Miniaturización de una Antena Microstrip
Aplicando Diseño Fractal T-cuadrado
Microstrip Antenna Miniaturization by Fractal T-Square
Desing
Valeria Hernández-Ambato
∗
, Hugo Moreno-Avilés
†
∗
Universidad Politécnica de Valencia, 46022, Valencia, España
†
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, 060155, Riobamba, Ecuador
Email:
∗
vheramb@teleco.upv.es,
†
h_moreno@espoch.edu.ec
Resumen— Este documento describe el diseño e implemen-
tación de una antena fractal microstrip miniaturizada con fre-
cuencia de operación a 2.4 GHz para la aplicación en dispositivos
portables. La antena se desarrolló considerando la frecuencia de
operación y las características del material. El material utilizado
es RO4003C con permitividad dieléctrica ε
r
= 3.38 y espesor h =
0.254 mm. Se aplicó dos técnicas de miniaturización: por la forma
y ranura en el parche. La forma del parche miniaturizado se
definió en la segunda iteración del diseño fractal del T-cuadrado.
El proceso de optimización del diseño de la antena se realizó
mediante simulaciones y se utilizó la herramienta Ansoft Designer.
Se implementó el diseño de la antena final que alcanzó el valor del
parámetro S de -21 dB. Las mediciones se realizaron con la antena
transmisora y receptora separadas a 15 cm y con potencia de
entrada de 15 dBm. El diseño del parche final presentó el 46,65 %
de
miniaturización del tamaño con respecto
al parche original. La
optimización del diseño final de la antena presentó el 62,2 % de
reducción en el tamaño con respecto a la antena microstrip inicial.
Palabras Clave— Antena, Microstrip, Miniaturización, Frac-
tal, Parámetro S.
Abstract— This document describes the design and imple-
mentation of a miniaturized fractal microstrip antenna at 2.4 GHz
operating frequency for application in portable devices. The
antenna was developed considering the operating frequency and
the characteristics of the material. The material used is RO4003C
with dielectric permittivity ε
r
= 3.38 and thickness h = 0.254 mm.
Two miniaturization techniques were applied: shape and groove
in the patch. The shape of the miniaturized patch was defined in
the second iteration of the T-square fractal design. The antenna
design optimization process was carried out through simulations
in Ansoft Designer tool. The antenna was implemented with final
design reached at S parameter value of -21 dB. Measurements
were made with the transmitting and receiving antenna separated
by 15 cm and input power of 15 dBm. The final patch design
presented 46.65% miniaturization in size with respect to the
original patch. The final antenna design optimization presented a
62.2% reduction in size with respect
to the initial microstrip
antenna.
Keywords— Antenna, Microstrip, Miniaturization, Fractal,
Parameter S.
I. INTRODUCCIÓN
Los sistemas inalámbricos permiten una comunicación entre
dos estaciones separadas sin necesidad de estar conectadas por
un medio guiado o cable. La comunicación inalámbrica es
posible con la utilización de antenas en los sistemas de
transmisión y recepción. Las especificaciones, características
del diseño y tipo de antena permiten establecer las expectativas
del funcionamiento de un sistema de comunicación inalám-
brica. La calidad de señal está relacionada con la capacidad,
ganancia y otros parámetros de las antenas y/o del canal [1].
El tamaño de una antena está relacionado con la frecuen-cia
de operación del sistema de comunicación inalámbrico. A
bajas frecuencias el tamaño es mayor y viceversa. Los
dispositivos portables permiten utilizar servicios como wifi y
bluetooth. Existe una aplicación que integra sistemas compat-
ibles con WiFi IEEE 802.11n con el transceptor Bluetooth
IEEE 802.15. Ambos comparten la banda de frecuencia ISM
comprendida desde 2.40 a 2.48 GHz [2]. Considerando la
relación inversamente proporcional a la frecuencia, el tamaño
de las antenas para operar en la banda ISM será pequeño [1].
