Antennas for indoor/outdoor Wi-Fi applications at the 17 GHz band

Abstract

O Wi-Fi permite estabelecer ligações sem fios de equipamentos à internet, sendo muito utilizado em casas, hotéis e espaços públicos. Opera nas bandas livres Industrial, Scientific, and Medical (ISM) nomeadamente nas faixas de 2.4 GHz e 5.8 GHz. Nos dias de hoje, as interferências nas soluções que recorrem ao Wi-Fi têm vindo a aumentar devido à enorme utilização destas bandas de frequência reduzindo significativamente a qualidade do servi co fornecido aos utilizadores. Algumas alternativas têm vindo a ser testadas para minorar este problema, como por exemplo a utilização de frequências de operação, nomeadamente a banda ISM dos 24 GHz ou na banda dos 17 GHz. Com esta dissertação pretendeu-se contribuir para esta solução através da construção de antenas que possam ser uma mais valia para o desenvolvimento das redes sem fios gama dos 17 GHz, visto que a banda dos 24 GHz é bastante afectada por atenuações que advêm das condições climatéricas (e.g. chuva). Face _as reduzidas dimensões das antenas, uma das dificuldades sentidas, durante o seu projecto, foi a sua alimentação, tendo sido realizado um estudo dos métodos de alimentação para antenas microstrip nesta frequência. O método de alimentação escolhido foi a alimentação por fenda que demonstrou conseguir um melhor desempenho a esta frequência de operação. De seguida, foi desenvolvida uma antena que cumpre os requisitos mínimos de operação para aplicações Wi-Fi em interiores, cujas as características, dependendo do cenário de instalação, deverão ter um ganho entre 0 e 6 dBi e ter uma grande rejeição da polarização inversa (é desejável que seja entre 30 e 40 dB). Por fim, foi realizada uma antena para comunicações que envolvam distâncias maiores, onde é desejável que as antenas possuam um ganho maior (desde 3dBi até29 dBi dependendo da aplicação). Para obter ganhos desta ordem foi realizado um agregado planar(2x2) que apresentou um ganho por volta de 11 dBi.

Wi-Fi technology allows wireless connections of equipment to the Internet, being widely used in homes, hotels and public areas. It operates in the ISM band, also known as free bands , namely in the bands of 2.4 GHz and 5.8 GHz. Nowadays, interference in solutions that use Wi-Fi technology has been increasing due to the considerable use of these frequency bands, significantly reducing the quality of service provided to users. Some alternatives to solve this problem have been tested, such as the use of operating frequencies, namely the 24 GHz ISM band or at the 17 GHz band. With this dissertation it was intended to contribute to this solution through the construction of antennas that could be an asset for the development of wireless networks in the 17 GHz frequency range, since the 24 GHz band is greatly affected by attenuations due to the climatic conditions (e.g. rain). Considering the small size of the antennas at 17 GHz, one of the difficulties during their design was their feeding. Thus, a study of the feeding methods for microstrip antennas was carried out. The feeding method chosen was the aperture coupling feed which shown a better performance at this operating frequency. Then, an antenna that meets the minimum operating requirements has been developed for indoor Wi-Fi applications, whose characteristics, depending on the installation scenario, should have a gain between 0 and 6 dBi as well as a high rejection level of the orthogonal polarization component (it is desirable to be between 30 and 40 dB). Finally, an antenna for communications involving great distances was developed, where it is desirable that the antennas present a higher gain (from 3 dBi up to 29 dBi depending on the application). In order to obtain higher gains, a planar array antenna (2x2) was produced, presenting a gain around 11 dBi.