III-VI-2 - Sezione di Elettronica Applicata

Transcript

III-VI-2 - Sezione di Elettronica Applicata
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Esempi di progetto di
antenne a patch per terminali
Docente: Filiberto Bilotti
Sommario
„
„
„
„
„
Antenne a patch di forma poligonale
Antenna a patch per terminali UMTS
Antenne a patch di forma poligonale con
shorting post
Antenne a patch di forma poligonale con
fenditure circolari per alloggiare telecamere
Antenne a patch di forma poligonale caricate
con Superfici Reattive (HIS/RIS)
III-VI-2
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
1
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch
di forma poligonale (I)
„
„
„
Le antenne per terminali di sistemi di telefonia
mobile non richiedono prestazioni di purezza
di polarizzazione.
Ciò significa che si possono utilizzare tutti i
modi fondamentali di un patch per creare un
funzionamento di tipo multi-frequenza o a
larga banda.
I patch di forma rettangolare sono dotati di soli
due modi fondamentali.
III-VI-3
Antenne a patch
di forma poligonale (II)
„
Confronto tra patch di forma rettangolare e
patch di forma poligonale
III-VI-4
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
2
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch
di forma poligonale (III)
„
Vantaggi principali:
{
{
{
„
introduzione di nuovi gradi di libertà nel progetto
riduzione di peso e di ingombro
riduzione dell’area del patch ad una fissata
frequenza di lavoro
Alcuni svantaggi:
{
{
riduzione della banda d’impedenza del singolo
modo
riduzione della purezza di polarizzazione e della
forma del diagramma di radiazione
III-VI-5
Progetto di un’antenna
poligonale per UMTS (I)
„
Primo passo di progetto
picco indesiderato
L
0.25
0.25
Input Reflection Coefficient Magnitude
0dB
-5dB
-10dB
-15dB
W
-20dB
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
Frequency [GHz]
Substrato: aria; spessore: 5 mm; dim. patch:W=7.2 cm, L=6.2 cm
III-VI-6
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
3
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Progetto di un’antenna
poligonale per UMTS (II)
Secondo passo di progetto
„
forma irregolare: migliore adattamento
e funzionamento a frequenze più alte
ϕ
L
0.25W
0.25L
L/2
ŷ
x̂
Input Reflection Coefficient Magnitude
0dB
W
-5dB
-10dB
ϕ = 0°
-15dB
ϕ = 7°
ϕ = 12°
ϕ = 19°
-20dB
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
Frequency [GHz]
III-VI-7
Progetto di un’antenna
poligonale per UMTS (III)
„
Terzo passo di progetto
piccola variazione delle dimensioni del patch
per riportare il funzionamento in banda
L'
0.25 W'
0.25 L'
W'
Input Reflection Coefficient Amplitude
0dB
-5dB
-10dB
-15dB
-20dB
L'=L+0.3; W'=W+0.4
L'=L+0.3; W'=W+0.8
-25dB
-30dB
-35dB
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
Frequency [GHz]
III-VI-8
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
4
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Progetto di un’antenna
poligonale per UMTS (IV)
„
Quarto passo di progetto
piccola variazione
della posizione del probe
0dB
(1.6, 6.575)
(6.6, 6.575)
(8.375, 3.35)
(0, 3.35)
(2, 1.35)
x
(0, 0)
Input Reflection Coefficient Magnitude
y
-5dB
-10dB
-15dB
-20dB
-25dB
-30dB
(7.2, 0)
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
Frequency [GHz]
III-VI-9
Altri esempi di progetto (I)
„
Antenna per UMTS
substrato di FR-4 privo di perdite
(0.8, 3.2)
(3.2, 3.2)
(4.1, 2.6)
(0, 2.4)
(4.1, 0.9)
(0.4, 0.4)
(0, 0)
(2.7, 0)
Input Reflection Coefficient Amplitude
0dB
-5dB
-10dB
-15dB
-20dB
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
Frequency [GHz]
III-VI-10
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
