 2.6 15.6 0.38
9
2.4
17.3
0.36
Fig 4. Antena Roger Rt Duroid 5880 20-40 GHz
En las Figs 2, 3 y 4 se observa que la cara inferior de la
antena tiene color café, mientras que la cara superior tiene color
verde, además su línea de transmisión es de 50
.
B.
Divisor de potencia
Los divisores de potencia son dispositivos pasivos los cuales
son de gran utilidad al momento de dividir un valor de potencia
en varias salidas, dichos divisores suelen ser simétricos, con el
mismo valor a las salidas, pero no siempre lo son, ya que pueden
ser
asimétricos con valores diferentes a la salida, de la misma
forma se los puede diseñar tal que a la salida exista un cambio
de fase.
Un divisor de potencia tipo T, un divisor de potencia
puede tener más de 3 puertos de salida en los cuales la señal de
ent
rada pude realizar la función de división o combinación de
potencia de forma que cada puerta tenga el mismo nivel de señal
que los demás
[4]. Uno de los divisores más sencillos es el
llamado divisor tipo T el mismo que posee dos salidas los cuales
se encue
ntran conectados ya sea en serie o en paralelo a la línea
de entrada. Cuando se diseñan divisores de potencia suelen
aparecer los transformadores λ/4 los cuales permiten acoplar
diferentes impedancias, estos pueden ir o bien a las salidas del
sistema o bie
n a la entrada o en ambos todo con el objetivo de
un acople entre una impedancia de entrada a una nominal
[7].
Este tipo de divisores se lo puede construir o diseñar ya sea por
guía de onda o líneas microstrip
[8]. El divisor EP2K+ tiene un
ancho de banda
de operación de 5 hasta 20 GHz, el cual provee
una excelente potencia para aplicaciones de radiofrecuencia a
altas frecuenci
a [9].
Gracias a la ayuda de Ansoft Dessigner se puede permite
realizar ciertos cálculos, uno de ellos es la obtención de líneas
de transmisión, tan solo ingresando el valor de la impedancia
que se necesita se obtendrá el ancho de la línea. Al tener un
diseño de divisores de potencia simétrico de 1:2, se tiene un
puerto de entrada y dos de salida que deben tener la misma
respuesta, por lo cual la línea de transmisión a 50 ohm debe
estar tanto para el puerto de salida 1 como para el puerto de
salida 2, con lo cual estas deben encontrarse en paralelo una de
otra. La distancia entre las dos salidas depende de una línea de
transmisión, ya sea /2 o λ/4, esta línea de transmisión es
calculada de la siguiente forma:

 
 
  


  
  
  


TABLA 4
VALORES DE CÁLCULO PARA PERMITIVIDAD EFECTIVA.
Frecuencia
(GHZ)
h
(mm)
W
(mm)

5.8
8
3.051
3.233
9.6
8
3.051
3.233
14.3
5
3.051
3.318
18.1
3.2
3.051
3.415
Una vez calculado los valores de dicha permitividad efectiva
es necesario el cálculo de
el mismo valor que será necesario
para poder obtener el que se necesita.




TABLA 5
VALOR DE
EN CADA FRECUENCIA DE DISEÑO.
Frecuencia
(GHz)
(m)
5.8
0.05172
9.6
0.03125
14.3
0.02098
18.1
0.01657
El valor de sirve para poder colocar de manera aproxima
la línea de transmisión que unirá las salidas del divisor, esta
distancia puede ser a  o .





