Análisis y diseño de una antena Leaky Wave basada en tecnología Groove Gap Waveguide (GGW) orientada a fabricación 3D para aplicaciones 5G

Abstract

Este Trabajo de Fin de Grado (TFG) se centra en el estudio, diseño y análisis de una antena leaky wave en banda U/V, basada en una estructura periódica de pines haciendo uso de las tecnologías Groove Gap Waveguide (GGW) y Glide-Symmetry. Se pretende buscar una solución sencilla, compacta y de bajo coste para antenas directivas de banda ancha en bandas de ondas milimétricas para aplicaciones 5G.
La tecnología gap waveguide facilita la fabricación de estructuras de guía de onda, ya que no requiere de contacto directo entre metales, que es la principal fuente comportamientos indeseados, resonancias y de pérdidas por fuga de campos en guías de onda convencional a altas frecuencias. De entre todas las variantes de gap waveguide, la tecnología Groove Gap Waveguide es la que presenta menores pérdidas y ofrece un comportamiento muy similar al de una guía rectangular.
Por su parte, la tecnología Glide Symmetry aplicada a estructuras periódicas se constituye a partir de una traslación y una reflexión de la estructura. El principal objetivo del uso de este tipo de estructuras es la obtención de una stopband mucho más grande que con una estructura periódica convencional y la obtención de grados de libertad adicionales procedentes de la ruptura de la simetría.
En primer lugar, se realizó un diseño de una antena leaky wave basada en GGW, con el objetivo de comprobar un comportamiento similar al esperado de una leaky wave clásica. Seguidamente se realizó la sustitución de la estructura periódica de pines convencionales por pines glide-symmetry, con el fin de conseguir una mayor banda de bloqueo y tener grados de libertad extra a la hora de romper dicha simetría. Se ha estudiado el efecto que produce dicha ruptura de simetría en los pines glide-symmetry, comprobando que se consiguen modificar las condiciones de propagación de la estructura de pines. El resultado es que es posible introducir uno de los modos propagantes dentro de la banda de bloqueo en una banda estrecha. Esto permite obtener estructuras con diferentes grados de ruptura de simetría en las que este modo propagante se halla en rangos de frecuencia ligeramente diferentes. Por lo tanto, se pueden diseñar tramos independientes en los que se radia una determinada banda de frecuencias en cada uno de ellos. A continuación, se diseñaron varios modelos funcionales a diferentes frecuencias en torno a 60 GHz con una separación entre 1 GHz y 4 GHz conservando el mismo ángulo de apuntamiento. Se realizó la transición a guía de onda WR-15, y se realizaron las simulaciones finales de estos modelos, adaptándolos y realizando una serie de ajustes para su futura impresión 3D.
Por último, se realizó un diseño de un modelo conjunto de dos tramos cuyas bandas de propagación son distintas (separadas varios GHz), con el fin de demostrar que cada tramo radia sólo en el rango de frecuencias que le corresponde según los modelos individuales simulados y conservando el mismo ángulo de apuntamiento para ambos rangos de frecuencia.