Diseño de antenas pequeñas para dispositivos IoT en banda ISM 900

Abstract

Actualmente el número de dispositivos conectados a internet crece cada día y por ello, el diseño de antenas es algo que varía en función de la aplicación, frecuencia, tamaño del dispositivo, alcance necesario o eficiencia energética. Por este motivo, en el presente trabajo se hace un estudio enfocado a la reusabilidad de los diseños de antena en función del tamaño del dispositivo (diferentes planos de masa). Herramientas como HFSS, Matlab o IE3D sirven para poder simular antenas o circuitos electromagnéticos y han sido de ejemplo en otros proyectos. En este proyecto, se va a hacer uso de la herramienta de CST Studio Suite y se va a enseñar como utilizarla para realizar un diseño de una antena monopolo en forma de meandro centrada en 900 MHz. Además, se mostrará como usar macros que permiten lanzar múltiples simulaciones automáticas sin la necesidad de editar el diseño por cada simulación y que permiten ahorrar tiempo en el diseño. Debido a la gran cantidad de dispositivos IoT que salen al mercado, se va a hacer un estudio de la reusabilidad de la antena para la banda que utiliza LoRa (863 - 928 MHz) para múltiples tamaños de planos de masa (desde 20 mm x 30 mm hasta 200 mm x 200 mm) haciendo uso de las macros creadas. Para este caso, haciendo uso de redes de adaptación, se consigue una reusabilidad del 0.58% y una eficiencia del 60.1%. Por último, se comparará los resultados con una solución comercial llamada Antenna Booster que obtiene una reusabilidad del 53.8% para 342 planos de masa diferente y también con una antena monopolo en forma de espiral.

Nowadays, the number of devices connected to the internet is growing every day and therefore, antenna design changes depending on the application, frequency, device size, required range or energy efficiency. For this reason, in this work it is studied the reusability of antenna designs depending on the size of the device (different mass planes). Tools such as HFSS, Matlab or IE3D are used to simulate antennas or electromagnetic circuits and have been used as examples in other projects. In this project, CST Studio Suite tool will be used and shown how to use it to design a meander-shaped monopole antenna centred at 900 MHz. In addition, it will be shown how to use macros that allow to launch multiple automatic simulations without the need to edit the design for each simulation, allowing to save time in the design. Due to the large number of IoT devices coming to the market, a study of the reusability of the antenna for the LoRa band (863 - 928 MHz) for multiple ground plane sizes (from 20 mm x 30 mm to 200 mm x 200 mm) will be made using the created macros. For this case, using adaptive networks, a reusability of 0.58% and an efficiency of 60.1% is achieved. Finally, the results will be compared with a commercial solution called Antenna Booster that obtains a reusability of 53.8% for 342 different mass planes and also with a spiral monopole antenna.