TABLA 6
RESULTADOS /4 PARA DISEÑO DE DIVISORES
Frecuencia
(GHZ)
(mm)
/2(mm)
/4(mm)
5.8
28.764
14.38
7.19
9.6
17.379
8.689
4.345
14.3
11.517
5.759
2.879
18.1
8.967
4.483
2.242
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Para el puerto de entrada se tendrá una línea de transmisión
a 50 ohm es decir tendrá las mismas características que las
líneas de transmisión en los puertos de salida, sin embargo,
dicha línea no podrá ser colocada sin un a acople ya que las
impedancias que aparecen no son las mismas, con lo cual,
mediante la calculadora se puede acoplar la línea de transmisión
del puerto de entrada la que será llamada
0
y otra impedancia
la cual será llamada. Esta última impedancia será diferente para
cada diseño, ya que por su frecuencia tendera a variar por lo que
se obtendrán valores característicos para cada frecuencia, cabe
recalcar que dichos valores de impedancia pueden variar en
función de las dimensiones de las líneas de transmisión o los
acopladores.
Fig 5. Divisor de potencia, diseño completo
Para poder lograr este acople entre dichas impedancias, se
obtiene el ancho y el largo d
e la línea de transmisión mediante
la calculadora del software. Una vez calculado todos los
parámetros que intervienen en el diseño de divisores de
potencia, tendremos el mismo diseño para distintas frecuencias
con lo cual solo se variara las dimensiones de cada una de ellas.
TABLA 7
VALORES DE DISEÑO LA PARA LA IMPLEMENTACIÓN
Variable
Valor en
mm a 5.8
GHz
Valor en
mm a 9.6
GHz
Valor en
mm a 14.3
GHz
Valor en
mm a 18.1
GHz
w50
3.051
2.85
3.01
3.051
w4
5.382
5.1
4.1
4.65
wa
3.051
2.85
3.01
3.051
l4
7.7
4.1
2.4
1.95
Lx
8.032
9
7.2
4.9
l6
8
8
5
3.2
H
7.1
2.9
1.1
0.5
III. RESULTADOS
A. Antenas log periódica
Mediante el analizador de redes vectoriales y analizador de
espectro se realizaron las diferentes mediciones. En la Fig 6 se
muestra las mediciones de las dos antenas realizadas con
sustrato FR4, de color azul y color rojo respectivamente, así
como también de color verde la simulación en el software
Ansoft Designer, se observa que todo el ancho de banda de 10-
20 GHz se encuentra por debajo de -10
, por lo que tienen un
funcionamiento mejor que la simulación.En la Tabla 8 se
muestran los picos de frecuencia en donde se tiene la mayor
ganancia de las antena medidas.
Fig 6. Antenas Roger Rt Duroid 5880.
TABLA 8
RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE LAS ANTENAS FR4.
Antena 1
Antena 2
Pico
Frecuencia
(GHz)
dB Pico
Frecuencia
(GHz)
dB
1
9.26
-36.57
1
8.9
-24.1
2
10.97
-27.47
2
9.3
-28.73
3
11.83
-17.37
3
10.9
-26.34
4
13.35
-33.71
4
12
-22.7
5
14.49
-36.19
5
13
-34.82
6
16.48
-23.83
6
14.8
-31.97
7
18.1
-42.8
7
17.9
-19.5
8
19.71
-24.72
8
19.62
-20
Fig 7. Antenas Roger Rt Duroid 5880.
En la Fig 7 se observa las mediciones de las dos antenas
realizadas con sustrato Roger Rt Duroid Rt 5880, de color azul
y color rojo respectivamente, así como también de color verde
la simulación en el software Ansoft Designer. La variación que
existe entre la simulación y la implementación pueda darse
debido a que la placa Roger necesita más precisión en su
implementación.
En la Tabla 9 se muestran los picos de frecuencia en donde
se tiene la mayor ganancia de las antenas. Las dos
antenas
implementadas tienen una respuesta similar, pero difieren de la
simulación, en donde se tienen picos diferentes en las
frecuencias de:
• 11.9 GHz, -29.34
.
• 15.5 GHz, -23.3
.
• 17.6 GHz, -25.31
.
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TABLA 9
RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE LAS ANTENAS ROGER
.