Se propone el desarrollo de una antena con tecnología
Microstrip, las cuales aparecieron en 1970. Su estructura
se
compone por una placa
de substrato conectada a tierra
(ground) sobre el cual se encuentra un parche metálico. Los
diseños de antenas Microstrip más conocidos son circulares,
rectangulares y están orientadas a tamaños pequeños. Las
principales características son la frecuencia de resonancia,
polarización, patrón e impedancia. Y dentro de las aplicaciones
para las cuales está diseñada son compatibles con diseños
MMIC, por lo que puede ser ubicada en un dispositivo de
mano [1].
No obstante, el espacio en los dispositivos portables es
muy reducido, por esto se necesita optimizar el tamaño del
diseño de las antenas. Una alternativa para reducir el tamaño
de una antena microstrip es usar la teoría fractal. La geometría
fractal está compuesta por fragmentos de formas aleatorias o
repetitivas [3,4]. Se conoce que Nathan Cohen es el inventor
de las antenas fractales, en su patente se describe que el diseño
de una antena está determinado por la geometría euclidiana, la
/ JULIO - DICIEMBRE 2021
Fecha de Recepción: 31/may/2021 Fecha de Aceptación: 28/jun/2021 DOI: 10.47187/perspectivas.vol3iss2.pp36-44.2021
cual define que el área cerrada de una antena es proporcional a
su perímetro [5].
Una antena fractal está compuesta por varias copias de
su forma, pero en diferentes dimensiones dentro de sí. Esto
permite aplicar el diseño para antenas multibanda, reducir el
tamaño original y también para formar arreglos buscando el
comportamiento de una sola antena con su propio patrón de
radicación [3]. En la actualidad la necesidad de reducir el
tamaño de una antena sin afectar la comunicación inalámbrica,
impulsan la evolución de las antenas fractales generando
varios tipos y diseños. Las antenas fractales más conocidas
son el triángulo de Sierpinski, arboles fractales, fractal de
Minkowski, curvas e islas de Kock, entre otras [6,7].
En [7], los autores proponen aplicar diseño fractal a una
antena para reducir el tamaño de un parche microstrip original.
Realizan una comparativa entre los diseños fractales de Koch y
de Minkowski para determinar el porcentaje de reducción. Los
resultados con respecto a la antena con parche rectangular
original y las antenas fractales luego de tres iteraciones mues-
tran que: la antena con diseño de Koch alcanza una reducción
de tamaño del 28,41% mientras que la antena fractal con
diseño de Minkowski con un coeficiente de relación de
0,75 y
0,9, logran una reducción de tamaño de 49,76% y 62,73%
respectivamente. Considerando este trabajo, se plantea que es
posible alcanzar un diseño de antena lo más pequeño mediante
la aplicación de la geometría fractal y los beneficios aportados
por las características del substrato elegido para el desarrollo
de una antena para dispositivos portables.
La estructura de este artículo se detalla a continuación: en la
sección II se describe la metodología de diseño para lo cual se
realiza un breve estudio teórico del modelo de antenas que se
aplica, se indica características del material substrato
necesarios para el diseño del parche de la antena, se describe la
técnicas de miniaturización que se utiliza para el diseño, la
etapa de simulación, optimización y finalmente se evidencia la
implementación de la antena fractal en prototipo de smartwatch
que se considera como un dispositivo portable. En la sección
III, se muestran los resultados de la etapa de simulación y las
mediciones resultantes de la evaluación de la antena
implementada. Al terminar esta sección se determina el
porcentaje de miniaturización de la antena implementada. En la
sección IV se presenta las conclusiones de este trabajo.
II. M
ETODOLOGÍA
El diseño e implementación de la antena fractal propuesta
se divide en cuatro etapas. La primera es el estudio teórico
de metodologías de diseño y miniaturización de antenas, la
segunda etapa es la simulación y optimización de la antena
con la herramienta Ansoft Designer, la tercera etapa es la
implementación de la antena y aplicación dentro de un pro-
totipo de smartwatch y la cuarta etapa es la evaluación del
funcionamiento.
