Ground Plane Slot Structures for Isolation of Cosited Microstrip Antennas

Ground plane slot structures have been shown to reduce coupling between cosited antennas. Although some such structures have already been reported, no analytical model exists to describe their behavior and there are no design guidelines. In this work, the behavior of reported ground plane structures is used as a clue to obtain generalizable information about such structures' behavior. The structures' scalability and excitation behavior is investigated. Next a circuit model is derived that describes the interaction of microstrip patch antennas with a ground plane slot structure based on mutual admittances between the ground plane slots and the effective slots at the antennas' radiating edges. The circuit model leads to design guidelines for the ground plane slot structure and an approximate relationship between mutual admittances which must be satisfied in order to isolate the antennas. Finally, we present a novel ground plane slot structure that mitigates some of the disadvantages of earlier designs.

Transmit array of transistor amplifiers illuminated by a patch array in the reactive near-field region

In this paper, a small transmit array of transistor amplifiers illuminated by a passive array of microstrip patches in the reactive near-field region is investigated as a power-combining structure. The two cases considered are when the transmit array radiates in a free space and when a passive array similar to the one used for illumination collects the radiated power. A comparison of the performance of the proposed structure against the alternative one, which uses a conventional horn antenna as a power-launching/receiving device, is also presented.

A Ku-band active transmit-array module with a horn or patch array as a signal launching/receiving device

This paper is concerned with the design of a Ku-band active transmit-array module of transistor amplifiers excited by either a pyramidal horn or a patch array Optimal distances between the active transmit array and the signal-launching:receiving device, which is either a passive corporate-fed array or a horn, are determined to maximise the power gain at a design frequency: Having established these conditions, the complete structure is investigated in terms of operational bandwidth and near-field and far-field distributions measured at the output side of the transmit array, The experimental results show that the use of a corporate-fed array as an illuminating/receiving device gives higher gain and significantly larger operational bandwidth, An explanation for this behavior is sought.

On the fast approximation of Green's functions in MPIE formulations for planar layered media

The numerical implementation of the complex image approach for the Green's function of a mixed-potential integralequation formulation is examined and is found to be limited to low values of k(0) rho (in this context k(0) rho = 2 pirho/ lambda(0), where rho is the distance between the source and the field points of the Green's function and lambda(0) is the free space wavelength). This is a clear limitation for problems of large dimension or high frequency where this limit is easily exceeded. This paper examines the various strategies and proposes a hybrid method whereby most of the above problems can be avoided. An efficient integral method that is valid for large k(0) rho is combined with the complex image method in order to take advantage of the relative merits of both schemes. It is found that a wide overlapping region exists between the two techniques allowing a very efficient and consistent approach for accurately calculating the Green's functions. In this paper, the method developed for the computation of the Green's function is used for planar structures containing both lossless and lossy media.

Design, development, and testing of X-band amplifying reflectarrays

The design and development of two X-band amplifying reflectarrays is presented. The arrays use dual-polarized aperture coupled patch antennas with FET transistors and phasing circuits to amplify a microwave signal and to radiate it in a chosen direction. Two cases are considered, one when a reflectarray converts a spherical wave due to a feed horn into a plane wave radiated into a boresight direction, and two, when the reflectarray converts a spherical wave due to a dual-polarized four-element feed array into a co-focal spherical wave. This amplified signal is received in an orthogonal port of the feed array so that the entire structure acts as a spatial power combiner. The two amplifying arrays are tested in the near-field zone for phase distribution over their apertures to achieve the required beam formation. Alternatively, their radiation patterns or gains are investigated.

Antena para sistema de localização interior

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Antena multi-banda para comunicações móveis

