Low-Cost Integrated Waveguide Antenna Front-End Solutions for Fifth Generation Cellular Systems and Beyond

À ondes millimétriques (ou simplement mm - ondes) réseaux d'antennes avec un seul polarisation linéaire (LP ) , double polarisation linéaire ( DLP ) et double polarisation circulaire ( DCP) caractéristiques sont largement utilisés pour de nombreuses applications , il y compris la communication de données sans fil , capteurs radar , passive imagerie , la récupération d'énergie et les systèmes de radiocommunication cognitifs . Parmi les différents types de structure d'alimentation , guide d'ondes présente un excellent candidat pour mettre en oeuvre des réseaux d'alimentation à faible perte et gain élevé réseaux d'antennes sur la plage de fréquence à ondes millimétriques . Ces antennes à base de guide d'ondes - ont été présentant d'excellentes caractéristiques de rayonnement , mais ils ne sont pas faciles à intégrer avec des composants actifs . A la fréquence à ondes millimétriques , SIW ( substrat de guide d'ondes intégré ) est un candidat exceptionnel émergents à mettre en oeuvre une faible perte et des réseaux d'alimentation à faible coût. Antenne SIW - alimenté est capable de produire l'efficacité de rayonnement à haute et le comportement d'impédance à large bande . Dans cette thèse , la technologie de transmission alimentation SIW est choisi pour mettre en oeuvre des réseaux électriques et de phase de distribution pour réaliser une grande efficacité antenne extrémités avant. Les principales contributions scientifiques et techniques peuvent être résumées en deux parties .Dans la première partie , des solutions pour les ouvertures rayonnantes efficacement ont été proposés tels que gain élevé réseaux d'antennes LP , DLP réseaux d'antennes et DCP réseaux d'antennes . Le choix de l'élément rayonnant avec d'excellentes caractéristiques de rayonnement est vital dans la réalisation de gain élevé réseau d'antennes et réseaux phasés, électroniquement orientables . Dans la deuxième partie , de nouvelles techniques ont été proposées pour diriger le faisceau fixe dans des directions multiples en élévation et azimut en utilisant le réseau de décalage de phase passive.

Abstract

Millimeter-wave (or simply mm-wave) antenna arrays with single linear polarization (LP), dual linear polarization (DLP) and dual circular polarization (DCP) characteristics are widely being used for numerous applications including wireless data communication, radar sensors, passive imaging, energy harvesting and cognitive radio systems. Among different types of feeding structure, waveguide presents an excellent candidate to implement low-loss feeding networks and high-gain antenna arrays over mm-wave frequency range. Those waveguide-based antennas have been exhibiting excellent radiation characteristics, but they are not easy to integrate with active components. At mm-wave frequency, SIW (substrate integrated waveguide) is an emerging outstanding candidate to implement low loss and low cost feeding networks. SIW-fed antenna is able to yield high radiation efficiency and broadband impedance behavior. In this thesis, SIW feeding transmission technology is chosen to implement power and phase distributing networks for realizing high efficiency antenna front ends. The main scientific and technical contributions can be summarized into two parts. In the first part, solutions for efficiently radiating apertures have been proposed such as high gain LP antenna arrays, DLP antenna arrays and DCP antenna arrays. The radiating element choice with excellent radiation characteristics is vital in realising high gain antenna array and electronically steerable phased arrays. In the second part, new techniques have been proposed to steer the fixed beam into multiple directions in elevation and azimuth utilizing passive phase shifting network. At 60 GHz frequency, dielectric rod antenna is selected for linearly polarized radiation and cavity backed metallic circular patch antenna is selected to obtain circular polarization radiation. Single rod antenna element is experimentally characterized to validate the proposed concept. In the next stage, high gain antenna array with 45o linear polarization utilizing rod antenna radiating element is demonstrated and feeding implemented in three dimensional (3-D) architecture is integrated along with the 4 x 4 antenna array. The data handling capability of single polarization antenna array is increased up to two fold by integrating two orthogonal polarized antenna arrays with an aperture area of one single polarized array.