5
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Altri esempi di progetto (II)
„
Antenna per UMTS
substrato di FR-4 con perdite
(0.8, 3.2)
(3.2, 3.2)
(4.1, 2.6)
(0, 2.4)
(4.1, 0.9)
(0.4, 0.4)
(0, 0)
(2.7, 0)
Input Reflection Coefficient Magnitude
0dB
-5dB
-10dB
-15dB
-20dB
-25dB
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
Frequency [GHz]
III-VI-11
Altri esempi di progetto (III)
„
Antenna per UMTS
5 cm
dimensione finita del piano di massa
(0.8, 3)
(3.2, 3)
(4, 2.4)
(0, 2.2)
4 cm
(4, 0.7)
(0.4, 0.4)
(0, 0)
(2.6, 0)
ε r1 = 4.4
7 mm
Input Reflection Coefficient Magnitude
0dB
-5dB
-10dB
-15dB
-20dB
-25dB
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Frequency [GHz]
III-VI-12
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
6
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Altri esempi di progetto (IV)
„
Antenna
per UMTS
5 cm
presenza di un cover plastico
(3.2, 3)
(0.8, 3)
(4, 2.4)
(0, 2.2)
4 cm
(4, 0.7)
(0.4, 0.4)
(0, 0)
(2.6, 0)
ε r 2 = 2.2
Input Reflection Coefficient Magnitude
0dB
1 mm
7 mm
ε r1 = 4.4
-5dB
-10dB
-15dB
-20dB
-25dB
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Frequency [GHz]
III-VI-13
Altri esempi di progetto (V)
„
Antenna per Wi-Fi
funzionamento dual band
(0.8, 2.75)
(2.7, 2.75)
(3.3, 2.25)
(0, 1.95)
(0.4, 0.4)
(3.3, 1)
(0, 0)
(2.4, 0)
Input Reflection Coefficient Magnitude
0dB
-5dB
-10dB
-15dB
-20dB
-25dB
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
Frequency [GHz]
III-VI-14
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
7
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Altri esempi di progetto (VI)
„
Antenna per UMTS
[ref]:Y.J. Wang, et al., IEEE MTT, Vol. 9, No. 8, pp.1398-1403, Aug. 2001
ŷ
0dB
(1.8, 1.7)
(0, 1.52)
(-1.8, 1.4)
(-1.5, 0)
(1.6, 0)
(-0.49, 0)
(-1.8, -1.4)
(0, -1.52)
(0.7, -1.55)
(1.8, -1.7)
x̂
Input Reflection Coefficient Magnitude
(0.7, 1.55)
-5dB
-10dB
-15dB
-20dB
[ref]
this talk
-25dB
-30dB
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
Frequency [GHz]
III-VI-15
Antenne a patch poligonali
con shorting post (I)
„
Se si inserisce un conduttore verticale in
corrispondenza del centro del patch così da
non alterare la condizione al contorno, il patch
continua a operare sul modo fondamentale.
λ0/4
III-VI-16
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
8
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch poligonali
con shorting post (II)
„
„
„
La dimensione del patch risulta dimezzata e,
di conseguenza, sarà dimezzata anche la
potenza irradiata dal patch.
Per diminuire la dimensione risonante del
patch si può intervenire anche con dei semplici
post metallici che collegano la superficie del
patch al piano di massa.
Il posizionamento opportuno del post permette
di selezionare la frequenza di risonanza.
III-VI-17
Antenne a patch poligonali
con shorting post (III)
„
„
L’introduzione di un post metallico provoca
l’insorgere di un nuovo modo (modo zero) che
risuona ad una frequenza molto più bassa
rispetto a quella del modo fondamentale del
patch.
Tuttavia, a seconda della sua posizione, il post
permette di modificare anche la frequenza di
risonanza del modo fondamentale del patch.
III-VI-18
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
9
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch poligonali
con shorting post (IV)
„
Il post, infatti, si comporta come un carico
induttivo in serie rispetto al circuito LC che
caratterizza la risonanza del modo
fondamentale
L
Lsp
b
C
Equivalent Circuit
a
III-VI-19
Antenne a patch poligonali
con shorting post (V)
„
„
„
L’induttanza del post varia al variare della sua
posizione sul patch.