Antena 1
Antena 2
Pico
Frecuencia
dB Pico
Frecuencia
dB
GHz
GHz
1
10.69
-15.25
1
9.36
-15.12
2
12.68
-20.57
2
10.97
-17.69
3
14.4
-22.27
3
12.78
-21.62
4
16.48
-30.91
4
14.49
-25.69
5
18.1
-27.96
5
16.3
-31.77
6
18.2
-34.17
Dado que el VNA tiene una frecuencia máxima de medición
de 20GHz, no se puede medir la respuesta de las antenas en la
banda de 20-40GHz, dado esto se midió de 10-20 GHz para que
se pueda observar cual puede ser su comportamiento en altas
frecuencias como se observa en la simulación de la Fig 8.
Fig 8. Antena Roger Rt Duroid 5880 20-40 GHz.
En la Fig 9 se muestra la medición de las antenas con
sustrato Roger Rt Duroid 5880. Dado que estas antenas son
diseñadas para operar de 20-40 GHz no se tiene una respuesta
optima en la banda de 10-20 GHz. Existen ciertas frecuencias
en donde se podría transmitir ya que superan los -10 , pero
no en todo el ancho de banda.
Fig 9. Antenas Roger Rt Duroid 5880 20-40 GHz.
B. Divisores de potencia
Los divisores de potencia diseñados a 5.8GHz (Tabla10)
poseen una banda de operación de aproximadamente 2GHz,
ya que desde 4.8GHz hasta los 6.8GHz se encuentran en
valores inferiores a los -20 dB, mostrando así que los
parámetros de reflexión S11en esa banda es mínima.
TABLA 10
RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DIVISORES A 5.8 GHZ
.
Divisor
Simulado
Implementado
Fabricante
Frecuencia
5.8 GHz
5.83 GHz
5.75 GHz
S
11
-32.43 dB
-26.64dB
-27.01dB
S
21
-4.179 dB
-3.929 dB
-5.159 dB
S
31
-4.178 dB
-5.771 dB
-5.213 dB
El divisor diseñado y el medido, posee una respuesta cercana
en la frecuencia de diseño, obteniendo valores simulados de -
32.54 dB (5.8 GHz), mientras los que lo valores medidos son
de -26.64 dB (5.83 GHz), por lo cual, tiene una variación del 20
%. Ahora se considera el valor medido del divisor diseñado con
respecto al del divisor del fabricante (EP2K+), el cual muestra
en la frecuencia de 5.75 GHz (-27.01dB), obteniendo una
variación de 1.37% uno con respecto al otro.
Para los resultados de scattering en transmisión S21, para la
frecuencia de 5.8GHz tiene un valor medido de -4.179dB para
el divisor diseñado, mientras que en la simulación del mismo
divisor se obtiene un valor de -3.929dB, si comparamos el
dispositivo diseñado con su simulación, tiene una mejora de un
5.98%, sin embargo, si se compara con los -5.159 dB (5.75
GHz)del divisor del fabricante, se obtiene que el divisor
implementado obtiene un 18.99% de mejora. Los parámetros de
scattering S31 tendrá un comportamiento semejante al que se
mostró en el S21, por lo que se tiene que para el divisor
diseñado posee -5.771dB en la frecuencia de 5.83GHz mientras
que en la simulación de este se obtuvo un valor de -4.178dB,
(5.83 GHz), esto indica que existe una pérdida de un 27% con
respecto al valor simulado. Con respecto a los valores obtenidos
del dispositivo del fabricante se obtuvo un valor de -5.213 dB
(5.75 GHz), obteniendo un porcentaje de pérdida de 9.66% con
respecto al dispositivo implementado.
TABLA 11
RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DIVISORES A 18.1 GHZ
.
