Diseñar una antena milimétrica exige coordinar apertura, pérdidas, materiales, tolerancias, barrido, calor y medición. En sentido estricto, las ondas milimétricas abarcan 30–300 GHz; algunas aplicaciones también llaman mmWave a frecuencias como 28 GHz. Empieza por los extremos reales de operación.
1. Apertura y cobertura
Una longitud de onda corta permite integrar más elementos en la misma superficie. Reducir la apertura total no conserva automáticamente el mismo alto valor de ganancia. G ≈ 4πηA/λ² relaciona área y eficiencia de apertura.
A 28 GHz, la longitud de onda libre es unos 10,7 mm. Las dimensiones de un parche dependen además del sustrato, la permitividad efectiva y los campos de borde; el campo no termina exactamente en el contorno del metal.
Reducir un parche de 5 a 3 mm no implica siempre bajar de 8 a 4 dBi. Compara banda, eficiencia y dirección bajo las mismas condiciones.
2. Espacio libre y atmósfera
La pérdida de espacio libre es aproximadamente 92,45 + 20 log10(f/GHz) + 20 log10(r/km), en dB. Para 28 GHz y 100 m resulta unos 101,4 dB.
Crece logarítmicamente con la distancia; no es un coeficiente constante en dB/km. Gases y lluvia añaden contribuciones distintas. No uses el mismo coeficiente atmosférico para 28 y 60 GHz.
3. Sustrato e interconexiones
La permitividad relativa εr y el factor de pérdidas son propiedades diferentes. Emplea datos de frecuencia, dirección, temperatura y variación de fabricación pertinentes. Incluye rugosidad del cobre, superficies, adhesivos y radomo.
SIW crea una estructura guiada dentro del sustrato; no elimina todas las ondas superficiales ni las pérdidas dieléctricas. Un sustrato de parche más grueso puede favorecer la banda y reforzar otros efectos de campo y alimentación.
El nombre de un material no garantiza una eficiencia fija ni baja dilatación térmica en todas las direcciones. La placa final también incluye capas de unión y procesos de montaje.
4. Tolerancias desde la sensibilidad eléctrica
No todos los circuitos necesitan ±5 μm o grabado láser. Varía líneas, ranuras, vías, posiciones y espesores; identifica las cotas sensibles y compáralas con la capacidad del proceso.
A 60 GHz en espacio libre, 0,1 mm de diferencia de recorrido equivale aproximadamente a 7,2°. En una línea sobre sustrato se usa su constante de propagación. El ejemplo no impone la misma tolerancia a toda dimensión.
5. Barrido y desviación del haz
Evalúa patrón elemental, separación y acoplamiento en frecuencia y ángulo. Para evitar lóbulos de rejilla no hay una exigencia universal de separación mínima λ/2; precisamente una separación excesiva puede causar problemas.
Para una línea uniforme sencilla, d = λ/(1+|sin θmax|) estima la frontera. A ±60° corresponde a unos 0,536λ. Añade margen y comprueba la menor longitud de onda y la geometría real.
Fases fijas pueden producir beam squint. Un retardo temporal verdadero es una opción, con límites de retardo, resolución y pérdida. La ponderación de amplitud para los lóbulos laterales también modifica el haz principal.
6. Calor y encapsulado
La electrónica produce gradientes térmicos y cambia dimensiones y fases. Un factor bajo de pérdida dieléctrica no equivale a un coeficiente bajo de dilatación en cada eje.
Lentes y estructuras impresas en 3D no eliminan automáticamente los errores de canal. Distingue cambios geométricos de calibración e incluye materiales, proceso y montaje.
7. Verificar la configuración final
El VNA comprueba adaptación y transmisión en puertos definidos. Ganancia, patrón y polarización requieren medidas radiadas. En campo cercano importan sonda y transformación; en lejano, distancia y reflexiones.
Mide centro y bordes de banda, ángulos relevantes y temperaturas requeridas. Documenta referencias, cables, radomo, versión del sistema y condiciones que quedaron fuera de la medida.
Para la atmósfera consulta ITU-R P.676 y P.838; para el array, los principios de lóbulos de rejilla. Confirma cada mejora en el diseño real.