Se il post è disposto al centro del patch, su di
esso opera una tensione nulla: ne segue che
non scorre corrente e non ci sono effetti sul
modo fondamentale (Lsp=0).
Mano a mano che si posiziona il post dal
centro del patch al bordo radiante Lsp aumenta.
III-VI-20
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
10
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch poligonali
con shorting post (VI)
40
(32,30
)
-5 dB
(40,24)
(0,22)
Return Loss [dB]
Antenna di partenza
(senza shorting post)
0 dB
(8,30)
50
(4,4)
(0,0)
(40,7)
(26,0)
6
-20 dB
-30 dB
1.8
0 dB
3.5 dBi
-5 dB
Normalized Radiation Pattern [dB]
4.0 dBi
2.5 dBi
2.0 dBi
1.5 dBi
1.0 dBi
0.5 dBi
0.0 dBi
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Frequency [GHz]
3.0 dBi
Gain [dBi]
-15 dB
-25 dB
εr=2.2
1mm
εr=4.4 7 mm
„
-10 dB
-10 dB
-15 dB
-20 dB
-25 dB
-30 dB
-35 dB
φ=0°
φ=90°
-40 dB
-45 dB
-180° -150° -120°
2.5
-90°
Frequency [GHz]
-60°
-30°
0°
30°
60°
90°
120°
150°
180°
Elevation Angle [degrees]
III-VI-21
Antenne a patch poligonali
con shorting post (VII)
Effetti della posizione dello shorting post
0
0
-5
-5
Return Loss [dB]
Return Loss [dB]
„
-10
-15
(xC,yC)
(xC+ 2 mm,yC)
(xC+ 4 mm,yC)
(xC+ 6 mm,yC)
(xC+ 8 mm,yC)
-20
-25
-10
-15
(xC,yC)
(xC,yC- 1 mm)
(xC,yC- 2 mm)
(xC,yC- 3 mm)
(xC,yC- 4 mm)
-20
-25
-30
-30
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
Frequency [GHz]
2.3
2.4
2.5
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Frequency [GHz]
III-VI-22
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
11
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch poligonali
con shorting post (VIII)
40
0 dB
(32,30
)
-5 dB
Return Loss [dB]
(40,24)
(0,22)
50
(21,11)
(4,4)
(0,0)
(40,7)
-15 dB
-25 dB
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Frequency [GHz]
0 dB
4.0 dBi
Normalized Radiation Pattern [dB]
3.5 dBi
3.0 dBi
2.5 dBi
2.0 dBi
1.5 dBi
1.0 dBi
0.5 dBi
„
-10 dB
-20 dB
(26,0)
6
εr=2.2
1mm
εr=4.4 7 mm
Gain [dBi]
Antenna finale (con
shorting post)
(8,30)
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
-15 dB
-20 dB
-25 dB
-30 dB
-35 dB
2.5
φ=0°
φ=90°
-40 dB
-45 dB
-180° -150° -120°
0.0 dBi
1.8
-5 dB
-10 dB
-90°
-60°
-30°
0°
30°
60°
90°
120°
150°
180°
Elevation Angle [degrees]
Frequency [GHz]
III-VI-23
Antenne a patch poligonali
con fenditure circolari (I)
„
La presenza di fenditure sul patch permette di
aumentare il percorso risonante delle correnti
e diminuire la frequenza di risonanza del modo
fondamentale del patch.
∆L
L
r
b
C
Equivalent Circuit
a
a
∆a
III-VI-24
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
12
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch poligonali
con fenditure circolari (II)
40
(8,30)
Return Loss [dB]
-5 dB
50
(23,12.5)
(4,3)
(40,7)
(26,0)
6
(0,0)
-10 dB
-15 dB
-20 dB
εr=2.2
1mm
εr=2.2 εr=4.4 7 mm
-25 dB
1.6
0 dB
2.5 dBi
-5 dB
Normalized Radiation Pattern [dB]
3.0 dBi
1.5 dBi
1.0 dBi
0.5 dBi
0.0 dBi
-0.5 dBi
-1.0 dBi
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Frequency [GHz]
2.0 dBi
Gain [dBi]
Antenna finale (con
fenditura circolare)
(40,24)
8
(0,22)
„
0 dB
(32,30)
-10 dB
-15 dB
-20 dB
-25 dB
-30 dB
-35 dB
φ=0°
φ=90°
-40 dB
-45 dB
-180° -150° -120°
2.6
-90°
Frequency [GHz]
-60°
-30°
0°
30°
60°
90°
120°
150°
180°
Elevation Angle [degrees]
III-VI-25
Antenne a patch poligonali
con RIS/HIS (I)
„
Antenna a patch rettangolare con RIS (disco
ad effetto capacitivo d’adattamento).