Divisor
Simulado
Implementado
Fabricante
Frecuencia
18.1 GHz
18 GHz
18GHz
S
11
-24.92dB
-16.28dB
-15.57dB
S
21
-4.028 dB
-9.622 dB
-6.4 dB
S
31
-4.022 dB
-9.06 dB
-6.58 dB
Divisores de potencia diseñados a 18.1GHz (Tabla11),
obteniendo los parámetros de reflexión S11, para la frecuencia
de 18.1 GHz del divisor simulado un valor de -24.92 dB
mientras que para las mediciones de la implementación se
obtuvo un valor de -15.57 (18 GHz), por lo cual se dice que el
valor medido de la implementación con respeto al simulado
posee una pérdida del 37.52%. Si se hace una comparación con
el valor obtenido del dispositivo del fabricante (EP2K+), el cual
es de -16.28 dB (18 GHz), obteniendo así una diferencia del
34.67%.
Para los valores de scattering S21, tienen una variación con
respecto a los valores medidos ya que se obtiene valores de -
9.06 dB (18 GHz) mientras que para los valores tanto simulados
como para el fabricante (EP2K+) se obtiene -4.022 (18.1 GHz)
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y de -6.58dB (18 GHz), respectivamente. Por lo que el valor
medido pierde un 55.61% con respecto a los valores obtenido
de la simulación y un 27.37% con respecto al fabricante
(EP2K+).Por otra parte, los parámetros S31,para la frecuencia
de 18.1 GHz del dispositivo implementado se obtiene un valor
de -4.028 dB y para los valores simulados y del fabricante
(EP2K+) se obtiene valores de -6.7 dB (18 GHz) y de -9.622
dB (18 GHz). Con lo cual se puede decir que tiene un
comportamiento de pérdida de 58.14%
del valor obtenido
mediante las mediciones con respecto a los valores obtenidos
de la simulación y un valor de 30.36% con respecto a l divisor
del fabricante (EP2K+).
Una vez realizado pruebas a diferentes frecuencias en el
material FR4, se realiza el mismo diseño, con sustrato Roger.
Se tiene los parámetros de scattering S11 los mismos que
muestran una diferencia entre los divisores con sustrato Roger
simulado y con el dispositivo implementado de 23.55dB
(55.82%). Al comparar entre el divisor implementado con
sustrato Rog
er y del fabricante, su diferencia es de 1.58dB
(5.04%), mientras que si lo comparamos con el dispositivo
implementado con sustrato FR4 posee una diferencia mucho
mayor, de 16.43dB (35.57%) (Fig 10).
Fig 10. Parámetros S11 de los divisores de potencia con sustrato
FR4, Roger y del Fabricante (EP2K+) (9.6 GHZ).
Se tienen los resultados de transmisión S21, mostrando la
diferencia entre el divisor con sustrato Roger simulado y el
dispositivo implementado, de 4.605dB (146.79%). Al comparar
entre el
divisor implementado con sustrato Roger y del
fabricante, su diferencia es de 1.92dB (33.02%), mientras que
si lo comparamos con sustrato FR4 posee una diferencia mucho
mayor, de 3.358dB (43.37%) (Fig 11).
Fig 11. Parámetros S11 de los divisores de potencia con sustrato
FR4, Roger y del Fabricante (EP2K+) (9.6 GHZ).
Por otra parte, los parámetros S31 poseen un
comportamiento similar al S21, es así como se tiene una
diferencia entre el divisor con sustrato Roger simulado y el
implementado, d
e 6.215dB (198.24%). De la misma forma si se
compara el divisor implementado con sustrato Roger y del
fabricante, su diferencia es de 3.597dB (63.176%), mientras
que si lo comparamos con sustrato FR4 posee una diferencia
mucho mayor, de 4.17dB (44.59%) (Fig 12).
Fig 12. Parámetros S11 de los divisores de potencia con
sustrato FR4, Roger y del Fabricante (EP2K+) (9.6 GHZ).
