A reconfigurable, LTCC-based, ultra-wideband periodic leaky-wave antenna with circular polarization at 60 GHz

Résumé

Au cours de la dernière décennie, la demande pour des débits de données plus élevés dans les applications de communication sans fil à courte portée a rapidement augmenté. C’est ainsi que les débits binaires de l’ordre de plusieurs Gb/s sont très attrayants, en particulier lors de l’utilisation de la bande sans licence de 7 GHz autour du spectre de 60 GHz, qui est connue sous le nom de « Wireless Gigabit Alliance » (WiGig Alliance). Le Wi-Fi traditionnel ne permet plus d’offrir des performances multi-gigabit, une latence quasi nulle et de faibles interférences aux applications intérieures et extérieures à courte portée. Les marchés potentiels pour les applications WiGig sont la VR/RA (réalité virtuelle et réalité augmentée), le streaming de téléphone intelligent vers un télévision à haute définition HD, la synchronisation mobile à l’aide du cloud, les points d’accès publics ultrarapides et le haut débit fixe sans fil 5G. Les antennes en boîtier (AiP), en tant que plateforme d’antenne à faible coût, compactes et à haute performance, sont une solution appropriée pour les communications en ondes millimétriques. Cependant, en raison du niveau élevé d’atténuation dans cette gamme de fréquences, un système d’antenne à bande ultra-large efficace, avec un gain de rayonnement élevé et prenant en charge la polarisation circulaire, est nécessaire afin de surmonter la portée de connexion limitée. De plus, une antenne à faisceau étroit doit être équipée d’une capacité d’orientation du faisceau en deux dimensions pour couvrir la zone maximale de la pièce. Malheureusement, les systèmes d’antennes existants qui sont développés pour la bande 60GHz n’offrent pas toutes ces caractéristiques à la fois dans un seul boîtier. D’autres solutions ont été développées, toutefois ces conceptions incluent des dispositifs actifs tels qu’une plate-forme motorisée et des déphaseurs actifs qui rendent le système total encombrant et coûteux. Dans ce projet de recherche, nous introduisons une antenne périodique à ondes de fuite (PLWA) efficace avec un diagramme de rayonnement hautement directif et reconfigurable dans deux directions (orientation du faisceau 2-D). Cette antenne a une structure très simple et occupe un espace très petit, elle est conçue pour la technologie LTCC, ce qui la rend facile à fabriquer pour les applications AiP pour les ondes millimétriques et permet une production de masse à moindre coût pour un produit commercialement. De plus, il supporte une polarisation circulaire. Nous présentons ici un modèle empirique pour l’antenne proposée, le processus de conception et d’optimisation, les défis de la fabrication sur le substrat LTCC et les considérations pour les mesures. Nous proposons un réseau phasé de structures PLWA alimenté par une lentille de Rotman avec un angle de balayage du faisceau de −43° à +34° sur le plan Y-Z et de −31° à +28° sur le plan X-Z dans la gamme de fréquences de 50GHz à 70GHz. La structure complète fabriquée sur le substrat Dupont 9K7 LTCC ne comprend que des composants microbandes passifs et a une empreinte de 15mm×38mm. La largeur de bande d’adaptation d’un seul PLWA optimisé est de 29GHz de 43GHz à 72GHz (largeur de bande d’impédance fractionnelle de 48.3%) et son efficacité moyenne et son gain maximal réalisé sur cette gamme de fréquences sont respectivement de 87.42% et 11.25 dBi. De plus, les valeurs du rapport axial et du SLL sont maintenues en dessous de 3 dB et -10 dB respectivement.

Date	13 août 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Dominic Deslandes (Directeur(-trice))