Diseño de antenas para estaciones de GPS mediante parametrización de las corrugaciones de choke

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado consiste en el diseño y optimización de una antena de choke para estaciones de GPS en banda L utilizando una antena de parches circulares apilados como elemento radiante de la antena y conectores coaxiales como alimentación usando polarización circular. Como diseño inicial de este proyecto, se parte del modelo de bocina con cuatro chokes optimizados para dos frecuencias propuesto por los autores en [1], que posee gran pureza de polarización y baja componente contrapolar en la banda X. Este modelo de bocina de chokes, con una disposición del ángulo de los chokes invertidos, similar a los modelos de antenas de chokes 3D de GPS propuestos por los autores en [2], que presentan ventajas frente a la geometría 2D de antenas de GPS en aspectos de estabilidad del centro de fase, reducción del multi-trayecto, y mayor ganancia de señal para bajos ángulos de inclinación de señales de GPS. Para la optimización de la antena con chokes en la banda de frecuencia establecida (1.21-1.58), se llevará a cabo el estudio del impacto de la geometría 3D respecto a una serie de parámetros. El primer estudio paramétrico será el de la optimización de los anchos de los chokes. Posteriormente, se realizarán dos estudios paramétricos: el primero sobre la variación de las pendientes lineales que forman los chokes entre sí, y el segundo de la disposición de la envolvente que forman los chokes según una función coseno, respetando para cada caso la profundidad de la pared interior o exterior del choke. Tras obtener los mejores modelos de antenas con chokes para cada caso de estudio, se implementará y optimizará una antena de parches circulares apilados como elemento radiante. Se parametrizarán sus dimensiones y se valorará el uso de bocados en los parches. Finalmente, se integrará la antena completa utilizando los cinco mejores modelos de antenas con chokes obtenidos en los estudios paramétricos, junto con el mejor modelo de la antena de parches circulares. Se valorarán los resultados del modelo de antena completa, y se comparará frente a los modelos comerciales de antenas de choke 2D para GPS revisando las especificaciones de modelos como el de ThalesThis Bachelor Thesis consists in the design and optimization of a choke ring antenna for GPS permanent stations in L-band using a circular stacked patch antenna as antenna element and coaxial connectors as feeding using circular polarization. As an initial design, this project is based on the four optimized choke ring model for two frequencies proposed by the authors in [1], which has high purity polarization and low crosspolarization for X-band. This choke ring model, with an invested angle choke layout, similar to the 3D GPS choke ring models proposed by the authors in [2], which have some advantages over the 2D geometry of the GPS antennas in issues of stability of the phase center, multipath reduction and higher signal gain for low elevation tracking. So that the optimization of the choke ring antenna at the set frequency band (1.21-1.58), it will be carried out the study of the impact of the 3D geometry over a number of parameters. The first study will be the optimization of the wide chokes. Subsequently, two parametric studies will be performed: the first one about the variation of the linear slopes that chokes form between them, and the second one about the envelope that chokes can form in a cosine model respecting in each case the depth of the inner or outer wall of the choke. After obtaining the best choke ring models for each case of study, it will be implemented and optimized a circular stacked patch antenna as antenna element. Its dimensions will be parameterized, and it will be assessed the use of bites on the patches. Finally, the complete antenna will be integrated using the best five choke ring antenna models obtained at the parametric studies, along with the best circular patch antenna model. The results of the complete antenna model will be evaluated, and they will be compared with the 2D GPS choke ring commercial models checking the specifications from models as the Thales on