O desenvolvimento dos sistemas de comunicações móveis tem vindo a ser cada vez maior, fazendo com que os sistemas funcionem em várias bandas de operação. Neste sentido, surge a necessidade de desenvolver antenas que superem aquelas já existentes, ao nível das suas propriedades electromagnéticas, para que os sistemas apresentem uma maior qualidade e possam corresponder às exigências inerentes ao desenvolvimento das sociedades. O objectivo desta dissertação de Mestrado é dimensionar, construir e medir uma antena multi-banda para comunicações móveis, com base em estruturas EBG (Electromagnetic Band-Gap) que melhorem o comportamento electromagnético daquelas já existentes, para a banda de frequências de 2.4 GHz e de 5.2 GHz. Começa-se por fazer-se um estudo acerca do estado da arte de estruturas EBG, muito utilizadas em várias áreas, nomeadamente a área das antenas, área sobre a qual esta dissertação assenta. Posteriormente é feita uma breve introdução às antenas microstrip, particularizando de seguida para antenas PIFA e as suas características. Posteriormente é feito o estudo de uma antena PIFA, com e sem a influência de estruturas EBG, para as bandas de 2.4 GHz e 5.2 GHz. Posteriormente são apresentados e comparados resultados das várias antenas. Da análise desses resultados, verifica-se que é possível obter uma antena de baixo perfil com a utilização de estruturas EBG como plano de massa. Além disso, verifica-se também que é possível diminuir a radiação traseira e aumentar a largura de banda. Finalmente, são apresentadas algumas conclusões e várias propostas de trabalho futuro.

Disseny d'un acoblador direccional amb metamaterials

En aquest treball es descriu el disseny d’un acoblador direccional en anell de 1.5λ, habitualment anomenat rat-race, mitjançant metamaterials. S’utilitza una línia microstrip amb gap capacitiu en sèrie i una cel·la left-handed basada en un ressonador d’anells oberts complementari (CSRR), fent així possible una reducció de la longitud de la línia de 270º en un factor 5. Gràcies a aquesta disminució de longitud, l’àrea del dispositiu és 4 vegades menor que la del rat-race convencional. La mesura mostra que el comportament és el desitjat a la freqüència d’operació.

Miniaturización de componentes planares de microondas mediante técnicas basadas en metamateriales: aplicación a un desfasador de cuadratura

En este trabajo se describe la miniaturización del diseño de un desfasador de cuadratura mediante líneas de transmisión metamaterial en tecnología microstrip. Para conseguir la miniaturización del diseño se utiliza la topología Spiral Resonator (SR). Los desfasadores de cuadratura han sido diseñados, fabricados y medidos. Mediante este proceso se ha consiguido un dispositivo metamaterial que presenta una reducción de un 77% del tamaño respecto a las líneas convencionales.

GNSS array: diseño de una antena con polarización circular

Aquest projecte es centra en el disseny d’una antena microstrip per a GNSS. Una antena per a GNSS ha de tenir adaptació de impedància d’entrada i polarització circular a dretes, com a principals especificacions, en el rang de 1.15-1.6 GHz. El tipus d’alimentació d’una antena microstrip amb el major ample de banda d’adaptació és l’alimentació mitjançant acoblament per apertura. Si a l’antena s’introdueixen dos apertures de forma ortogonal, alimentades amb un desfasament de 90º entre elles, s’aconsegueix polarització circular. L’opció de separar les apertures redueix la transferència de potència entre elles, i disminueix el guany de polarització creuada. La xarxa d’alimentació dissenyada és un divisor de Wilkinson amb una línia de λ/4 a la freqüència central, encara que el desfasament als extrems de la banda no sigui de 90º. Com a xarxa d’alimentació es va provar un hibrid de 90º, però l’elevat valor del paràmetre S21 de l’antena impossibilita l’adaptació a l’entrada del hibrid.

Implementación de resonadores serie en derivación mediante stubs en derivación de salto de impedancia: análisis y limitaciones

En aquest projecte s'analitzen les limitacions de la implementació de ressonadors sèrie en derivació en tecnologia microstrip mitjançant un stub en derivació de salt d'impedància (SISS). L'esmentada estructura està composada per una línea d'alta impedància carregada amb una línea de baixa impedància acabada en circuit obert. El seu comportament en freqüència és equivalent al d'un ressonador sèrie en derivació sempre i quan les longituds de les seves línies siguin elèctricament petites. Sota aquestes condicions, bàsicament, la línia d'alta impedància sintetitza una inductància, mentre que la línia de baixa impedància una capacitat. La limitació en els valors mínim i màxim de la impedància característica que es poden implementar implica una limitació sobre la inductància i la capacitat que es poden sintetitzar mitjançant el SISS.

