Διερεύνηση της τεχνολογίας Substrate Integrated Waveguide - SIW για εφαρμογές χαμηλού κόστους σε χιλιοστομετρικές συχνότητες 5G μέσω ευφυών κεραιών

Κοντορινάκης, Ευστράτιος

Investigation of the Substrate Integrated Waveguide - (SIW) technologies for low cost millimetre wave 5G applications via smart antennas

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Κοντορινάκης, Ευστράτιος

Date

2020-12-18

Advisor

Voudouris, Konstantinos

Διπλωματική εργασία (3.793Mb)

Keywords

Γραμμές μικροταινίας ; 5G ; Έξυπνες κεραίες ; Κεραίες μικροταινίας ; Ηλεκτρομαγνητικά κύματα ; Κυματοδηγοί ; Μεταϋλικά ; SIW ; CSRR

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία προσεγγίζει τον τρόπο και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του κυματοδηγού ολοκληρωμένου υποστρώματος SIW, με έναν εναλλακτικό τρόπο σχεδίασης. Ο εναλλακτικός κυματοδηγός προσφέρει χαμηλές απώλειες, ευκολία στην κατασκευή με τη χρήση απλών τεχνικών, καθώς και την δυνατότητα ενσωμάτωσης ολόκληρης της δομής σε ένα επίπεδο. Η αντικατάσταση των συμβατικών μεταλλικών κυλίνδρων (vias) του siw κυματοδηγού με συντονιστές διακεκομμένου δακτυλίου (BCSRR) επιτρέπει την σχεδίαση ενός πλήρως επίπεδου κυματοδηγού. O siw-BCSRR ενισχύει την μαζική παραγωγή, την ενσωμάτωση και σχεδίαση ηλεκτρικών στοιχείων (ενεργών, παθητικών) σε ελαστικό υπόστρωμα, ξεπερνώντας τους περιορισμούς υλοποίησης των φορετών συστημάτων. Η μελέτη και η σχεδίαση πραγματοποιήθηκε στο πρόγραμμα προσομοίωσής και ανάλυσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων HFSS με σκοπό την λειτουργία στις συχνοτήτων του 5G δικτύου (24-28 GHz). Η μελέτη αρχικά του SIW κυματοδηγού έδωσε την βάση για την σχεδίαση του SIW-BCSRR κυματοδηγού. Στην συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν τα προηγούμενα αποτελέσματα για την σχεδίαση 5G κεραίας σχισμών με αρκετά καλά αποτελέσματα καθιστώντας τον εναλλακτικό κυματοδηγό SIW-BCSRR κατάλληλο για την σχεδίαση ηλεκτρικών εξαρτημάτων στις 5G συχνότητες. Τέλος αναλύονται τα αποτελέσματα συνοπτικά και προτείνονται σημεία που χρήζουν βελτίωση και αποτελούν το έναυσμα για μετέπειτα μελέτη.

Abstract

This thesis approaches the mode and operation characteristics of the substrate integrated waveguide SIW with an alternative design method. This Alternative waveguide offer low losses, ease of construction using simple design techniques and the ability to integrate the entire structure in one level. The replacement of the conventional vias of the siw waveguide with broadband complementary split ring resonator BCSRR allows the design of a complete planar waveguide. SIW-BCSRR. The SIW-BCSRR enhances the mass production, integration and design of electrical elements (active, passive) in an elastic substrate, overcoming the implementation constrains of wearable systems. The study and design was carried out in HFSS software simulation the of electromagnetic waves in order to operate on the frequencies of the 5G network (24-28 GHz). The study of the SIW waveguide initially provided the base for the design of the SIW-BCSRR waveguide. The previous results are used to design the 5G slot antenna with fairly good results making the alternative SIW-BCSRR waveguide suitable for designing electrical components at 5G frequencies. Finally, the results are analyzed briefly and study points that need improvement for further study.