Octagon Shaped Microstrip Patch Antenna For Dual Band Applications

The paper proposes an octagon shaped Microstrip Patch Antenna suitable for dual band applications. The striking features of this compact, planar antenna are sufficient isolation between the two operating bands and an area reduction of - 29% in comparison to a conventional circular patch antenna operating in the same band

Comments on Simple and Accurate Formula for the Resonant Frequency of the Equilateral Triangular Microstrip Patch Antenna

Antennas and Propagation, IEEE Transactions on,VOL 48,issue 4,pp 636

Contribution to active multi-beam reconfigurable antennas for L and S bands

La presente tesis doctoral con título "Contribution to Active Multi-Beam Reconfigurable Antennas for L and S Bands" ha sido desarrollada por el investigador ingeniero de telecomunicación estudiante de doctorado Javier García-Gasco Trujillo en el Grupo de Radiación del Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones de la ETSI de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid bajo la dirección de los doctores Manuel Sierra Pérez y José Manuel Fernández González. Durante décadas, el desarrollo de antenas de apuntamiento electrónico ha estado limitado al área militar. Su alto coste y su gran complejidad eran los mayores obstáculos que frenaban la introducción de esta tecnología en aplicaciones comerciales de gran escala. La reciente aparición de componentes de estado sólido prácticos, fiables, y de bajo coste ha roto la barrera del coste y ha reducido la complejidad, haciendo que las antenas reconfigurables de apuntamiento electrónico sean una opción viable en un futuro cercano. De esta manera, las antenas phased array podrían llegar a ser la joya de la corona que permitan alcanzar los futuros retos presentes en los sistemas de comunicaciones tanto civiles como militares. Así pues, ahora es el momento de investigar en el desarrollo de antenas de apuntamiento electrónico de bajo coste, donde los nuevos componentes de estado sólido comerciales forman el núcleo duro de la arquitectura. De esta forma, el estudio e implementación de estos arrays de antenas activas de apuntamiento electrónico capaces de controlar la fase y amplitud de las distintas señales implicadas es uno de los grandes retos de nuestro tiempo. Esta tesis se enfrenta a este desafío, proponiendo novedosas redes de apuntamiento electrónico e innovadores módulos de transmisión/recepción (T/R) utilizando componentes de estado sólido de bajo coste, que podrán integrar asequibles antenas activas reconfigurables multihaz en bandas L y S. En la primera parte de la tesis se realiza una descripción del estado del arte de las antenas phased array, incluyendo su base teórica y sus ventajas competitivas. Debido a que las contribuciones obtenidas en la presente tesis han sido realizadas dentro de distintos proyectos de investigación, donde se han manejada antenas de simple/doble polarización circular y simple/doble banda de trabajo, se describen detenidamente los dos proyectos más relevantes de la investigación: el radar de basura espacial de la Agencia Espacial Europea (ESA), Space Situational Awareness (SSA); y la estación base de seguimiento y control de satélites de órbita baja, GEOdesic Dome Array (GEODA). Sin lugar a dudas, los dispositivos desfasadores son uno de los componentes clave en el diseño de antenas phased arrays. Recientemente se ha observado una gran variación en el precio final de estos dispositivos, llegando en ocasiones a límites inasequibles. Así pues, se han propuesto distintas técnicas de conformación de haz alternativas a la utilización de componentes desfasadores comerciales: el desfasador de líneas conmutadas, la red de haz conmutado, y una novedosa red desfasadora divisora/combinadora de potencia. Para mostrar un uso práctico de las mismas, se ha propuesto el uso de las tres alternativas para el caso práctico del subarray de cinco elementos de la celda GEODA-SARAS. Tras dicho estudio se obtiene que la novedosa red desfasadora divisora/combinadora de potencia propuesta es la que mejor relación comportamiento/coste presenta. Para verificar su correcto funcionamiento se construye y mide los dos bloques principales de los que está compuesta la red total, comprobando que en efecto la red responde según lo esperado. La estructura más simple que permite realizar un barrido plano es el array triangular de tres elementos. Se ha realizado el diseño de una nueva red multihaz que es capaz de proporcionar tres haces ortogonales en un ángulo de elevación _0 y un haz adicional en la dirección broadside utilizando el mencionado array triangular de tres elementos como antena. En primer lugar se realizar una breve introducción al estado del arte de las redes clásicas multihaz. Así mismo se comentan innovadores diseños de redes multihaz sin pérdidas. El estudio da paso a las redes disipativas, de tal forma que se analiza su base matemática y se muestran distintas aplicaciones en arrays triangulares de tres elementos. Finalmente, la novedosa red básica propuesta se presenta, mostrando simulaciones y medidas de la misma para el caso prácticoo de GEODA. También se ha diseñado, construido y medido una red compuesta por dos redes básicas complementarias capaz de proporcionar seis haces cuasi-ortogonales en una dirección _0 con dos haces superpuestos en broadside. La red propuesta queda totalmente validada con la fabricación y medida de estos con prototipos. Las cadenas de RF de los módulos T/R de la nueva antena GEODA-SARAS no son algo trivial. Con el fin de mostrar el desarrollo de una cadena compleja con una gran densidad de componentes de estado sólido, se presenta una descripción detallada de los distintos componentes que integran las cadenas de RF tanto en transmisión como en recepción de la nueva antena GEODA-SARAS. Tras presentar las especificaciones de la antena GEODA-SARA y su diagrama de bloques esquemático se describen los dos bloques principales de