8 mm
8 mm
16 mm
7.5 mm
36 mm
4 mm
22 mm
12 mm
7.5 mm
15 mm
36 mm
cover d c = 2 mm, ε rc = 2
substrate d s = 2 mm, ε rs = 6
RIGP d RIGP = 4 mm, ε rRIGP = 25
III-VI-26
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
13
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch poligonali
con RIS/HIS (II)
„
0dB
Svantaggi:
-5dB
-10dB
{
guadagno basso
intensa radiazione
posteriore
Return Loss [dB]
{
-15dB
-20dB
-25dB
-30dB
-35dB
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
Frequency [GHz]
0dB
Normalized Radiation Pattern [dB]
Broadside Antenna Gain [dBi]
0dBi
-2dBi
-4dBi
-6dBi
-8dBi
-10dBi
-12dBi
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
-10dB
-20dB
-30dB
φ=0°
φ=90°
-40dB
-50dB
-60dB
-180° -150° -120°
2.4
-90°
Frequency [GHz]
-60°
-30°
0°
30°
60°
90°
120°
150°
180°
Elevation Angle [degrees]
III-VI-27
Antenne a patch poligonali
con RIS/HIS (III)
„
Patch poligonali per allargare la banda:
„
Geometria:
(0 ; 20.6) (9.5 ; 20.6)
9.5 mm
(15 ; 16.4)
50 mm
14 mm
14.2 mm
4 mm
22 mm
aumento delle
dimensioni del
piano di
massa per
aumentare il
guadagno
8 mm
{
8 mm
(15 ; 3.5)
(0 ; 0)
(11.5 ; 0)
40 mm
cover d c = 2 mm, ε rc = 2
substrate d s = 2 mm, ε rs = 6
RIGP d RIGP = 4 mm, ε rRIGP = 25
III-VI-28
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
14
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch poligonali
con RIS/HIS (IV)
0dB
Vantaggi:
{
{
-5dB
aumento del guadagno
riduzione della
radiazione posteriore
Return Loss [dB]
„
-10dB
-15dB
-20dB
-25dB
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
Frequency [GHz]
0dB
2dBi
Normalized Radiation Pattern [dB]
Broadside Antenna Gain [dBi]
1dBi
0dBi
-1dBi
-2dBi
-3dBi
-4dBi
-5dBi
-6dBi
-7dBi
-8dBi
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
-10dB
-20dB
-30dB
φ=0°
-40dB
φ=90°
-50dB
-60dB
-180° -150° -120°
-90°
-60°
-30°
0°
30°
60°
90°
120°
150°
180°
Elevation Angle [degrees]
Frequency [GHz]
III-VI-29
Antenne a patch poligonali
con RIS/HIS (V)
„
50 mm
40 mm
9 mm
8 mm
8 mm
9 mm
5.8 mm
5.2 mm
50 mm
4 mm
„
30 mm
Configurazione finale che
tiene conto della
presenza del piano di
massa esteso (carcassa
del terminale mobile).
Effetti attesi: aumento del
guadagno e riduzione
della radiazione
posteriore.
III-VI-30
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
15
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenne a patch poligonali
con RIS/HIS (VI)
0dB
Vantaggi:
{
{
aumento ulteriore del
guadagno
riduzione ulteriore della
radiazione posteriore
Return Loss [dB]
„
-5dB
-15dB
-20dB
-25dB
-30dB
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
Frequency [GHz]
4dBi
Normalized Radiation Pattern [dB]
0dB
2dBi
0dBi
Gain [dBi]
-10dB
-2dBi
-4dBi
-6dBi
-8dBi
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
Frequency [GHz]
-10dB
-20dB
φ=0°
-30dB
φ=90°
-40dB
-50dB
-60dB
-180° -150° -120°
-90°
-60°
-30°
0°
30°
60°
90°
120°
150°
180°
Elevation Angle [degrees]
III-VI-31
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (I)
„
„
„
Le antenne attive incorporano nello stesso
componente l’elemento passivo (antenna) e la
circuiteria attiva (oscillatore, amplificatore, ecc.)