A. Modelo de la línea de transmisión
Se elige este modelo de antena porque parte de un método
empírico para el análisis de antenas microstrip y se utiliza
para el diseño con parches de forma rectangular o circular.
Figura 1. Modelo de la línea de transmisión [8].
Tabla I
CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL RO4003C
Parámetro Dato
Rogers
RO4003C
Nombre
Serie Tipo
Frecuencias
Espesor
Poliéster/cerámico
Altas frecuencias
0.254 mm
Constante dieléctrica ε
r
, para proceso 3.38 ± 0.05
3.55
Constante dieléctrica ε
r
, para diseño
Factor de disipación tangencial
0.0021 ∼ 2.5 GHz
Tabla II
DATOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LA ANTENA
Parámetro Dato
Frecuencia
2.4 GHz
3x10
8
m/s
0.254 mm
Velocidad de la luz,c
Espesor del substrato, h
Constante dieléctrica ε
r
, para diseño
3.55
Ancho de la línea de transmisión proporcionado por el fabricante 0.56 mm
Este modelo considera los bordes de la antena como dos slots
o aperturas que irradian energía. Cada uno de los slots está
definido por una medida. Estas medidas se describen como W
(ancho de la antena) y L (largo de la antena). El modelo de
línea de transmisión se muestra en la Figura 1 [8].
B. Diseño de la antena microstrip a 2.4 GHz
El dimensionamiento de la antena microstrip se desarrolló
basado en la metodología propuesta en [9]. Se inició con
la elección del material substrato sobre el cual se realizó
el diseño. En la Tabla I se muestra los datos técnicos del
material substrato elegido. Seguido, se realizó el cálculo de las
dimensiones de la antena que está en dependencia del tipo de
material. Se calculó los valores de las dimensiones del parche
en función de la frecuencia de operación de 2.4 GHz. Los
datos necesarios para el cálculo se detallan en la Tabla II.
El detalle de los cálculos se describe en las siguientes
ecuaciones:
Ancho del parche:
W =
c
2 ∗ f
2
ε
r
+ 1
= 41.44mm (1)
/ JULIO - DICIEMBRE 2021
37
3
Figura 2. Esquema de la antena microstrip a 2.4 GHz
Constante dieléctrica efectiva:
2
ε
r
+ 1
ε
eff
= +
2 ∗
ε
r
− 1
1 + 12
h
W
= 3.51 (2)
Longitud efectiva del parche:
L
eff
=
c
2 ∗ f ∗
√
ε
eff
= 33.36mm (3)
Longitud del substrato:
L = (0.412 ∗ h)
(ε
eff
+ 0.3)(
W
h
+ 0.264)
(ε
eff
− 0.258)(
W
h
+ 0.8)
= 0.12mm (4)
Longitud real del parche:
L = L
eff
− 2 L = 33.12mm
(5)
En base a los cálculos efectuados, el parche es un rectángulo
de medidas W x L (41,44mm x 33.12mm). Sin embargo,
para la aplicación de geometría fractal es conveniente trabajar
con una estructura cuadrada, por lo que es mejor tomar estas
medidas en la forma W x W o L x L [10]. Se decide por el
dimensionamiento más pequeño, es decir L x L. Finalmente,
el diseño del parche microstrip con modelo de la línea de
transmisión se muestra en la Figura 2.
C. Simulación de la antena microstrip a 2.4 GHz
Esta etapa inicia con el diseño de la Figura 2 que es el
parche microstrip original a 2.4 GHz. La simulación de la
antena se realizó en el programa Ansoft Designer, versión
estudiantil. En la Tabla II se especificó el diseño del parche de
la antena microstrip y el ancho de la línea de transmisión.