las cadenas de RF: la celda de cinco elementos, y el módulo de conversión de panel. De la misma manera también se presentará el módulo de calibración integrado dentro de los dos bloques principales. Para comprobar que el funcionamiento esperado de la placa es el adecuado, se realizará un análisis que tratará entre otros datos: la potencia máxima en la entrada del transmisor (comprobando la saturación de la cadena), señal de recepción mínima y máxima (verificando el rango de sensibilidad requerido), y el factor G/T (cumpliendo la especificación necesaria). Así mismo se mostrará un breve estudio del efecto de la cuantificación de la fase en el conformado de haz de RF. Los estudios muestran que la composición de las cadenas de RF permite el cumplimiento de las especificaciones necesarias. Finalmente la tesis muestra las conclusiones globales del trabajo realizado y las líneas futuras a seguir para continuar con esta línea de investigación. ABSTRACT This PhD thesis named "Contribution to Active Multi-Beam Reconfigurable Antennas for L and S Bands", has been written by the Electrical Engineer MSc. researcher Javier García-Gasco Trujillo in the Grupo de Radiación of the Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones from the ETSI de Telecomunicación of the Universidad Politécnica de Madrid. For decades, the implementation of electronically steerable phased array antennas was confined to the military area. Their high cost and complexity were the major obstacles to introduce this technology in large scale commercial applications. The recent emergence of new practical, low-cost, and highly reliable solid state devices; breaks the barrier of cost and reduces the complexity, making active phased arrays a viable future option. Thus, phased array antennas could be the crown jewel that allow to meet the future challenges in military and civilian communication systems. Now is time to deploy low-cost phased array antennas, where newly commercial components form the core of the architecture. Therefore, the study and implementation of these novel low-cost and highly efficient solid state phased array blocks capable of controlling signal phase/amplitude accurately is one of the great challenges of our time. This thesis faces this challenge, proposing innovative electronic beam steering networks and transmitter/ receiver (T/R) modules using affordable solid state components, which could integrate fair reconfigurable phased array antennas working in L and S bands. In the first part of the thesis, a description of the state of art of phased array antennas, including their fundamentals and their competitive advantages, is presented. Since thesis contributions have been carried out for different research projects, where antennas with single/double circular polarization and single/double working frequency bands have been examined, frameworks of the two more important projects are detailed: the Space Situational Awareness (SSA) programme from the European Space Agency (ESA), and the GEOdesic Dome Array (GEODA) project from ISDEFE-INSA and the ESA. Undoubtedly, phase shifter devices are one of the key components of phased array antennas. Recent years have witnessed wide fluctuations in commercial phase shifter prices, which sometimes led to unaffordable limit. Several RF steering technique alternatives to the commercial phase shifters are proposed, summarized, and compared: the switched line phase shifter, the switched-beam network, and the novel phase shifter power splitter/combiner network. In order to show a practical use of the three different techniques, the five element GEODA-SARAS subarray is proposed as a real case of study. Finally, a practical study of a newly phase shifter power splitter/combiner network for a subarray of five radiating elements with triangular distribution is shown. Measurements of the two different phase shifter power splitter/combiner prototypes integrating the whole network are also depicted, demonstrating their proper performance. A triangular cell of three radiating elements is the simplest way to obtain a planar scanner. A new multibeam network configuration that provides three orthogonal beams in a desired _0 elevation angle and an extra one in the broadside steering direction for a triangular array of three radiating elements is introduced. Firstly, a short introduction to the state of art of classical multi-beam networks is presented. Lossless network analysis, including original lossless network designs, are also commented. General dissipative network theory as well as applications for array antennas of three radiating elements are depicted. The proposed final basic multi-beam network are simulated, built and measured to the GEODA cell practical case. A combined network that provides six orthogonal beams in a desired _0 elevation angle and a double seventh one in the broadside direction by using two complementary proposed basic networks will be shown. Measurements of the whole system will be also depicted, verifying the expected behavior. GEODA-SARAS T/R module RF chains are not a trivial design. A thorough description of all the components compounding GEODA-SARAS T/R module RF chains is presented. After presenting the general specifications of the GEODA-SARAS antenna and its block diagrams; two main blocks of the RF chains, the five element cell and the panel conversion module, are depicted and analyzed. Calibration module integrated within the two main blocks are also depicted. Signal flow throw the system analyzing critical situations such as maximum transmitted power (testing the chain unsaturation), minimum and maximum receiving signal (verifying sensitivity range), maximum receiver interference signals (assuring a proper reception), and G/T factor (fulfilling the technical specification) are evaluated. Phase quantization error effects are also listed. Finally, the manuscript contains the conclusions drawn of the present research and the future work.