Le antenne attive vengono classificate a
seconda del tipo di dispositivo attivo.
Vantaggi delle antenne attive:
{
{
{
maggiore compattezza
maggiore efficienza
maggiore guadagno
III-VI-32
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
16
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (II)
„
Schema a blocchi di un’antenna attiva del tipo
ad oscillatore:
MN2
Matching
Network
Oscillator
Vctrl
MN1
Tuning
1st Stage
Generator
Tank
Circuit
MN3
Matching
Network
Mixer
Matching
Network
MN4
2nd Stage
Buffer
Matching
Network
Antenna
III-VI-33
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (III)
„
Implementazione circuitale dei singoli blocchi:
IFIN
MN
LOIN
RFOUT
MN
Oscillatore
MN
Mixer
MN
Buffer
MN
Filtro
Antenna
III-VI-34
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
17
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (IV)
Oscillatore a riflessione e teoria della Resistenza
Differenziale Negativa (RDN)
Combinazione
elemento passivo: Tank Circuit
Out
elemento attivo: Generator
Oscillazione: RDN > perdite
Tank Circuit
Generator
IFIN
MN
ΓG
ΓT
LOIN
RFOUT
MN
MN
Oscillatore
Mixer
MN
Buffer
MN
Filtro
Antenna
III-VI-35
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (V)
„
L’oscillatore è
progettato per
oscillare a 2.33
GHz.
Choke 2
La portante
prodotta
dall’oscillatore
viene
modulata da
un segnale IF
a 110 MHz.
„
Generator
Choke 1
Tank Circuit
IFIN
MN
LOIN
RFOUT
MN
Oscillatore
MN
Mixer
MN
Buffer
MN
Filtro
Antenna
III-VI-36
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
18
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (VI)
„
Il Choke 1 garantisce:
trasferimento della tensione VCTRL su D1
isolamento RF
{
{
„
Il Choke 2 garantisce:
polarizzazione di Q1
isolamento RF
{
{
IFIN
MN
LOIN
RFOUT
MN
MN
Oscillatore
Mixer
MN
Buffer
MN
Filtro
Antenna
III-VI-37
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (VII)
„
Il Tank Circuit permette di
sintonizzare la frequenza di
oscillazione del VCO
IFIN
MN
LOIN
RFOUT
MN
Oscillatore
MN
Mixer
MN
Buffer
MN
Filtro
Antenna
III-VI-38
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
19
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (VIII)
„
Il blocco Generator è costituito da:
{
{
{
{
BJT in configurazione Collettore Comune
rete di polarizzazione del transistor
induttanza L4 usata come Choke
partitore di reazione in tensione R1, C5
IFIN
MN
LOIN
RFOUT
MN
Oscillatore
MN
Mixer
MN
Buffer
MN
Filtro
Antenna
QLOAD
III-VI-39
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (IX)
7.3 mm
BFR360F
BFR360F
BBY58
02W
9.0 mm
BBY58
02W
IFIN
MN
LOIN
RFOUT
MN
Oscillatore
MN
Mixer
MN
Buffer
MN
Filtro
Antenna
III-VI-40
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
20
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (X)
Mixer Output
IFIN
0
MN
2.443 GHz
-21.22 dBm
LOIN
RFOUT
MN
Oscillatore
MN
Mixer
MN
Buffer
-100
MN
Filtro
6.889 GHz
-32.1 dBm
11.555 GHz
-39.53 dBm
Antenna
-200
DB(|Pharm[PORT_3,1,1]|) (dBm)
Schematic 1
9.8 mm
-300
-400
Max2661
8.5 mm
0
4
8
11.89
Frequency (GHz)
Max2661
III-VI-41
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (XI)