Debido a las propiedades del material la línea de transmisión es
muy delgada, y provoca que sea muy larga. A demás, el
parámetro S no fue eficiente por lo que se
requirió añadir un
acoplador de cuarto de onda para reducir el efecto de reflexión
de la onda que se estaba generando, el diseño simulado se
muestra en la Figura 3. Las dimensiones de la antena se
detallan en la Tabla III. La longitud total del primer diseño de
antena microstrip es de 62.77 mm.
La Figura 4 muestra la gráfica del parámetro S o VSWR que
indica el nivel de acoplamiento del parche con la línea
Figura 3. Antena microstrip a 2.4 GHz simulada.
Tabla III
DIMENSIONES DE LA ANTENA MICROSTRIP A 2.4GH
Z
Variable Valor
Variable Valor
L
33.12 mm
d_A
17.4 mm
d_L
12.25 mm
w_A
1.14 mm
w_L
0.56 mm
– –
de transmisión e indica la frecuencia de resonancia de la
antena microstrip convencional a 2.4 GHz. En la metodología
para el diseño de antenas, el valor del VSWR de una antena
diseñada y simulada debe superar el valor de -10 dB. La antena
microstrip original presenta un nivel de -13 dB con frecuencia
de resonancia a 2.4 GHz.
D. Técnicas de Miniaturización
Típicamente, las antenas microstrip son de tamaño reducido,
pero es conveniente reducir aún más, a lo máximo posible, para
aplicaciones que necesitan que se cumpla este requerimiento,
como, por ejemplo: teléfonos celulares. En este documento se
propone la aplicación en dispositivos portables ejemplificado
Figura 4. Parámetro S de antena microstrip convencional a 2.4 GHz.
38
4
Figura 5. Tipos de ranuras para miniaturización [11].
en un smartwatch.
En [11] se detalla que existen siete técnicas de miniaturización
para parches Microstrip, las cuales son por: naturaleza del
sustrato, ranura en el parche, el uso de cargas concentradas
o distribuidas sobre el parche, simetría, forma del parche, uso
de estructuras periódicas y metamateriales. En este trabajo
se elige dos técnicas para la miniaturización y se detallan a
continuación:
• Miniaturización por ranura en el parche
Está técnica consiste en la eliminación de una o varias sec-
ciones de material conductor y/o dieléctrico del interior del
área del parche microstrip. Esto provoca que la propagación
de onda sea más lenta causando una frecuencia de resonancia
u operación más baja. Sin embargo, tiene aspectos negativos
en el ancho de banda de la antena, ganancia y efectividad.
Algunos ejemplos de ranura se muestran en la Figura 5 [11].
• Miniaturización por forma del parche
Es una opción para lograr una antena más pequeña y menos
voluminosa. Lo importante de esta técnica es el cambio en
la geometría de la antena. La geometría fractal o diseños
fractales logran diseños que presentan buenas características
de radiación para antenas microstrip. Ejemplos de geometrías
fractales en diferentes iteraciones se muestran en la Figura
6
[11].
E.
Diseño del parche fractal microstrip miniaturizado
Al dimensionamiento del parche original se aplicó interac-
ciones fractales como método de miniaturización. El número
de interacciones fueron los necesarios hasta cumplir con el
objetivo de miniaturizar al máximo posible la longitud del
parche microstrip. El desafió de este método fue mantener la
frecuencia de operación de la antena en 2.4 GHz. Se propone
cumplir que la sumatoria de las medidas de todos los
segmentos en que se fragmente el lado modificado del parche
debe ser igual a la medida original.
El diseño original del parche cuadrado tiene por medida L
= 33.12 mm, como se indica en la ecuación (5). El diseño
fractal del T-cuadrado no se considera un diseño conocido o
frecuentemente aplicado, como se indica en la sección I. Por
Figura 6. Geometrías fractales para parche [11].
tanto, se plantea que el aporte novedoso de este artículo es
proponer la miniaturización del parche de la antena microstrip
por línea de transmisión utilizando este diseño fractal. En la
Figura 7 se muestra las distintas posibles iteraciones de este
tipo de diseño fractal aplicado al parche inicial Microstrip.