Improving the pass-band return loss in liquid crystal dual-mode bandpass filters by microstrip patch reshaping

In this paper, the design and experimental characterization of a tunable microstrip bandpass filter based on liquid crystal technology are presented. A reshaped microstrip dual-mode filter structure has been used in order to improve the device performance. Specifically, the aim is to increase the pass-band return loss of the filter by narrowing the filter bandwidth. Simulations confirm the improvement of using this new structure, achieving a pass-band return loss increase of 1.5 dB at least. Because of the anisotropic properties of LC molecules, a filter central frequency shift from 4.688 GHz to 5.045 GHz, which means a relative tuning range of 7.3%, is measured when an external AC voltage from 0 Vrms to 15 Vrms is applied to the device.

Investigations into a dual band 2.4/5.2GHz antenna for WLAN applications

The design of a dual-band 2.45/5.2 GHz antenna for an access point of a wireless local area network (WLAN) is presented. The proposed antenna is formed by an assembly of a radial line slot array (RLSA) operating at 2.4 GHz and a microstrip patch working at 5.2 GHz. The design of this antenna system is accomplished using commercially available finite element software, high frequency structure simulator (HFSS), of Ansoft. The performance of the designed antenna is assessed in terms of return loss (RL), radiation pattern and polarization purity in the two investigated frequency bands.

High-gain frequency reconfigurable Vivaldi antenna

This article proposes a frequency agile antenna whose operating frequency band can be switched. The design is based on a Vivaldi antenna. High-performance radio-frequency microelectromechanical system (RF-MEMS) switches are used to realize the 2.7 GHz and 3.9 GHz band switching. The low band starts from 2.33 GHz and works until 3.02 GHz and the high band ranges from 3.29 GHz up to 4.58 GHz. The average gains of the antenna at the low and high bands are 10.9 and 12.5 dBi, respectively. This high-gain frequency reconfigurable antenna could replace several narrowband antennas for reducing costs and space to support multiple communication systems, while maintaining good performance.

Reconfigurable UWB Filtennas with Dual Bandnotch for Unwanted Bands using Graphene based Switches

Presented are the design and results of a reconfigurable UWB filtenna with sharp dual bandnotch at WiMAX 3.5 GHz and WLAN 5.8 GHz bands. The filtenna is formed by placing three loop resonators in an UWB antenna. The resonators are fitted with Graphene based switches which introduce reconfigurability. The filtenna was simulated electromagnetically and with Graphene based switches in switches OFF and switches ON states. Presented results show a passband from 2.81–12.27 GHz in OFF state and ON state results in sharp dual bandnotch within the passband at 3.45 and 5.95 GHz at a return loss of 2–2.5 dB. The gain and efficiency in both states has also been given and is reduced in ON state at the dual bandnotch. The radiation patterns in E- and H-planes are stable.

Design Aspects of a Broadband Beam-Reconfigurable Leaky-Wave Antenna

Design aspects of a novel beam-reconfigurable pla-nar series-fed array are addressed to achieve beam steering with frequency tunability over a relatively broad bandwidth. The design is possible thanks to the use of the complementary strip-slot, which is an innovative broadly matched microstrip radiator, and the careful selection of the phase shifter parameters.

