Universitat Ramon Llull
Universitat Ramon Llull. La Salle
L'augment de dispositius sense fils, incloent-hi, per exemple, els dispositius portàtils, sensors, comptadors i rastrejadors, ha generat una demanda de millor rendiment dins de dimensions limitades. Aquesta demanda s'estén als sistemes d'antenes, que han d'operar de manera eficient en diverses bandes de freqüència mentre s'adapten a l'espai reduït disponible en els dispositius sense fils. L'ús de geometries complexes per dissenyar antenes petites i multibanda és un dels mètodes més comuns. Les bandes de freqüència d'operació depenen dels modes ressonants d'aquestes antenes. Per simplificar la complexitat del disseny, es va proposar la tecnologia Antenna Booster, on les bandes de freqüència d'operació es controlen mitjançant el disseny d'una xarxa d'adaptació, la qual cosa és més fàcil i ràpid que dissenyar una antena basada en geometries complexes. Un repte notable sorgeix en mantenir l'adaptació en múltiples bandes de freqüència, cosa que es pot abordar mitjançant l'ús de la tecnologia Antenna Booster en combinació amb xarxes d'adaptació passives. No obstant això, a causa de principis físics, l'ample de banda no es pot ampliar indefinidament i, per tant, quan cal cobrir un gran nombre de bandes, les xarxes d'adaptació reconfigurables es converteixen en una solució competitiva. Les antenes reconfigurables s'han convertit en una realitat en el disseny modern de dispositius sense fils. S'han explorat diverses metodologies de disseny, incloent-hi díodes varicap, díodes PIN, condensadors ajustables digitals i switches RF. Entre aquestes opcions, els switches RF ofereixen més versatilitat a causa de la seva capacitat per proporcionar múltiples estats i la flexibilitat d'incorporar components addicionals com condensadors o inductors, alhora que ofereixen baixa pèrdua d'inserció i baix consum d'energia. Tanmateix, aquestes antenes sovint són físicament grans o requereixen nombrosos components electrònics addicionals. A més, l'enfocament reconfigurable s'ha d'adaptar a la mida de la Placa de Circuit Imprès (PCB) per cobrir de manera efectiva la banda de freqüència desitjada. L'objectiu d'aquesta tesi és abordar un repte important encara latent en aquest camp: arquitectures reconfigurables amb Tecnologia Antenna Booster per a plataformes petites (<~0.2l), on és un repte obtenir un ample de banda capaç de cobrir grans bandes de freqüència, com les destinades a aplicacions de telefonia mòbil. A més, aquestes arquitectures proposades estan dissenyades per ser adaptables a diverses plataformes amb diferents factors de forma, eliminant la necessitat d'alterar la llista de materials i, per tant, obrint la possibilitat d'una solució universal basada en programari. Paraules clau: Tecnologia d'Antenna Boosters, antenes reconfigurables, antenes petites i multibanda, xarxes d'adaptació, components ajustables.