En la Figura 8, se observa la antena fractal microstrip luego
de una iteración de factorización con el diseño del T-cuadrado.
El VSWR se afectó, por lo que fue necesario añadir otra línea
de transmisión antes del acoplador para superar los -10 dB.
En la Figura 9, se muestra la resonancia en frecuencia de
la antena y se evidencia que la frecuencia de operación se
desplazó a 2.72 GHz. Este cambio es debido a la aplicación de
la técnica de miniaturización por la forma del parche debido a
que se reduce el tamaño del parche, aumentando la frecuencia.
Se realizó una segunda iteración fractal al parche microstrip
Figura 7. Fractal del T-cuadrado con cuatro iteraciones [12].
Figura 8. Antena fractal después de la primera iteración.
39
5
Figura 9. Frecuencia de resonancia en 2.72 GHz después de una iteración.
Figura 10. Antena fractal después de aplicar dos técnicas de miniaturización.
y se aplicó la otra técnica de miniaturización: ranura en
el parche. Este proceso permitió corregir la frecuencia de
resonancia de la antena para que opere en 2.4 GHz. Revisar
Figura 10 – 11.
Además, en la Figura 11 se observa que el valor del
parámetro S alcanzó el valor de -20 dB. Se decidió terminar
con la etapa de reducción del parche en la segunda iteración
considerando que se alcanzó un buen nivel de acople de la
antena.
En la primera iteración se alcanza un parche de lado
cuadrado que mide L1=24.84mm, se muestra en la Figura
8. En la segunda iteración se substrajo en cada una de las
subdivisiones una porción en forma de rectángulo por cada
lado. En la parte central de cada uno de los lados del parche
cuadrado se redujo la distancia del corte para dar el aspecto
de una T. En los lados internos de este corte se substrajo solo
la mitad de un rectángulo. Ahora, el lado cuadrado del parche
mide L2 = 17,664 mm como se muestra en la Figura 10. Sin
embargo, la sumatoria de las subdivisiones en cada lado del
diseño fractal es
igual al lado L del parche original.
F. Optimización de la antena fractal microstrip
La optimización de la antena fractal microstrip se realizó
modificando la forma de la línea de alimentación entre el
acoplador de cuarto de onda y el parche para reducir la
longitud total del arreglo de la antena. La nueva forma es
espiral rectangular, la distancia de la espiral es la necesaria
Figura 11. Frecuencia de resonancia en 2.4 GHz y VSWR de -20dB.
para que la parte imaginaria de la carga previo al acoplador sea
cero. El ancho de la línea de transmisión fue modificado con el
propósito de mejorar el nivel del parámetro S. El diseño final
de la antena fractal microstrip miniaturizada que se
implementó se muestra en la Figura 12 y las dimensiones de la
antena se indica en la Tabla IV.
El comportamiento del parámetro S de la antena fractal
microstrip miniaturizada y optimizada se muestra en la Figura
13. El nivel de potencia es -20.49 dB a la frecuencia de
Figura 12. Antena miniaturiza y optimizada a 2.4 GHz.
Tabla IV
DIMENSIONES DE LA ANTENA MINIATURIZADA Y
OPTIMIZADA
Variable Valor Variable Valor
L2
17.664 mm
a
3.95 mm
w_L2
0.5 mm
b
1 mm
d_A2
15.5 mm
c
1 mm
w_A2
1.946 mm
d
1.25 mm
d_L22
2 mm
e
3.428 mm
D
10.4 mm
f
6.85 mm
d_r
3.312 mm
g
3.428 mm
40
Figura 13. Parámetro S de antena optimizada a 2.4 GHz.
Figura 14. Patrón de radiación en frecuencia de 2.4 GHz.
