Publicação
Miniaturization of circularly polarized antennas for GNSS applications
| Resumo: | As comunicações por satélite são fulcrais no mundo moderno, principalmente para a geolocalização e navegação, que são essenciais no posicionamento de veículos, incluindo na indústria da condução autónoma. Para garantir a segurança, eficiência e mais, os veículos autónomos necessitam de comunicações por satélite precisas e fiáveis, apoiadas por sistemas complexos que incluem antenas de polarização circular. Por isso, estas antenas devem garantir um bom sinal mesmo em condições onde existem várias reflexões, interferências ou bloqueio do sinal. As antenas definidas por software (SDAs), que têm como elemento central um agregado de antenas, podem ajudar a reduzir estes erros. O uso de antenas de dimensões reduzidas é, por isso, importante para a melhor integração no agregado, sendo por isso a miniaturização um aspeto crucial no seu design. Este trabalho apresenta uma análise detalhada de técnicas de desenho e miniaturização de antenas GNSS. São destacados os compromissos envolvidos neste processo, tais como o equilíbrio entre baixa complexidade, simetria e designs circulares, que otimizam a baixa variação do centro de fase, e maior largura do feixe de axial ratio, ou mesmo compromissos em largura de banda, ganho e desempenho geral durante a miniaturização, usando estratégias como braços de antena dobrados, meandros, fendas, elementos parasitas e mais. Durante o decorrer deste trabalho foram desenvolvidos dois designs de antenas miniaturizadas de polarização circular, sendo uma delas fabricada para ser caracterizada. Esta apresenta forma de trevo, com uma área de 0.34λ0 x 0.34λ0, ranhuras circulares, baixa variação do centro de fase, ampla largura de feixe de axial ratio, elevado ganho em polarização de mão direita, e forte rejeição de polarização cruzada. Posteriormente, esta antena é utilizada num agregado quadrado de 4x4, com espaçamento de 0.37λ0 entre elementos. Este permite uma forte rejeição de polarização cruzada, elevada diretividade, baixos níveis de lóbulos secundários e um axial ratio abaixo de 3 dB, em quatro direções. A orientação e posicionamento das antenas garante uma ampla largura de banda de axial ratio. É também mais fácil de produzir em massa, comparando com um agregado de antenas comercialmente disponíveis. O design inovador da antena GNSS miniaturizada apresentado neste trabalho possibilita a sua integração num agregado de uma SDA, através do qual se pode obter uma melhor precisão do posicionamento para veículos autónomos em várias condições ambientais e na presença de interferências. Através disto, a segurança e fiabilidade da ligação GNSS está salvaguardada, permitindo que a condução autónoma seja uma realidade cada vez mais próxima. |
|---|---|
| Autores principais: | Dores, Gonçalo Santos |
| Assunto: | Antenas Agregados de antenas Miniaturização Polarização circular GNSS Antennas Antenna array Miniaturization Circular polarization Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática |
| Ano: | 2024 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso restrito |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | As comunicações por satélite são fulcrais no mundo moderno, principalmente para a geolocalização e navegação, que são essenciais no posicionamento de veículos, incluindo na indústria da condução autónoma. Para garantir a segurança, eficiência e mais, os veículos autónomos necessitam de comunicações por satélite precisas e fiáveis, apoiadas por sistemas complexos que incluem antenas de polarização circular. Por isso, estas antenas devem garantir um bom sinal mesmo em condições onde existem várias reflexões, interferências ou bloqueio do sinal. As antenas definidas por software (SDAs), que têm como elemento central um agregado de antenas, podem ajudar a reduzir estes erros. O uso de antenas de dimensões reduzidas é, por isso, importante para a melhor integração no agregado, sendo por isso a miniaturização um aspeto crucial no seu design. Este trabalho apresenta uma análise detalhada de técnicas de desenho e miniaturização de antenas GNSS. São destacados os compromissos envolvidos neste processo, tais como o equilíbrio entre baixa complexidade, simetria e designs circulares, que otimizam a baixa variação do centro de fase, e maior largura do feixe de axial ratio, ou mesmo compromissos em largura de banda, ganho e desempenho geral durante a miniaturização, usando estratégias como braços de antena dobrados, meandros, fendas, elementos parasitas e mais. Durante o decorrer deste trabalho foram desenvolvidos dois designs de antenas miniaturizadas de polarização circular, sendo uma delas fabricada para ser caracterizada. Esta apresenta forma de trevo, com uma área de 0.34λ0 x 0.34λ0, ranhuras circulares, baixa variação do centro de fase, ampla largura de feixe de axial ratio, elevado ganho em polarização de mão direita, e forte rejeição de polarização cruzada. Posteriormente, esta antena é utilizada num agregado quadrado de 4x4, com espaçamento de 0.37λ0 entre elementos. Este permite uma forte rejeição de polarização cruzada, elevada diretividade, baixos níveis de lóbulos secundários e um axial ratio abaixo de 3 dB, em quatro direções. A orientação e posicionamento das antenas garante uma ampla largura de banda de axial ratio. É também mais fácil de produzir em massa, comparando com um agregado de antenas comercialmente disponíveis. O design inovador da antena GNSS miniaturizada apresentado neste trabalho possibilita a sua integração num agregado de uma SDA, através do qual se pode obter uma melhor precisão do posicionamento para veículos autónomos em várias condições ambientais e na presença de interferências. Através disto, a segurança e fiabilidade da ligação GNSS está salvaguardada, permitindo que a condução autónoma seja uma realidade cada vez mais próxima. |
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