Matriz de Butler em interposer MnM para aplicações em ondas milimétricas.

Abstract

Este trabalho teve por objetivo projetar, fabricar e caracterizar um protótipo de uma Matriz de Butler operando na faixa de ondas milimétricas (mmW ) utilizando a plataforma Metallic-Nanowire-Membrane (MnM). Para isso, uma metodologia de fabricação foi proposta e aprimorada, na qual, a partir de uma sequência de processos de microfabricação composta por etapas de litograĄa, deposição de Ąlmes Ąnos e espessamento por eletrodeposição, construíram-se dispositivos nos substratos de alumina nanoporosa, constituídos por até duas camadas de metalização interconectadas por vias formadas nos nanoporos. Essa tecnologia foi usada para construir linhas de transmissão, acopladores híbridos e crossovers, blocos fundamentais para a montagem da Matriz de Butler. Os acopladores fabricados exibiram perdas de inserção entre 3,6 dB e 3,9 dB e diferença de fase de 90,8°nas saídas em 60 GHz e perdas de retorno e isolação melhores que 15 dB para uma banda de aproximadamente 10 GHz em torno dessa frequência. Já os crossovers foram projetados usando o cruzamento de linhas microstrip, no qual um dos trechos do sinal é desviado para uma linha coplanar waveguide (CPW) nas costas do substrato através das vias. Os crossovers fabricados apresentaram, em 60 GHz, perdas de retorno de 15 dB e 25 dB para os trechos direto e com vias, respectivamente, perdas de inserção inferiores que 0,7 dB e isolação superior a 20 dB para o layout mais compacto. Utilizando os resultados de projeto dos componentes, construiu-se uma Matriz de Butler 4 × 4 completa acoplada a um array linear de quatro antenas patch. Os diagramas de radiação do array de antenas foram medidos inserindo potência em cada uma das quatro entradas da Matriz, indicando que o protótipo fabricado foi capaz de irradiar o sinal nas direções de aproximadamente ±10°e ±40°em relação à direção normal ao plano do substrato na frequência de 60 GHz, resultados os quais apresentaram boa concordância com as previsões obtidas por simulações usando o Método dos Momentos. Esses resultados são pioneiros no Brasil e mostram a viabilidade e o potencial da plataforma MnM para a construção de front-ends RF completos que suportem a técnica de beamsteering.

Design and Analysis of a Butler Matrix at 60 GHz Compatible with Metallic-Nanowire-Filled Membrane Fabrication Platform

“…To validate this result, the ideal radiation pattern was obtained from a simulation considering only the four patch antenna array and introducing at the input of each array a signal with phase specified by Table I. This simulation disclosed a II compares ideal and acquired beam direction with the results presented in [12], showing the systematic design process followed in this project yielded better results.…”

“…A more compact design is reported in [11], where slow-wave microstrip lines are employed to reduce the size. A different crossover structure is used in [12] seeking a more compact device without miniaturization based on slow-wave technology.…”

Melhorias e ampliação da Banda W do sistema de caracterização de antenas do EPUSP Centro mmW .

“…A complete revision of this device developed at the same substrate is presented at Ref. [37]. At each output port, instead of a single patch as would be usual, the designers introduced an 4-element series patch antenna array.…”