Análisis y diseño de antenas mediante Matlab

Abstract

Este trabajo surge de la falta de una herramienta para la caracterización y estudio de antenas 2D con geometrías no estándar de manera rápida y al alcance de cualquier estudiante. En él, se analizan las posibilidades de Matlab Antenna Toolbox para el estudio de antenas 2D con geometrías definidas en las librerías y también con las creadas mediante código o a partir de una imagen. La metodología seguida parte de observar las posibilidades de Matlab Toolbox en su interfaz gráfica para optimizar las dimensiones del plano de masa de una antena tipo monopolo. Después, se crean antenas 2D con formas diseñadas mediante código y se utiliza este procedimiento para mejorar el ancho de banda de un monopolo mediante la adición de un orificio en el plano de masa. Además, se añade al código la obtención de la carta de Smith y de un circuito de adaptación sin necesidad de realizar ningún cálculo, con la finalidad de adaptar la antena diseñada mediante código. Finalmente, se estudia la posibilidad de obtener una antena que podamos simular a partir de una imagen. La conclusión es que Matlab no solo es válido para la simulación de antenas 2D con geometrías de diseño propio, sino que, debido a su gran número de usuarios, sus múltiples herramientas y la posibilidad de poder tener todos los diseños y funciones en un fichero de código, se trata de un software que aporta unas funcionalidades para el análisis y diseño de antenas que no presenta ningún otro software del mercado.

This work arises from the lack of a tool for a rapid characterization and study of 2D antennas with non-standard geometries within the reach of any student. In this thesis, we analyze the possibilities of Matlab Antenna Toolbox for the study of 2D antennas with geometries defined in the libraries, created by code or from an image. The methodology followed begins by observing the possibilities of Matlab Toolbox in its graphical interface to optimize the dimensions of the ground plane for a monopole antenna. Afterwards, 2D antennas with code-designed shapes are created. This procedure is used to improve the bandwidth of a monopole by adding a slot in the ground plane. In addition, the obtention of the Smith chart and a matching circuit are added to the code with no manual calculations needed in order to match the antenna designed by code. Finally, the possibility of generating an antenna from an image that can be simulated is studied. The conclusion is that Matlab is not only valid for simulating 2D antennas with custom geometries, but also, due to its large number of users, its multiple tools, and the possibility of having all the designs and functions in a text file. Matlab is a software that provides functionalities for the analysis and design of antennas that no other software in the market is capable of.

Aquest treball sorgeix de la manca d'una eina per a la caracterització i estudi d'antenes 2D amb geometries no estàndard de manera ràpida i a l'abast de qualsevol estudiant. En ell, s'analitzen les possibilitats de Matlab Antenna Toolbox per a l'estudi d'antenes 2D amb geometries definides a les llibreries i també amb les creades mitjançant codi o a partir d'una imatge. La metodologia seguida part d'observar les possibilitats de Matlab Toolbox en la seva interfície gràfica per optimitzar les dimensions de mapa de la massa d'una antena tipus monopol. Després, es creen antenes 2D amb formes dissenyades mitjançant codi i s'utilitza aquest procediment per millorar l'ample de banda d'un monopol mitjançant l'addició d'un orifici en el pla de massa. A més, s'afegeix a el codi l'obtenció de la carta de Smith i d'un circuit d'adaptació sense necessitat de realitzar cap càlcul, amb la finalitat d'adaptar l'antena dissenyada mitjançant codi. Finalment, s'estudia la possibilitat d'obtenir una antena que puguem simular a partir d'una imatge. La conclusió és que Matlab no només és vàlid per a la simulació d'antenes 2D amb geometries de disseny propi, sinó que, per la seva gran nombre d'usuaris, les seves múltiples eines i la possibilitat de poder tenir tots els dissenys i funcions en un fitxer de codi, es tracta d'un programari que aporta unes funcionalitats per a l'anàlisi i disseny d'antenes que no presenta cap altre programari de mercat.