Análisis y diseño de un array plano a 94GHz en LTCC para comunicaciones 5G

Abstract

Actualmente se camina hacia un mundo donde el consumo de datos en redes
móviles es progresivamente más alto y los servicios que se requieren tienen unas
especificaciones más concretas. Esta tendencia causa que las tecnologías para
aplicaciones 5G tengan una mayor acogida puesto que proponen cambios tanto en la
interfaz radio como en la arquitectura de red.
Debido a este hecho, es necesario el desarrollo de nuevas tecnologías que den
soporte a estas aplicaciones. Existen diversas opciones, pero entre todas ellas nos
centraremos en el uso de ondas milimétricas, en la banda W (75-110 GHz) y más en
concreto en la ventana de 94 GHz.
Es la frecuencia perfecta en términos de compensaciones con absorción. Una
menor atenuación significa un alcance mayor y una frecuencia más alta permite
conseguir un ancho de banda mayor. Al obtener anchos de banda mayores, se pueden
transmitir más datos.
El uso de frecuencias tan altas ofrece la posibilidad de conseguir altas
capacidades de transmisión, dispositivos compactos y, por tanto, más fácilmente
integrables. Además, puesto que son bandas no saturadas, se garantiza la
disponibilidad de una amplia cantidad de espectro electromagnético.
Por otra parte, el hecho de que sean tecnologías en pleno desarrollo y que se
trabaje a 94 GHz, que implica un gran salto en frecuencia, acarrea retos y
dificultades técnicas en cierto modo desconocidas ya que se trata de una tecnología
innovadora para este servicio. Por ello, este proyecto se centra en el análisis y diseño
de una antena pasiva plana a 94 GHz, con polarización lineal y destinada a
comunicaciones 5G.
Para el desarrollo de la antena, utilizaremos la tecnología de antenas impresas
ayudándonos de sustratos cerámicos (LTCC). El uso de sustratos LTCC para antenas
impresas tiene una serie de ventajas como es su bajo coste, tienen bajas pérdidas
respecto a los sustratos clásicos, permiten que las antenas diseñadas con estos
sustratos tengan mayores anchos de banda de trabajo, etc. Además, favorece la
creación de agrupaciones de antenas debido a que son eléctricamente delgados. Por
otra parte, aparecen inconvenientes como los acoplos entre elementos radiantes en
la agrupación.
La metodología prevista incluye el diseño teórico y simulación electromagnética
de distintos tipos de elementos radiantes, la red de alimentación para distintos
tamaños de arrays y la transición de guía onda WR-10 (estándar 75-110 GHz) a
microstrip. El diseño y la simulación de los diferentes prototipos se realizarán
teniendo en cuenta las limitaciones que presenta el proceso de fabricación en cada
caso.