C. Multiplicadores de frecuencia
El multiplicador de potencia CY4-44+ adquirido a la
compañía Mini-Circuits se comparó con los
dispositivos
implementados en la tesis de “Hernández 2019” [5]. Los dos
multiplicadores tienen características semejantes como la
frecuencia de entrada (5-10 GHz), salida (10-20 GHz) y su
factor de multiplicación X2.
Para medir el parámetro S11 de reflexión se utilizó el VNA,
pero para el parámetro S21 de transmisión se utilizó el
generador de señales y el analizador de espectro, ya que va a
dar la medida real de señal multiplicada.
Figura 13. Medición de los multiplicadores de potencia parámetro S11.
En la Fig 13 se observa la medición del parámetro S11 de
los multiplicadores de potencia, en la cual se tiene una mayor
reflexión en el adquirido al fabricante en la banda de 6.2 a 10
GHz.En la Fig 14 se observa la medición del parámetro S21 en
el analizador de espectro. La señal multiplicada por el
dispositivo del fabricante tiene mayor potencia en relación a los
implementados. Se tomo las medidas con 3 frecuencias
diferentes que se observan en las tablas 12,13 y 14.
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Fig 14. Medición de los multiplicadores de potencia parámetro S21
TABLA 12
MEDICIÓN MULTIPLICADORES DE FRECUENCIA
.
Mediciones multiplicadores en la frecuencia original
7.2GHz
Multiplicador
Frecuencia
Original
Frecuencia
multiplicadaX2
7.2 GHz
14.4 GHz
Fabricante
-47.3 dBm
-46.42 dBm
Tesis Hernández
-23 dBm
-57.37 dBm
Mediciones multiplicadores en la frecuencia original 7.6
GHz
Multiplicador
Frecuencia
Original
Frecuencia
multiplicadaX2
7.6 GHz
15.2 GHz
Fabricante
-44.91 dBm
-43.07 dBm
Tesis Hernández
-19.44 dBm
-58.8 dBm
Mediciones multiplicadores en la frecuencia original 8.1
GHz
Multiplicador
Frecuencia
Original
Frecuencia
multiplicadaX2
8.1 GHz
16.2 GHz
Fabricante
-46.4 dBm
-45.5 dBm
Tesis Hernández
-31.5 dBm
-54.4 dBm
Dado los resultados de los dispositivos se realizaron
escenarios que pueden presentarse en un ambiente real de
comunicaciones en donde estos dispositivos pueden ser usados.
Las primeras pruebas se realizaron m
ediante el divisor de
señales adquirido de fábrica y el implementado en el
laboratorio. Se transmitie
ron 3 señales a la misma frecuencia
utilizando las antenas cornetas que se encuentran en el
laboratorio para verificar su operación y cuanto es el cambio de
un divisor a otro. Cabe recalcar que el divisor del fabricante
(EP2K+) y el divisor implementado tr
abajan en sus 3 puertos a
50
Ω, por lo que se utilizaron cargas de acoplamiento en el
puerto S31 para obtener su respuesta real acoplada y que se
asemeje a la simulación
. Transmitiendo una señal de 9.3 GHz
con 16 dBm de potencia en el generador de
señales.
En la Fig 15 se observa la medición de las señales tanto con
el divisor del fabricante (EP2K+) y
el implementado. Se
observa
que con el divisor del fabricante (EP2K+) se tiene -
21.2dBm y con el implementado
-20.21 dBm.
Fig 15. Medición de las señales tanto con el divisor del fabricante (EP2K+)
y el implementado.
TABLA 13
MEDICIONES CON DIFERENTE ANTENAS Y DIVISORES PARA LA
FRECUENCIA DE 9.3 GHZ
Divisor con sustrato
FR4(corneta)
Divisor con sustrato
Roger(corneta)
-21.2 dBm
-19.42 dBm
Divisor Fabricante
(Logarítmica)
Divisor con sustrato
FR4(Logarítmica)
-47.35 dBm
-47.92 dBm
Se observa que el divisor implementado con FR4 se tiene -
21.2 dBm y con el implementado en Roger se tiene -19.42 dBm,
dado estos resultados hay una diferencia de 1.78dBm entre los
divisores. El divisor del fabricante (EP2K+) se tiene -47.35
dBm y el implementado con FR4 se tiene -47.92dBm, dado
estos resultados hay una diferencia de 0.78dBm entre los
divisores.
