Análisis de la ganancia de una antena dipolo de media onda para la frecuencia de 2.4GHz

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Title: Análisis de la ganancia de una antena dipolo de media onda para la frecuencia de 2.4GHz
Authors: Oña Suntaxi, Alex Michael
Advisor: Cuichán Morales, Carlos Augusto
Abstract: The dipole antenna is frequently used in wireless systems, but its actual performance can differ from the theoretical model due to factors such as environmental conditions, material quality, manufacturing precision, and interaction with nearby structures. This discrepancy can reduce its effective gain and impact communication system performance. Therefore, it is essential to conduct an analysis that combines simulations and experimental measurements to optimize its performance at the frequency of interest. This study analyzes the gain of a half-wave dipole antenna operating in the Wi‑Fi band (2.38 GHz–2.42 GHz), using simulations in ANSYS HFSS and linear regression modeling in RStudio. Gain optimization is performed based on key dimensions (radius, length, and gap) and the materials of the antenna arms (aluminum, copper, gold) and the dielectric in the gap (PTFE, alumina, plastic). The results show a correlation exceeding 97 % between gain and physical dimensions and demonstrate that construction material significantly influences electromagnetic behavior. Predictive models with R² values exceeding 97 % were obtained, indicating high explanatory power. Additionally, the analysis reveals that changing the dielectric material affects gain: higher permittivity reduces the phase shift relative to the simulated theoretical values.
Translated abstract: La antena dipolo se utiliza frecuentemente en sistemas inalámbricos, pero su comportamiento real puede diferir del modelo teórico por factores como condiciones ambientales, calidad de materiales, precisión de fabricación e interacción con estructuras cercanas. Esta discrepancia puede reducir su ganancia efectiva y afectar el rendimiento del sistema de comunicación. Por ello, resulta imprescindible un análisis que combine simulaciones y mediciones experimentales para optimizar su desempeño en la frecuencia de interés. Este trabajo analiza la ganancia de una antena dipolo de media onda operando en la banda Wi‑Fi (2,38 GHz–2,42 GHz), utilizando simulaciones en ANSYS HFSS y regresión lineal en RStudio. Se optimiza la ganancia según dimensiones clave (radio, longitud y gap) y los materiales de los brazos (aluminio, cobre, oro) y del dieléctrico en el gap (teflón, alúmina, plástico). Los resultados muestran una correlación superior al 97 % entre ganancia y dimensiones, y evidencian que el material de construcción influye significativamente en el comportamiento electromagnético. Se obtienen modelos predictivos con valores de R² superiores al 97 %, lo que indica una alta capacidad explicativa. Además, el análisis revela que cambiar el material dieléctrico impacta la ganancia: a mayor permitividad, se reduce el desfase respecto a los valores teóricos simulados.
Keywords: INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ANÁLISIS DE SISTEMAS
APARATOS E INSTRUMENTOS ELECTRÓNICOS
ANTENAS (ELECTRÓNICA)
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN
Issue Date: Jul-2025
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/30650
Language: spa
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