Nonuniform 2D microstrip antenna arrays for wireless applications

Abstract

Wireless communications have undergone over the last decades a tremendous progress as a consequence of the exponential growth in demand for mobile devices, and nowadays are more and more involved in people's lives. This presence is re ected through the use of a large number of applications of which they become increasingly dependent on. The antenna, in its most di erent forms, are crucial elements in the establishment this type of communication. Each application involves a number of speci c characteristics, whereby, the improvement of wireless communications is related to the appropriateness of the used antenna. Many applications require antennas with radiation pattern with its particular shapes (in terms of beamwidth, side lobes levels, direction, etc ..), static or dynamic (adaptive antennas), involving in most cases the use antenna arrays to meet to such constraints. In this thesis, a number of techniques to synthesize antennas consisting of planar arrays with nonuniform excitation of their elements, are addressed. A group of the direction of arrival and beamforming estimation algorithms are also presented and analyzed, in order to enable their application in adaptive antenna array with dynamic beamforming. A vast and diversi ed set of arrays with di erent radiation requirements, and for di erent applications were developed. These arrays have great applicability in current research topics in antennas, such as vehicle communications, Wi-Fi in sports venues and smart antennas.

As comunicações sem os têm sofrido, ao longo das ultimas décadas, um enorme progresso em consequência do aumento exponencial da procura de dispositivos móveis, estando hoje em dia cada vez mais presentes na vida das pessoas. Esta presença re ete-se através do uso de um elevado número de aplicações das quais se tornam cada vez mais dependentes. As antenas, nas suas mais diversi cadas formas, são elementos cruciais no estabelecimento deste tipo de comunicações. Cada aplicação envolve um conjunto de características especí cas, pelo que a melhoria das comunica ções sem os está relacionada com a adequação da antena usada. Muitas aplicações necessitam de antenas com diagramas de radiação com formatos próprios (em termos de larguras de feixe, níveis de lobos secund ários, direção, etc..), sejam eles estáticos ou dinâmicos (antenas adaptativas), implicando na maioria dos casos o uso de agregados de antenas para fazer face a tais condições. Nesta tese são abordadas várias técnicas de desenho de antenas constituídas por agregados planares, com alimentação não uniforme dos seus elementos. Um conjunto de algoritmos de estimação dos ângulos de chegada e de formação de feixe são também apresentados e analisados com vista à sua aplicação em agregados de antenas adaptativas, com formação de feixe dinâmico. Um vasto e diversi cado conjunto de agregados com diferentes requisitos de radiação, destinados a diferentes aplicações foram desenvolvidos. Estes agregados têm grande aplicabilidade nos atuais tópicos de investiga ção em antenas, tais como as comunicações veiculares, Wi-Fi em espaços desportivos e smart antenas.