Reconfigurable antennas for reliable communications in industrial environments

Resumen

El trabajo presentado en esta tesis doctoral está centrado en mejorar la fiabilidad de las comunicaciones inalámbricas en entornos industriales desde la perspectiva de la antena. Esta clase de entornos se caracterizan por la presencia de objetos metálicos, interferencias electromagnéticas y desvanecimientos por multi-trayecto. Para mitigar estos efectos, el trabajo desarrollado ha sido el siguiente: ¿ Se ha estudiado una antena plana IFA (inverted F-antenna), operando en la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) de 2.45 GHz, en términos de impedancia, eficiencia y diagrama de radiación cuando se la acerca a una superficie metálica. En este punto se ha definido el concepto de Clearance Distance como la distancia mínima entre antena y metal que garantiza una eficiencia de radiación y ancho de banda aceptables. Para mejorar esta distancia se ha propuesto el diseño de una red de adaptación reconfigurable, de manera que la antena se pueda acercar aún más a una superficie metálica sin sufrir degradación en el rendimiento. ¿ Por otro lado, para aumentar la robustez frente a interferencias de banda ancha y multi-trayecto, se ha propuesto el diseño de una antena reconfigurable en frecuencia basada en topología de parche (por tanto, robusta frente a superficies metálicas), capaz de operar en las bandas ISM de 868 MHz y 2.45 GHz, lo que supone una relación de reconfiguración de 3 entre las dos bandas de trabajo. La reconfiguración se ha conseguido utilizando diodos PIN, el impacto de los cuales en el rendimiento de la antena ha sido estudiado en profundidad. Se ha desarrollado también un método analítico sencillo para estimar la frecuencia de resonancia de antenas de parche compactas con diferentes configuraciones de slots. Finalmente, dada la orientación práctica de esta tesis doctoral, la antena reconfigurable diseñada se ha integrado en una plataforma CR (Cognitive Radio) reconfigurable a todos los niveles (FPGA, front-end y antena).