3D antennas for wireless power transmission

Abstract

The 3D printing has seen a very strong growth in the last five years, especially since began to appear solutions of this kind of technology at much lower prices and for common user. The design of freedom associated with the three-dimensional structures can create complex geometries that produce very specific characteristics of radiation for very demanding applications. Today, it is possible to do this without big budgets. In this dissertation the lens based solution is explored through 3D printing technology. Three antennas are presented, one microstrip coupled antenna without lens, the second with an extended hemispherical lens and the third with a spherical lens. The purpose of these antennas is to provide or capture power for passive sensor networks in space. These antennas operate in the K band, more specifically at 20 GHz. In these frequencies, the lenses become acceptable in size for many applications. With this dissertation it was concluded that the use of printed lenses in 3D printers is an interesting solution to increase the gain and to focus the electromagnetic field of an antenna. These characteristics allow to create small and compact antennas with a high gain that can perform a similar performance to others with higher cost and dimensions, such as reflectors, arrays, or horn antennas.

A impressão em 3D tem assistido a um crescimento bastante acentuado nos últimos cinco anos, especialmente desde que começaram a aparecer soluções deste tipo de tecnologia a preços muito mais baixos e para o utilizador comum. A liberdade de desenho associada `as estruturas tridimensionais permite criar geometrias complexas que produzem características de radiação muito específicas para aplicações bastante exigentes. E, hoje em dia ´e possível fazer isto sem precisar de grandes orçamentos. Nesta dissertação ´e explorada a solução baseada em lentes, através da tecnologia de impressão 3D. São apresentadas três antenas, uma antena microstrip alimentada por acoplamento sem lente, a segunda com uma lente semiesférica estendida e a terceira com uma lente esférica. O objetivo destas antenas ´e fornecer ou captar potência para redes de sensores passivos no espaço. As antenas apresentadas funcionam na banda K, mais concretamente a 20 GHz. A estas frequências as lentes tornam-se aceitáveis em tamanho para muitas aplicações. Com esta dissertação concluiu-se que a utilização de lentes impressas em impressoras 3D ´e uma solução interessante para aumentar o ganho e focar o campo eletromagnético de uma antena. Estas características permitem criar antenas pequenas e compactas com um ganho elevado e que conseguem ter uma performance semelhante a outras de maior custo e dimensões, como por exemplo, as parabólicas, agregados, ou cornetas.