7.3 mm
BGA
614
7.3 mm
BGA
614
IFIN
MN
LOIN
RFOUT
MN
Oscillatore
MN
Mixer
MN
Buffer
MN
Filtro
Antenna
III-VI-42
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
21
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (XII)
4.88 GHz
-0.3119 dB
IFIN
MN
LOIN
7.32 GHz
-2.239 dB
RFOUT
MN
MN
MN
12.2 GHz
-1.163 dB
Filter Response
0
MN
9.76 GHz
-8.6 dB
-20
Oscillatore
Mixer
Buffer
7.9 mm
Filtro
Antenna
-40
2.44 GHz
-58.23 dB
-60
0
5
10
Frequency (GHz)
DB(|S[1,1]|)
Filter
15
DB(|S[2,1]|)
Filter
7.3 mm
III-VI-43
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (XIII)
„
L’elemento radiante è costituito da un’antenna
a patch caricata su una HIS a due livelli
Patch antenna
Probe feed
ha
h2
h1
hc
Antenna substrate
Two-layer HIS
Circuit substrate
Passive and active circuitry
„
La HIS serve per aumentare
il guadagno e ridurre la
radiazione posteriore
Oscillatore
IFIN
MN
LOIN
RFOUT
MN
MN
Mixer
MN
Buffer
MN
Filtro
Antenna
III-VI-44
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
22
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (XIV)
patch
antenna
Lx
0dB
ha
Wx
-2dB
-4dB
PCMCIA card ground plane
Return Loss [dB]
Ly
-6dB
shorting pin
Wy
Sp
Spp
-14dB
-16dB
-18dB
-22dB
probe
patch antenna
-12dB
-20dB
Sg
PCMCIA card ground plane
-8dB
-10dB
-24dB
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
2.8
3.0
Frequency [GHz]
90°
0°
0dB
330°
0dB
30°
120°
60°
-10dB
5.0dBi
-20dB
-5dB
300°
60°
150°
-30dB
30°
4.8dBi
-40dB
-10dB
-15dB 270°
90°
-60dB 180°
Gain [dBi]
-50dB
0°
-50dB
4.6dBi
4.4dBi
-40dB
-10dB
4.2dBi
240°
120°
-30dB
210°
330°
-20dB
-5dB
4.0dBi
2.0
-10dB
0dB
210°
150°
240°
0dB
2.2
2.4
2.6
Frequency [GHz]
300°
270°
180°
III-VI-45
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (XV)
5.8
5.6
5.4
-10dB
5.2
-15dB
Gain [dBi]
L’introduzione
della HIS ha
portato ad una
drastica
diminuzione
della radiazione
posteriore e ad
un incremento
del guadagno
Return Loss [dB]
„
0dB
-5dB
-20dB
-25dB
-30dB
5.0
4.8
4.6
4.4
-35dB
4.2
-40dB
4.0
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
Frequency [GHz]
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
Frequency [GHz]
0°
0dB
330°
30°
-5dB
300°
60°
-10dB
-15dB 270°
90°
-10dB
240°
120°
-5dB
0dB
210°
150°
180°
III-VI-46
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
23
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (XVI)
„
L’antenna attiva è stata realizzata e misurata
ottenendo un guadagno pari a 18.6 dB e 19.4
dB nel caso di assenza e presenza di HIS.
„
Il VCO è l’elemento
più delicato sia in
fase di progetto che
in fase di
realizzazione.
2.45
-4.5dBm
-3.9dBm
Oscillation Frequency [GHz]
2.40
-3.3dBm
2.35
-3dBm
-4.6dBm
-4.2dBm
-3.6dBm
-3.2dBm
2.30
-2.6dBm
2.25
-2.9dBm
-1.2dBm -1.5dBm
Simulation
Measurements
2.20
-1dBm
2.15
0
1
2
3
4
5
6
7
Tuning Voltage [Volt]
III-VI-47
Antenna attiva con RIS/HIS
per schede PCMCIA (XVII)
„
„
L’antenna attiva considerata ha un costo
estremamente limitato: 2.5 Euro.
Tecnologia a montaggio
superficiale SMD
III-VI-48
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
24