PROGETTAZIONE DELLA GUIDA DINAMICA DEL FASCIO IN ANTENNE A METASUPERFICIE PER PRESTAZIONI AVANZATE NEI SISTEMI DI COMUNICAZIONE 5G/6G

Abstract

Il lavoro di questa tesi è stato svolto presso il Dipartimento di High Frequency Electronics dell’Università RWTH di Aachen (Germania). L’obiettivo è analizzare la possibilità di introdurre nei sistemi 5G e nelle future tecnologie 6G un’antenna a metasuperficie composta da patches a forma di H. Grazie alle loro dimensioni e al materiale utilizzato, queste strutture consentono di ottenere un’antenna direttiva con elevato guadagno.

La tesi è articolata in tre parti principali. Nel primo capitolo vengono descritte le caratteristiche fondamentali delle antenne, i parametri di analisi più rilevanti e una panoramica sull’evoluzione dei metamateriali verso le metasuperfici. Il secondo capitolo è dedicato allo studio delle patches a H, analizzandone la geometria in relazione al materiale Rogers 5880. Le simulazioni condotte con CST Microwave Studio hanno mostrato che, per specifiche dimensioni, l’antenna presenta due lobi direttivi con buon guadagno e alta direttività. Inoltre, per evitare componenti meccanici, è stato introdotto uno phase shift capace di orientare i fasci principali di alcuni gradi. Il terzo capitolo affronta l’inserimento di diodi varactor per incrementare ulteriormente il phase shift. In particolare, il varactor MA46H120 della Macom è stato simulato con ADS, mostrando buoni risultati nell’aumento di fase e nell’analisi del parametro S11. I lavori futuri prevedono l’integrazione del varactor nella geometria dell’antenna e una possibile alimentazione basata su tecnologia SIW.

This thesis work was carried out at the Department of High Frequency Electronics of RWTH University in Aachen (Germany). The aim is to analyze the possibility of introducing into 5G systems and into future 6G technologies a metasurface antenna composed of H-shaped patches. Thanks to their dimensions and to the material used, these structures make it possible to obtain a directive antenna with high gain.

The thesis is divided into three main parts. The first chapter describes the fundamental characteristics of antennas, the most relevant analysis parameters, and provides an overview of the evolution of metamaterials towards metasurfaces. The second chapter is dedicated to the study of H-shaped patches, analyzing their geometry in relation to the Rogers 5880 material. The simulations conducted with CST Microwave Studio showed that, for specific dimensions, the antenna presents two directive lobes with good gain and high directivity. Moreover, in order to avoid mechanical components, a phase shift was introduced, able to orient the main beams by several degrees. The third chapter deals with the insertion of varactor diodes to further increase the phase shift. In particular, the MA46H120 varactor from Macom was simulated with ADS, showing good results both in phase increase and in the analysis of the S11 parameter. Future works propose the integration of the varactor into the antenna geometry and the adoption of a possible feeding based on SIW technology.