Desfasador de dos estats

El projecte es basa en el disseny i la fabricació d’un circuit desfasador, amb una entrada i una sortida, que commuta entre dos estats, un estat amb desfasament de 180º i l’altre sense desfasament. El circuit es dissenya amb microstrip,per una fc=5GHz. S’intenten obtenir les millors característiques per aquest disseny, és a dir, bon ample de banda i pèrdues per inserció baixes, acompanyat d’una bona resposta en les relacions de magnitud i fase. Es segueixen diferents etapes de disseny, on es comença per un model simple i s’avança en complexitat, afegint els nous components que acabaran conformant el circuit final. Després del disseny es passa a la fabricació del circuit, per veure el seu funcionament real. La memòria recull i ordena la informació obtinguda a través d’aquest procés, intentant mostrar-la de manera clara, per tal de seguir el procés de disseny realitzat, i així poder interpretar els resultats obtinguts. L’objectiu final és veure com es comporta el circuit dissenyat i definir les pautes a seguir per millorar-lo en un futur.

Estudio de parámetros circuitales de resonadores

El objetivo de este proyecto consiste en el estudio de los parámetros circuitales (condensadores, bobinas…) de un resonador, realizado con estructuras microstrip, donde permita obtener unos resultados de esos parámetros circuitales cambiando los valores físicos del diseño, tales como la longitud y la anchura del resonador a partir de las medidas de los parámetros S. Para llevar a cabo dicho trabajo, se desarrolla en primer lugar toda la teoría necesaria de resonadores. Empezando por el funcionamiento y la estructura del resonador diseñado, y mostrando especial interés en el modelado de dicho resonador. Seguidamente, se estudia y analiza su comportamiento a través de las simulaciones de los parámetros S. Una vez se ha estudiado y analizado su comportamiento, se procede con las modificaciones de los parámetros físicos y se analiza a través de las simulaciones de los parámetros S cómo afectan estas modificaciones en los parámetros circuitales. Donde se utilizan una serie de herramientas que agilizan la extracción de los valores de los parámetros circuitales del resonador.

Análisis y diseño de antenas dipolo y parche para aplicaciones implantadas en el cuerpo humano

En els darrers anys, els sistemes de telemetria per a aplicacions mèdiques han crescut significativament en el diagnòstic i en la monitorització de, per exemple, la glucosa, la pressió de la sang, la temperatura, el ritme cardíac... Els dispositius implantats amplien les aplicacions en medicina i incorpora una millora de qualitat de vida per a l’usuari. Per aquest motiu, en aquest projecte s’estudien dues de les antenes més comuns, com son l’antena dipol i el patch, aquesta última és especialment utilitzada en aplicacions implantades. En l’anàlisi d’aquestes antenes s’han parametritzat característiques relacionades amb l’entorn de l’aplicació, així com també de la pròpia antena, explicant el comportament que, a diferencia amb l’espai lliure, les antenes presenten a canvis d’aquests paràmetres. Al mateix temps, s’ha implementat una configuració per a la mesura d’antenes implantades basat en el model del cos humà d’una capa. Comparant amb els resultats de les simulacions realitzades mitjançant el software FEKO, s’ha obtingut gran correspondència en la mesura empírica d’adaptació i de guany de les antenes microstrip. Gràcies a l’anàlisi paramètric, aquest projecte també presenta diversos dissenys de les antenes optimitzant el guany realitzable amb l’objectiu d’aconseguir la millor comunicació possible amb el dispositiu extern o estació base.

General electromagnetic simulation tool to predict the microwave nonlinear response of planar, arbitrarily-shaped HTS structures

This work describes a simulation tool being developed at UPC to predict the microwave nonlinear behavior of planar superconducting structures with very few restrictions on the geometry of the planar layout. The software is intended to be applicable to most structures used in planar HTS circuits, including line, patch, and quasi-lumped microstrip resonators. The tool combines Method of Moments (MoM) algorithms for general electromagnetic simulation with Harmonic Balance algorithms to take into account the nonlinearities in the HTS material. The Method of Moments code is based on discretization of the Electric Field Integral Equation in Rao, Wilton and Glisson Basis Functions. The multilayer dyadic Green's function is used with Sommerfeld integral formulation. The Harmonic Balance algorithm has been adapted to this application where the nonlinearity is distributed and where compatibility with the MoM algorithm is required. Tests of the algorithm in TM010 disk resonators agree with closed-form equations for both the fundamental and third-order intermodulation currents. Simulations of hairpin resonators show good qualitative agreement with previously published results, but it is found that a finer meshing would be necessary to get correct quantitative results. Possible improvements are suggested.