On-Chip-antenna for millimeterwave technology

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ribeiro, Raquel Alexandra Louro
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.21/17022
Resumo: Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrónica e de Telecomunicações
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spelling On-Chip-antenna for millimeterwave technologyAntenas em chipOndas milimétricasCicuitos integradosOn-chip-antennaMillimeter-waveDissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrónica e de TelecomunicaçõesRecentemente, as antenas em chip, para as tecnologias de ondas milimétricas e terahertz, têm sido um dos tópicos mais pesquisados na comunidade de antenas. A possibilidade de integração da antena com circuitos integrados num único chip e as potenciais taxas de dados elevadas (proporcionadas pelas altas frequências utilizadas) são duas das principais razões de interesse neste tipo de tecnologia. No entanto, existem alguns desafios associados com a combinação de antenas e circuitos integrados como os materiais utilizados que são benéficos para os circuitos integrados mas que prejudicam a performance da antenas. Neste trabalho, dois tipos de antenas são estudados como potenciais candidatos para integração, o complementar do dipolo dobrado e a antena impressa retangular. O complementar do dipolo dobrado foi dimensionada num substrato de fosfato de índio e mostrou ser uma possível solução atingindo uma largura de banda de 314 MHz, ganho máximo de 8.5 dBi, largura de feixe a meia potência de 25.3º e 46.8º nos dois planos principais e uma eficiência de 51%. A antena impressa retangular também dimensionada num substrate de fosfato de índio atingiu uma largura de banda de 1.38 GHz, com um ganho máximo de 5.45 dBi, uma largura de feixe a meia potência de 123.9º e 92.1º nos dois planos principais e uma eficiência de 95.5%. As simulações começaram com o substrato de fosfato de índio, no entanto, como o calendário de fabrico deste substrato está fora do calendário de entrega da dissertação o estudo continuo com o substrato de silício. A antena impressa no substrato de silício atingiu uma largura de banda de 2.18 GHz, ganho máximo de 5.28 dBi. uma largura de feixe a meia potência de 124.1º e 107.9º nos dois planos principais e uma eficiência de 89%. De forma a melhor a diretividade da antena, um agregado 2x2 foi dimensionado assim com a sua rede de alimentação que consiste em linhas impressas com uma transição para guia de onda coplanar. No fim, o agregado ocupou uma área de 5x6 mm2, apresentou uma largura de banda de 5.78 GHz, um ganho de 8.5 dBi com 42.7º e 42.6º largura de feixe a meia potência nos planos principais, e uma eficiência de 85.5%, melhorando o desempenho em termos de ganho e diretividade em comparação com um único elemento. Por fim, quatro agregados 2x2 foram construídos e o seu coeficiente de refleção foi medido recorrendo à utilização de uma probe station e um VNA, onde se verificou um comportamento semelhante ao simulado.Recently, On-Chip-Antennas, for both millimeter wave and terahertz technologies, have been one of the most researched topics in the antenna community. The possibility of integrating the antenna with the remaining circuitry in a single chip and possible large data rates (provided by the high frequencies used) are two of the main reasons for interest in this type of technology. However, there are some challenges associated with combining antennas and integrated circuits such as the materials used which are beneficial for integrated circuits but bad for On-Chip-Antennas design. In this work, two types of antennas were studied, the folded slot antenna and the microstrip patch antenna as potential options for antenna integration. The folded slot antenna on an indium phosphide substrate showed to be a possible solution achieving a bandwidth of 314 MHz, with a maximum gain of 8.5 dBi, half-power beamwidths of 25.3º and 46.8º in the two principal planes, and an efficiency of 51%. The microstrip patch antenna was designed as well on the indium phosphide substrate and achieved a bandwidth of 1.39 GHz with a maximum gain of 5.45 dBi, half power beamwidth of 123.9º and 92.1º in the two principal planes, and an efficiency of 95.5%. The simulations started with an indium phosphide substrate, however, the indium phosphide substrate manufacture calendar is out of the scope of this dissertation calendar,so, the study continued with the silicon substrate. The microstrip patch antenna on silicon substrate achieved a 2.18 GHz bandwidth, 5.28 dBi maximum gain, a half power beamwidth of 124.1º and 107.9º in the two principal planes, and an efficiency of 89%. To achieve a more directive radiation pattern, a 2x2 microstrip array was designed. A feeding network was studied and designed consisting of a microstrip line and a microstrip to coplanar waveguide transition. The array, occupying an area of 5x6 mm2 presented a bandwidth of 5.78 GHz, a gain of 8.5 dBi with 42.7º and 42.6º half power beamwidth on the principal planes, and an efficiency of 85.5% improving the performance in terms of gain and directivity compared with a single element. In the end, four 2x2 microstrip arrays were built and their input match was measured using a probe station and a VNA where it was observed similar behavior to the simulations.Mendes, CarlosPinho, PedroRCIPLRibeiro, Raquel Alexandra Louro2024-01-26T14:36:53Z20232023-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.21/17022TID:203471466engRibeiro, Raquel Alexandra Louro - On-Chip-antenna for millimeterwave technology. 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