IV. CONCLUSIONES
Las antenas logarítmicas para las bandas X y Ku fueron
diseñadas e implementadas con los dos tipos de sustratos, una
vez realizadas las mediciones, se concluye que las antenas con
sustrato FR4 tiene un promedio en reflexión de -16.8dB, en la
banda de 10-20 GHz, presentando una variación del 15% con
respecto a la simulación que presenta un valor de -14.40 dB.
Las antenas con sustrato Roger Rt Duroid 5880 presenta un
promedio en reflexión de -12.58dB, dando una variación del
22% con respecto a la simulación en donde se tiene -15.38dB.
Como parte de la potenciación del laboratorio de Microondas
de la FIE se realizaron antenas diseñadas para la banda 20-40
GHz, las cuales presentan un promedio en reflexión de -15.5dB,
en la simulación.
Se obtuvieron diferentes resultados, de los divisores de
potencia a las diferentes frecuencias, siendo el diseño a 5.8Ghz
el mejor en comparativa con el dispositivo del fabricante
(EP2K+). En los tres parámetros a medir se han obtenido
valores positivos, S11 tienen una diferencia de 0.37dB (1.37%)
uno con respecto al otro, siendo el fabricante le mejor, pero en
el S21se logra observar que el divisor medido obtiene una
mejoría de 0.98dB con respecto al divisor del fabricante
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(23.45%). Sin embargo, al realizar pruebas con el generador de
señales y con diferentes sustratos, su diferencia al a frecuencia
de a 9.3GHz se obtiene una media en potencia de 1.11dBm.
El sustrato Roger revela unos resultados más favorables que
con sustrato FR4, ya que para los parámetros S11 al comparar
entre el divisor implementado con sustrato Roger y del
fabricante, su diferencia es de 1.58dB (5.04%)su diferencia es
pequeña, mientras que si lo comparamos con sustrato FR4
pos
ee una mejoría mucho mayor este sustrato, de 16.43dB
(35.57%), mientras que para el S21, al comparar entre el divisor
implementado con sustrato Roger y del fabricante, es 1.92dB
(33.02%), pero si lo comparamos con sustrato FR4 posee una
diferencia mayor, de 3.358dB (43.37%) y de la misma forma
sucede con el parámetro S31.
Al medir el parámetro S11 de los multiplicadores se
evidencio que la señal del dispositivo del fabricante tiene una
reflexión de 2.5 dB, mientras que la de los implementados tiene
en promedio una reflexión de 3.96 dB, siendo en la frecuencia
de 5.8 GHz donde existe una mayor reflexión dando un valor
de 16.55 dB. El parámetro S21 medido a la señal multiplicada
indica que se tiene una variación del 2.31% de la potencia, con
respecto a la señal original, sin embargo, en los dispositivos
implementados en la tesis de “Hernández 2019” se tiene una
variación del 58%, es decir que la señal pierde más de la mitad
de la potencia cuando se realiza la multiplicación.
R
EFERENCIAS
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tecnologías, redes y servicios de radiocomunicaciones: el espectro
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truncada para banda x, y, ku en tecnología de guía de onda integrada en
sustrato (siw). Universidad de las Fuerzas Armadas, departamento de Eléctrica
y Electrónica, Carrera de Ingeniería En Electrónica y Telecomunicaciones,
Sangolquí, Ecuador. 2017.
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Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba-Ecuador. 2019..
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Massachusetts at Amherst, John Wiley & Sons, Inc (2012).
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