dc.creator |
ALVES, Andreia Aparecida de Castro |
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dc.date.issued |
2020-02-14 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2210 |
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dc.description.abstract |
The handheld devices for the fifth-generation (5G) of mobile communications will support
diverse services using different frequency bands, including the Second Frequency Range
(FR2), from 24.25 GHz to 52.60 GHz. This millimeter-wave (mm-waves) bandwidth provides
high data rates, i.e. ≈2.15 Gbit/s for downlink and ≈2.37 Mbit/s up-link, however,
the characteristics of the channels, devices manufacturing, and the high free space losses
are some of the limiting factors of this frequency range. The network effectiveness will
then depend directly on the use of high-performance antennas, reconfigurable devices,
reduced costs, among other aspects. Taking advantage of the needs of 5G systems, this
thesis presents a low-cost (initial prototype worth ≈250 reais), lightweight antenna array
with reconfigurable two-dimensional beam steering (azimuth and elevation) to operate in
millimeter waves. The main innovation is the antenna feed network based on metamaterials
with low insertion loss, linearity operation, and reduced stage number. This network
performs the beam steering through phase reconfiguration without interfering with the
antenna array performance. Additionally, a parasitic patches technique was applied in
order to improve gain and bandwidth. The project methodology is based on analytical
calculations and numerical simulations were carried out using the software Ansys HFSS.
The array performance has been analyzed in terms of the mutual coupling to evaluate its
possible application in a multi-antennas system. The approach has a total size of 6×6 cm,
compact enough to operate inside a mobile phone. All pre-set design requirements were
achieved, resulting in an antenna array gain of 12.5 dBi, 2.8 GHz bandwidth, reconfigurability
of 20∘, sidelobe level below 10 dB and mutual coupling lower than -50 dB. |
pt_BR |
dc.description.sponsorship |
Agência 1 |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
5G |
pt_BR |
dc.subject |
Arranjo de antenas |
pt_BR |
dc.subject |
Antenas reconfiguráveis |
pt_BR |
dc.subject |
Metamateriais |
pt_BR |
dc.subject |
Ondas milimétricas |
pt_BR |
dc.subject |
Reconfigurável |
pt_BR |
dc.title |
Arranjo de antenas reconfigurável para 5G utilizando metamateriais |
pt_BR |
dc.type |
Tese |
pt_BR |
dc.date.available |
2020-11-05 |
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dc.date.available |
2020-11-06T18:13:36Z |
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dc.date.accessioned |
2020-11-06T18:13:36Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/3831378780875013 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
SPADOTI, Danilo Henrique |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/8760117075106351 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
SODRÉ JUNIOR, Arismar Cerqueira |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/1703406475581759 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
Os dispositivos portáteis de quinta geração (5G) suportarão diversos serviços usando diferentes
faixas de frequência, incluindo a segunda faixa de frequência (FR2), de 24,25 GHz
a 52,60 GHz. O FR2 fornecerá altas taxas de dados, ≈2,15 Gbit/s para downlink e
≈2,37 Mbit/s para uplink, no entanto, a característica dispersiva dos canais, a complexidade
na fabricação dos dispositivos e a alta perda na propagação no espaço livre, são
alguns dos fatores limitantes dessa faixa de frequência. O desempenho da rede dependerá
do uso de antenas de alto desempenho, dispositivos reconfiguráveis, custos reduzidos, entre
outros aspectos. Esta tese apresenta um arranjo de antenas operando em ondas milimétricas,
leve, de baixo custo (protótipo inicial no valor de ≈250 reais) e com reconfiguração de
feixe em azimute e elevação. A principal inovação é a rede de alimentação eletricamente
reconfigurável baseada em metamateriais com baixa perda de inserção, operação linear e
número reduzido de estágios. Essa rede modifica a direção do feixe por meio da reconfiguração
de fase sem interferir no desempenho do arranjo de antenas. Adicionalmente, uma
técnica de elementos parasitas foi aplicada para melhorar a largura de faixa e o ganho do
arranjo. O projeto baseia-se em cálculos analíticos e simulações numéricas conduzidas pelo
software ANSYS HFSS. O desempenho do arranjo em termos de acoplamento mútuo foi
investigado para avaliar a aplicabilidade da abordagem em sistemas de múltiplas antenas.
A abordagem tem um tamanho total de 6×6 cm, compacto o suficiente para operar dentro
de um aparelho de telefonia móvel. Todos os pré-requisitos estabelecidos de projeto foram
alcançados, resultando em um arranjo de antenas com um ganho de 12,5 dBi, largura de
faixa de 2,8 GHz, reconfigurabilidade do feixe de ≈20∘, tamanho total de 6x6 cm, lobos
secundários abaixo de -10 dB e acoplamento mútuo de -50 dB. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
pt_BR |
dc.publisher.department |
IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação |
pt_BR |
dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UNIFEI |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
pt_BR |
dc.relation.references |
ALVES, Andreia Aparecida de Castro. Arranjo de antenas reconfigurável para 5G utilizando metamateriais. 2020. 111 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2020. |
pt_BR |