El aumento de dispositivos inalámbricos, incluidos, por ejemplo, los dispositivos portátiles, sensores, medidores y rastreadores, ha generado una demanda de mejor rendimiento dentro de dimensiones limitadas. Esta demanda se extiende a los sistemas de antenas, que deben operar de manera eficiente en diversas bandas de frecuencia mientras se adaptan al espacio reducido disponible en los dispositivos inalámbricos. El uso de geometrías complejas para diseñar antenas pequeñas y multibanda es uno de los métodos más comunes. Las bandas de frecuencia de operación dependen de los modos resonantes de dichas antenas. Para simplificar la complejidad del diseño, se propuso la tecnología Antenna Booster, donde las bandas de frecuencia de operación se controlan mediante el diseño de una red de adaptación, lo cual es más fácil y rápido que diseñar una antena basada en geometrías complejas. Un desafío notable surge al mantener la adaptación en múltiples bandas de frecuencia, lo cual puede abordarse mediante el uso de la tecnología Antenna Booster en combinación con redes de adaptación pasivas. Sin embargo, debido a principios físicos, el ancho de banda no puede ampliarse indefinidamente y, por lo tanto, cuando se debe cubrir un gran número de bandas, las redes de adaptación reconfigurables se convierten en una solución competitiva. Las antenas reconfigurables se han convertido en una realidad en el diseño moderno de dispositivos inalámbricos. Se han explorado diversas metodologías de diseño, incluidos diodos varicap, diodos PIN, condensadores ajustables digitales y switches RF. Entre estas opciones, los switches RF ofrecen mayor versatilidad debido a su capacidad de proporcionar múltiples estados y la flexibilidad de incorporar componentes adicionales como condensadores o inductores, al tiempo que brindan baja pérdida de inserción y bajo consumo de energía. No obstante, estas antenas a menudo implican son físicamente grandes o requieren numerosos componentes electrónicos adicionales. Además, el enfoque reconfigurable debe adaptarse al tamaño de la Placa de Circuito Impreso (PCB) para cubrir de manera efectiva la banda de frecuencia deseada. El objetivo de esta tesis es abordar un desafío importante aún latente en este campo: arquitecturas reconfigurables con Tecnología Antenna Booster para plataformas pequeñas (<~0.2l), donde es un reto obtener un ancho de banda capaz de cubrir grandes bandas de frecuencia, como las destinadas a aplicaciones celulares. Además, estas arquitecturas propuestas están diseñadas para ser adaptables a diversas plataformas con diferentes factores de forma, eliminando la necesidad de alterar la lista de materiales y, por lo tanto, abriendo la posibilidad de una solución universal basada en software. Palabras clave: Tecnología de Antenna Boosters, antenas reconfigurables, antenas pequeñas y multibanda, redes de adaptación, componentes ajustables.
The increase of wireless devices, including wearables, sensors, meters, and trackers, for example has brought about a demand for enhanced performance within constrained dimensions. This demand extends to the antenna systems, which must efficiently operate across various frequency bands while fitting into the limited space available in wireless devices. Employing complex geometries to design small and multiband antennas is one of the most common methods. The frequency bands of operation depend on the resonant modes of such antenna. To streamline design complexity, antenna booster technology was proposed, where the frequency bands of operation are controlled by the design of a matching network, which is easier and faster than designing an antenna based on complex geometries. A notable challenge arises when maintaining adaptation across multiple frequency bands, which may be addressed through the use of Antenna Booster Technology in combination with passive matching networks. However, owing to physical principles, the bandwidth cannot be enlarged indefinitely, and therefore, when a large number of bands must be covered, reconfigurable matching networks become a competitive solution. Reconfigurable antennas have become a reality in modern wireless device design. Various design methodologies have been explored, including varactor diodes, PIN diodes, digital tunable capacitors, and RF switches. Among these options, RF switches offer greater versatility due to their ability to provide multiple states and the flexibility to incorporate additional components like capacitors or inductors while providing low insertion loss and power consumption. Nonetheless, these antennas often entail a relatively large physical footprint or involve numerous switches and lumped components. Furthermore, the reconfigurable approach must be tailored to the size of the Printed Circuit Board (PCB) to cover the desired frequency band effectively. The purpose of this thesis is to address an important challenge still latent in this field, reconfigurable architectures with Antenna Booster Technology for small platform (<~0.2l) , where it is a challenge to obtain bandwidth, capable of covering large frequency bands such as those for cellular applications. Moreover, these proposed architectures are designed to be adaptable across various platforms with different form factors, eliminating the need for altering the bill of materials and relying alter the bill of materials and thus, opening the window of a software-based universal solution. Keywords: Antenna Booster Technology, reconfigurable antennas, small and multiband antennas, matching networks, tunable components.
antena booster; antena reconfigurable; iot
621 - Mechanical engineering in general. Nuclear technology. Electrical engineering. Machinery; 621.3 Electrical engineering
Tecnologies de la informació i de les comunicacions (TIC)
ADVERTIMENT. Tots els drets reservats. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