2.4 GHz. Este valor del parámetro S del diseño final de la
antena fractal es mejor respecto al valor de -13 dB la antena
microstrip convencional. Esto muestra que después de las
iteraciones de fractalización aplicadas se ha logrado un mejor
acoplamiento.
El patrón de radiación resultante de la simulación se muestra
en la Figura 14. Se graficó el plano E y plano H en 0 y 90
grados para los diferentes ángulos de Phi y Tetha. Se observa
que la antena fractal microstrip diseñada presenta un patrón
omnidireccional en ambos planos de propagación.
En la Figura 15 se muestra el diagrama de la ganancia total
aceptada entre los planos E y H de la antena fractal microstrip.
La ganancia se determina considerando las pérdidas de la an-
tena, conductor, dieléctrico, modo de alimentación. Se observa
que en la parte de máxima radiación se obtiene el valor de
17.76 dBm ubicado en el punto central de la curva de color
amarillo como indica el marcador.
Figura 15. Diagrama de ganancia aceptada en 2.4 GHz.
Tabla V
COMPARACIÓN DE DIMENSIONES DEL PROTOTIPO
IMPLEMENTADO Y SMARTWATCH FUNCIONALDIMENSIONES DE
LA ANTENA MICROSTRIP A 2.4GH
Z
Parámetro Valor Variable Valor
Ancho
22.66 mm
Largo
40 mm 30 mm
48 mm 54 mm
41.55 mm
G. Encapsulamiento de la antena en un prototipo de estruc-
tura de smartwatch
Un smartwatch es un reloj inteligente que hoy en día puede
realizar varias funcionalidades complementarias a un teléfono
celular y conectividad wifi y bluetooth cuyas frecuencias de
operación es 2.4 GHz. Para evaluar el prototipo, se fabricó la
antena en una maquina CNC y posterior se colocó la antena
dentro de un prototipo de estructura de smartwatch que se
construyó para ejemplificar la aplicación en un dispositivo
portable. El prototipo se construyó en una impresora 3D con
material PLA en color negro, como se muestra en la Figura 16.
Para determinar si el tamaño de la antena es conveniente
para una implementación real de dispositivo portable, en la
Tabla V se resume una comparación de las dimensiones
del prototipo implementado y un dispositivo smartwatch fun-
cional.
III. R
ESULTADOS
Las mediciones de laboratorio sobre la antena fractal mi-
crostrip implementada se desarrolló con una distancia de sep-
aración entre la antena Tx y Rx de 15 cm. En el escenario de
medición se utilizó el generador de señales Anritsu MG3690C
y un el analizador de espectro Anritsu MS2427C. Se realizó
un barrido de frecuencias dentro del span de 400 MHz con
frecuencia central en
2.4 GHz y potencia del transmisor de
15dBm para determinar la curva del nivel de potencia recibida.
Estos resultados se muestran en la Figura 17, donde se observa
que en 2.4 GHz se tiene aproximadamente -72.3 dBm de
41
Figura 16. Prototipo de estructura de smartwatch con la antena implementada.
Figura 17. Barrido de frecuencias en span de 400 MHz.
potencia recibida. En contraste con los datos de simulación
evidenciados en la Figura 13, el resultado de la medición
reveló que la antena implementada está operando en 2.41 GHz
y no en 2.4 GHz como se esperaba.
El ancho de banda se calcula considerando 3dB a cada lado
del pico más alto del espectro de potencia de la antena. Se
elige al lado izquierdo y de determina = -392.72 KHz. La
ecuación para calcular el ancho de banda es:
BW = 2 ∗ | | ≈ 785KHz
(6)
Figura 18. Plano E del patrón de radiación medido de la antena fractal
microstrip a 2.41 GHz.
Figura 19. Plano H del patrón de radiación medido de la antena fractal a
2.41 GHz.
A demás, a partir del espectro de la antena fractal microstrip
se pudo determinar el patrón de radiación medido a frecuencia
de 2.41 GHz, se determinó en el plano E y H. Se muestra en la
Figura 18, que el campo radiado en este plano se encuentra
ubicado en 0° ≤ ϕ ≤ 90° y 270° ≤ ϕ ≤ 360°.
