Radiation pattern reconfigurable microfabricated planar millimeter-wave antennas

Els serveis de telecomunicacions i sistemes radar estan migrant a freqüències mil•limètriques (MMW), on es disposa d 'una major amplada de banda i conseqüentment d'una major velocitat de transmissió de dades. Aquesta migració requereix de l'ús de diferents tecnologies amb capacitat d'operar a la banda de freqüències mil•limètriques (30 a 300 Ghz), i més concretament en les bandes Ka (26,5 - 40GHz), V (50 – 75GHz) i W (75 – 110GHz). En moltes aplicacions i sobretot en aquelles on l'antena forma part d'un dispositiu mòbil, es cerca poder utilitzar antenes planes, caracteritzades per tenir unes dimensions reduïdes i un baix cost de fabricació. El conjunt de requeriments es pot resumir en obtenir una antena amb capacitat de reconfigurabilitat i amb un baix nivell de pèrdues en cada una de les bandes de freqüència. Per tal d'afrontar aquests reptes, les dimensions de les antenes mil•limètriques, juntament amb els tipus de materials, toleràncies de fabricació i la capacitat de reconfigurabilitat ens porten a l'ús de processos de microfabricació. L'objectiu d'aquesta tesis doctoral és l'anàlisi dels conceptes mencionats, tipus de materials, geometries de línia de transmissió i interruptors, en el context de les freqüències mil•limètriques, així com la seva aplicació final en dissenys d'antenes compatibles amb els processos de microfabricació. Finalment, com a demostració s'han presentat dissenys específics utilitzables en tres aplicacions a freqüències mil•limètriques: Sistemes de Comunicació per Satèl•lit (SCS) a la banda Ka, Xarxes d'àrea personal inalàmbriques (WPAN) a la banda V i sistemes radar per l'automoció a la banda W. La primera part d'aquesta tesis consisteix en l'anàlisi d'algunes tecnologies circuitals a freqüències mil•limètriques. S'han presentat els materials més utilitzats a altes freqüències (Polytetrafluoroethylene or Teflon (PTFE), Quartz, Benzocyclobuten polymer (BCB) i Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC)) i s'han comparat en termes de permitivita

Telecommunication services and radar systems are migrating to Millimeter-wave (MMW) frequencies, where wider bandwidths are available. Such migration requires the use of different technologies with the capability to operate at the MMW frequency band (30 to 300GHz), and more specifically at Ka- (26.5 to 40GHz), V- (50 to 75GHz) and W-band (75 to 110GHz). For many applications and more concretely those where the antenna is part of a mobile device, it is targeted the use of planar antennas for their low profile and low fabrication cost. A wide variety of requirements is translated into a reconfiguration capability and low losses within each application frequency bandwidth. To deal with the mentioned challenges, the MMW antenna dimensions, together with the materials, fabrication tolerances and reconfigurability capability lead to microfabrication processes. The aim of this thesis is the analysis of the mentioned concepts, materials, transmission lines geometries and switches in the MMW frequencies context and their final application in antenna designs compatible with microfabrication. Finally, specific designs are presented as a demonstration for three MMW applications: Satellite Communication Systems (SCS) at Ka-band, Wireless Personal Area Network (WPAN) at V-band and Automotive Radar at W-band. The first part of this thesis consist to analyze some MMW circuit technologies. The four most used materials at MMW frequencies (Polytetrafluoroethylene or Teflon (PTFE), Quartz, Benzocyclobuten polymer (BCB) and Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC)) have been presented and compared in terms of permittivity (εr) and loss tangent (tanδ). An study of the main transmission lines attenuation (microstrip, stripline and CPW) at high frequencies is included. Finally, an overview of the RF-MEMS switches is presented in comparison with PIN diodes and FETS switches. The second part presents different polarization and beam pointing reconfigurable array antennas. Two polarization-reco

Postprint (published version)