Diseño de antenas de GPR para realizar un análisis comparativo de un arreglo 2x2 de doble polarización para modelo multicapas del subsuelo de la zona arqueológica de Caral

Abstract

La región de Caral presenta el desafío de realizar exploraciones arqueológicas no invasivas con localizaciones precisas de restos arqueológicos. En la tesis se trabaja el diseño, implementación y análisis comparativo de tres tipos de antenas para Ground Penetrating Radar (GPR) en la banda VHF/UHF para analizar esta problemática, con el fin de mejorar la exactitud y fiabilidad en la detección de estructuras subterráneas en zonas arqueológicas. Para solucionar el problema, se ha empleado una metodología que incluye el diseño y optimización de parámetros de tres tipos de antenas para GPR, Log-Periodic Dipole Array (LPDA), DGS Vivaldi, y Vivaldi Antipodal, así como la implementación. Esta metodología consiste en la implementación del Algoritmo Genético Multi-objetivo (MOGA) para optimizar la estructura geométrica de la antena Vivaldi Antipodal, la incorporación de estructuras resonantes Defected Ground Structure (DGS) en forma de T en la antena Vivaldi y la relación logarítmica entre los radiales para la antena LPDA. De los resultados se obtiene el arreglo DGS Vivaldi que presenta una mejora en ancho de banda en comparación con los datos experimentales, y el arreglo LPDA mejor resultado en ancho de banda en comparación con las demás antenas. Mediante el análisis comparativo se demuestra que el arreglo LPDA supera a los otros tipos en términos de ancho de banda, ganancia y diferenciación entre co-polarización y cross-polarización, lo que indica un rendimiento superior para la detección de objetos en el sitio arqueológico de Caral. Mediante los estudios realizados se muestran el potencial de estas configuraciones del arreglo GPR y amplían en la exploración de la aplicabilidad en diversas áreas como la arqueología y la geología.

The Caral region presents the challenge of conducting non-invasive archaeological explorations with precise locations of archaeological remains. In the thesis, the design, implementation, and comparative analysis of three types of antennas for Ground Penetrating Radar (GPR) in the VHF/UHF band are explored to analyze this issue, to improve accuracy and reliability in detecting underground structures in archaeological area. To solve the problem, a methodology has been employed that includes the design and optimization of parameters for three types of GPR antennas: Log-Periodic Dipole Array (LPDA), DGS Vivaldi, and Antipodal Vivaldi, as well as their implementation. This methodology involves the implementation of the Multi-Objective Genetic Algorithm (MOGA) to optimize the geometric structure of the Antipodal Vivaldi antenna, the incorporation of T-shaped Defected Ground Structure (DGS) resonant structures in the Vivaldi antenna, and the logarithmic relationship between radials of the LPDA antenna. From the results, the DGS Vivaldi arrangement shows an improvement in bandwidth compared to experimental data, and the LPDA array presents better bandwidth results compared to the other antennas. Through comparative analysis, it is demonstrated that the LPDA array surpasses the other types in terms of bandwidth, gain, and differentiation between co-polarization and cross-polarization, indicating superior performance for detecting objects at the Caral archaeological site. The studies conducted showcase the potential of these GPR array configurations and expand the exploration of their applicability in various fields such as archaeology and geology.