Australia and New Zealand satellite coverage using a microstrip patch reflectarray

This paper presents the design of Ku-band (12.25 12.75 GHz) dual-polarized reflectarrays for Optus BI satellites to obtain a contoured beam for Australia and New Zealand. The specified radiation pattern is synthesized using a phase-only synthesis method based on the concept of intersection approach. Having determined the phasing data, single- and double-layer reflectarrays ore designed using variable-size rectangular patches. The performances of the two reflectarrays are assessed by comparing their radiation patterns with the assumed pattern. (C) 2003 Wiley Periodicals, Inc. Microwave Opt Technol Lett 37: 321-325, 2003; Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI 10. 1002/mop. 10907.

Design and evaluation of multi-band RF energy harvesting circuits and antennas for WSNs

Radio frequency (RF) energy harvesting is an emerging technology that will enable to drive the next generation of wireless sensor networks (WSNs) without the need of using batteries. In this paper, we present RF energy harvesting circuits specifically developed for GSM bands (900/1800) and a wearable dual-band antenna suitable for possible implementation within clothes for body worn applications. Besides, we address the development and experimental characterization of three different prototypes of a five-stage Dickson voltage multiplier (with match impedance circuit) responsible for harvesting the RF energy. Different printed circuit board (PCB) fabrication techniques to produce the prototypes result in different values of conversion efficiency. Therefore, we conclude that if the PCB fabrication is achieved by means of a rigorous control in the photo-positive method and chemical bath procedure applied to the PCB it allows for attaining better values for the conversion efficiency. All three prototypes (1, 2 and 3) can power supply the IRIS sensor node for RF received powers of -4 dBm, -6 dBm and -5 dBm, and conversion efficiencies of 20, 32 and 26%, respectively. © 2014 IEEE.

Reconfigurable antenna for mobile terminal

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações

Agrupación de antenas microstrip para un receptor SAR biestático

El objetivo de este proyecto es el diseño de las antenas para el receptor de un radar de apertura sintética biestáticos (SAR). Estas antenas tendrán que maximizar la ganancia con la restricción de maximizar también el campo de visión del radar. Esto quiere decir, que la antena tendrá que tener un ancho de banda relativamente grande en uno de sus planos principales y relativamente estrecho en el otro plano. Con el propósito de diseñar una agrupación de antenas para un receptor SAR biestático, en este documento se analiza la tecnología microstrip orientada a las antenas y la teoría de las agrupaciones de antenas, se diseñan antenas de doble polarización, se estudian agrupaciones de antenas microstrip que cumplan con las especificaciones, se presentan redes de alimentaciones para dichas agrupaciones y se fabrica y mide una agrupación de antenas con doble polarización.

Estudio y diseño de filtros pasobanda y en banda dual basados en resonadores microstrip open-loop acoplados

El proyecto está dedicado al estudio y diseño de filtros paso-banda y en banda dual con tecnología microstrip mediante estructuras resonantes de tipo open-loop. Se ha llevado a cabo el diseño de un filtro paso-banda con respuesta Chebyshev, un filtro pasobanda con ceros de transmisión y un filtro de banda dual para WCDMA y WiFi, empleado el método de diseño para filtros basados en resonadores inter-acoplados. Se presentan los modelos eléctricos de los filtros de RF simulados junto con sus respectivos layouts y se comparan las respuestas obtenidas de los dispositivos con las respuestas ideales. En el proyecto se realiza un estudio del comportamiento de los diferentes tipos de acoplamiento entre resonadores open-loop en función de la geometría de la estructura. Las tendencias de comportamiento de los acoplamientos permiten el diseño y colocación de los resonadores para satisfacer las especificaciones del filtro.

On the dual contrast enhancement mechanism in frequency-selective inversion-recovery magnetic resonance angiography (IRON-MRA)

The susceptibility of blood changes after administration of a paramagnetic contrast agent that shortens T(1). Concomitantly, the resonance frequency of the blood vessels shifts in a geometry-dependent way. This frequency change may be exploited for incremental contrast generation by applying a frequency-selective saturation prepulse prior to the imaging sequence. The dual origin of vascular enhancement depending first on off-resonance and second on T(1) lowering was investigated in vitro, together with the geometry dependence of the signal at 3T. First results obtained in an in vivo rabbit model are presented.

Single-Feed Dual-Band Circularly Polarised Microstrip Antenna

A novel technique for obtaining dual-hand circular polarization (CP) radiation of a single-feed circular microstrip antenna in proposed and demonstrated. By embedding two pain of arc shaped slots of proper lengths close to the boundary of a circular patch, and protruding one of the arc-shaped slots with a narrow slit, the circular microstrip antenna can perform dual-hand CP radiation using a single probe feed. Details of the antenna design