Análisis y simulación antena de grafeno basada en el Triángulo Fractal de Sierpinski

Abstract

El importante crecimiento de los dispositivos y las redes de comunicaciones acontecido en los últimos tiempos junto con la necesidad de proveer de comunicaciones eficientes, hace que se busquen diseños de antenas miniaturizadas basados en nuevos materiales que provean de mayores anchos de banda y por lo tanto mejores velocidades de transmisión. En el presente proyecto se diseñan y analizan varias versiones de una antena fractal de grafeno. Por un lado se ha elegido este nanomaterial puesto que presenta una conductividad eléctrica muy alta y aplicado a una antena de dimensiones del orden de nanómetros, permite la propagación de las ondas electromagnéticas en las frecuencias de terahercios. Por otro lado, se ha seleccionado un diseño fractal porque éstos proporcionan un gran ancho de banda, comportamiento multibanda y una elevada ganancia. Para alcanzar el objetivo planteado se ha desarrollado el código de Matlab necesario para integrarse con CST Studio Suite, de modo que se pudiera diseñar la antena microstrip fractal para diversos órdenes, de forma rápida y eficiente. Así pues, se han podido comparar los distintos diseños implementados con diferentes materiales para obtener las conclusiones. Como conclusión se ha verificado lo que demostraban trabajos previos sobre la influencia del potencial químico del grafeno con respecto a la frecuencia de resonancia de la antena y con el cambio de sustrato.

L'important creixement dels dispositius i les xarxes de comunicacions esdevingut en els darrers temps juntament amb la necessitat de proveir de comunicacions eficients, fa que es busquin dissenys d'antenes miniaturitzades basats en nous materials que proveeixin de majors amples de banda i per tant millors velocitats de transmissió. En aquest projecte es dissenyen i analitzen diverses versions d'una antena fractal de grafè. D'una banda, s'ha triat aquest nanomaterial ja que presenta una conductivitat elèctrica molt alta i aplicat a una antena de dimensions de l'ordre de nanòmetres, permet la propagació de les ones electromagnètiques a les freqüències de terahercis. D'altra banda, s'ha seleccionat un disseny fractal perquè proporcionen un gran ample de banda, comportament multibanda i un guany elevat. Per assolir l'objectiu plantejat, s'ha desenvolupat el codi de Matlab necessari per integrar-se amb CST Studio Suite, de manera que es pogués dissenyar l'antena microstrip fractal per a diversos ordres, de manera ràpida i eficient. Així, doncs, s'han pogut comparar els diferents dissenys implementats amb diferents materials per obtenir les conclusions. Com a conclusió s'ha verificat allò que demostraven treballs previs sobre la influència del potencial químic del grafè respecte a la freqüència de ressonància de l'antena i amb el canvi de substrat.

The significant growth of communication devices and networks in recent times, together with the need to provide efficient communications, has led to the search for miniaturized antenna designs based on new materials that provide higher bandwidths and therefore better transmission speeds. In the present project a graphene fractal antenna is designed and analyzed. On the one hand, this nanomaterial has been chosen because it has a very high electrical conductivity and when applied to an antenna of nanometer dimensions, it allows the propagation of electromagnetic waves at terahertz frequencies. On the other hand, a fractal design has been selected because it provides a high bandwidth, multiband behavior and high gain. In order to achieve the proposed objective, the Matlab code needed to integrate with CST Studio Suite has been developed, so that the fractal microstrip antenna could be designed for different orders quickly and efficiently. Thus, it has been possible to compare the different designs implemented with different materials to obtain the conclusions. In conclusion, previous work on the influence of the chemical potential of graphene with respect to the resonance frequency of the antenna and with the change of substrate has been verified.