Técnicas de simplificación de redes de alimentación para el diseño de agrupaciones de antenas y cálculo dosimétrico de SAR en animales pequeños mediante FDTD

Zusammenfassung

En esta tesis se presentan dos líneas de investigación distintas, aunque ambas estrechamente relacionadas con el electromagnetismo. Así, en la primera de ellas se hace un estudio exhaustivo de distintas técnicas que permiten simplificar las redes de alimentación de las agrupaciones de antenas, mientras que en la segunda se presentan distintos sistemas de dosimetría de SAR sobre animales pequeños en los que se utilizan técnicas de FDTD. Las agrupaciones o arrays de antenas presentan grandes ventajas como son el control preciso del diagrama de radiación o la posibilidad de realizar un barrido rápido del haz. Además suelen ser antenas compactas, de tamaño reducido y con prestaciones superiores a otro tipo de antenas. El principal inconveniente de los arrays de antenas reside en el coste y complejidad de las redes de alimentación necesarias para su funcionamiento. Con esta motivación, en esta tesis se desarrollan técnicas que minimizan este problema, ya que permiten diseñar arrays de antenas con una red de alimentación sencilla. Así, tras una breve introducción de los conceptos básicos de las agrupaciones de antenas, presentada en la primera parte del capítulo 1, se lleva a cabo, en el segundo capítulo, un estudio minucioso de las ventajas de utilizar la técnica de subarrays en el diseño de arrays de antenas. En el tercer capítulo, se describen dos métodos que hacen posible sintetizar diagramas suma y diferencia compartiendo parte de las excitaciones de los elementos que forman el array. Además, en uno de estos métodos se combina la técnica de subarrays para reducir en mayor grado la complejidad de la red de alimentación. En el cuarto capítulo se presenta una técnica que permite obtener diagramas footprint mediante el uso de elementos dispuestos en anillos concéntricos. En el quinto capítulo se realiza un análisis de tolerancia de arrays antenas que sintetizan diagramas de haz perfilado. Finalmente, en el sexto capítulo se presentan varias técnicas de diseño de arrays de antenas basadas en la utilización de elementos parásitos que permiten obtener diagramas de radiación de altas prestaciones y, al mismo tiempo, simplificar la red de alimentación. Además, se muestran resultados experimentales mediante un prototipo construido con una de las técnicas propuestas. Por otra parte, en los últimos años el uso de tecnologías de comunicación inalámbricas se ha extendido de forma generalizada en nuestro entorno (telefonía móvil, Bluetooth, 3G, etc.). Este hecho, hace que exista una preocupación creciente de la población sobre el posible daño de los campos electromagnéticos a los que estamos expuestos de forma cotidiana. Ésta ha sido la motivación en la segunda línea de investigación que se presenta en esta tesis. Así, tras una breve introducción en el capítulo 1 sobre conceptos básicos en los cálculos dosimétricos de SAR, en el séptimo capítulo se presentan 3 sistemas de dosimetría diferentes para obtener valores de SAR sobre animales pequeños. En el primero de los sistemas, se utiliza una radiación GSM a 900 MHz en una caja metálica de onda viajera sobre ratas epilépticas. En el segundo, se realiza un estudio a 2,45 GHz en una cámara GTEM en el que se observa la expresión de la proteína HSP-90 en el cerebro y la glándula tiroides de los animales radiados. Finalmente, en el tercer sistema se utilizan dos frecuencias simultáneamente, 900 MHz y 2,45 GHz, sobre los animales. Se pretende observar los efectos de las radiaciones electromagnéticas simultáneas a las que estamos sometidos cotidianamente. En todos los sistemas presentados se utilizan técnicas de simulación numérica basadas en FDTD para obtener los valores de SAR sobre los animales. Finalmente, en el capítulo 8 se enumeran las conclusiones que se derivan de este trabajo.