El plano H del patrón de radiación de la antena fractal
microstrip se muestra en la Figura 19. El campo radiado se
encuentra en 0° ≤ θ ≤ 180°.
El diagrama de la ganancia medida de la antena implemen-
tada se muestra en la Figura 20 donde se observa que el valor
42
Figura 20. Ganancia medida de la antena fractal microstrip a 2.41 GHz.
Figura 21. Comparación de la dimensión L del parche.
en 90º tiene el valor de 18.45 dBm.
Respecto a la miniaturización, se compara el tamaño del
parche original L que se indica en la Tabla III con el tamaño
del parche final L2 después de la segunda iteración que se
indica en la Tabla I V. Se evidencia que el valor de los lados del
parche son L = 33.12 mm y L2 = 17.66 mm. Esto equivale a
que al aplicar el diseño fractal T-cuadrado se redujo el tamaño
del parche en un 46.65%. En la Figura 21 se muestra un
diagrama de barras que representa esta comparativa.
La antena microstrip original que se muestra en la Figura 3
tiene una longitud aproximadamente de 62.77 mm mientras
que la antena miniaturizada con el diseño fractal del T-
cuadrado y optimizada mediante simulación que se muestra en
la Figura 8 presenta una longitud aproximadamente 39.05 mm.
El porcentaje de reducción de la antena fractal microstrip final
es de 62.2%. Estos valores se encuentran en las Tablas III y IV
respectivamente. La evidente diferencia de longitudes entre el
diseño original y funcional con el diseño optimizado final
confirma la miniaturización. En el Figura 22 se muestra,
Figura 22. Comparación de la dimensión máxima de la antena microstrip.
Figura 23. Tamaño de smartwatch vs antena implementadaComparación de
la dimensión máxima de la antena microstrip.
en diagrama de barras, la diferencia de dimensión máxima
entre el diseño de antena microstrip original simulado y la
antena fractal optimizada e implementada.
Es importante determinar si el tamaño de la antena imple-
mentada posee un tamaño apto para ser implementada en un
dispositivo portable funcional. Se consideró un smartwatch
como ejemplo, la Figura 23 hace referencia a la Tabla IV,
en la cual se observa una comparación de medidas de ancho
y largo entre un smartwatch funcional, prototipo y la antena
fractal implementada.
Se observa que el tamaño de la antena es menor que el tamaño
del smartwatch funcional pero también se observa que el
smartwatch prototipo es más largo que el funcional, pero esto
fue debido al cable coaxial utilizado para la alimentación por
línea de transmisión. Se debe considerar que en un dispositivo
electrónicamente implementado el modo de alimentación se lo
realiza de manera compacta sin la necesidad de utilizar cables.
IV. C
ONCLUSIÓN
Se cumplió con el objetivo de miniaturizar una antena
microstrip convencional mediante la aplicación de las técnicas
de miniaturización por ranura y por la forma del parche. Esta
segunda técnica se realizó mediante la
aplicación de diseño
fractal del T-cuadrado. La antena final luego de dos iteraciones
fractales y optimizada la línea de transmisión, presento el
46.6% de reducción respecto al tamaño del parche original. El
dimensionamiento máximo final de la antena fue de 39 mm
aproximadamente, que representa el 62.2% con respecto
43
a la antena original. Posterior al barrido de frecuencias se
determina que la antena fractal microstrip implementada opera
a la frecuencia de 2.41 GHz. El valor del ancho de banda de la
antena evaluada físicamente es 785 KHz. El patrón de
radiación simulado y medido de la antena es omnidireccional.
La ganancia medida de la antena es 18.45 dBm en la dirección
de θ = 90º. Finalmente, la antena puede ser implementada en
prototipos de dispositivos portables.
R
EFERENCIAS
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