Estudio de las propiedades de radiación de partículas resonantes con aplicaciones en sistemas de comunicaciones

Abstract

El sector de las radiocomunicaciones ha experimentado un drástico desarrollo estos últimos años. Entre ellos, los sistemas de comunicaciones inalámbricos han sufrido un gran crecimiento en la sociedad moderna motivado por el elevado número de servicios en que se pueden aplicar (por ejemplo radiodifusión, telefonía móvil, posicionamiento por satélite o bien identificación por radiofrecuencia). Esto ha motivado la investigación de nuevos dispositivos de microondas con diferentes y mejores prestaciones. La tendencia más extendida actualmente consiste en utilizar tecnologías planares para la realización de los elementos radiantes (típicamente parches metálicos o dipolos de media longitud de onda), lo que permite obtener diseños de bajo coste y fácilmente integrables con el resto de circuitería impresa. Puesto que estos dispositivos son progresivamente más compactos, un aspecto clave también es la búsqueda de técnicas para reducir las dimensiones finales de las antenas así como mejorar su funcionalidad. Una metodología aplicada ampliamente con anterioridad consiste en cargar las antenas impresas con estructuras resonantes (provenientes del campo de los metamateriales) para reducir su frecuencia de operación así como lograr un funcionamiento multifrecuencia. Recientemente, sin embargo, se ha presentado otra alternativa basada en utilizar un resonador Split Ring Resonator trabajando a la segunda resonancia como elemento radiante puesto que muestra unas propiedades de radiación interesantes en términos de eficiencia de radiación e impedancia de entrada. El objetivo principal de esta tesis ha sido, por tanto, explotar el comportamiento de esta partícula (y otras configuraciones derivadas) a la segunda frecuencia de resonancia como radiador para mejorar las prestaciones de las antenas planares convencionales en una variedad de aplicaciones. Esto abarca las antenas microstrip, las agrupaciones de antenas y, en último término, las superficies polarizadoras.

The radiocommunication sector has suffered a rapid development in recent years. Among them, wireless communications systems have shown a great growth in modern society due to the high number of services in which they can be applied (e.g. radio broadcasting, mobile telecommunications, satellite navigation or radio frequency identification). This has motivated a research of new microwave devices with different and improved features. The current trend is to use planar technologies for the realization of radiating elements (typically metallic patches or half-wavelength dipoles), which allows to obtain low cost designs that can be easily integrated with all the printed circuitry. Since these devices are more and more compact, a key point is also the search for techniques to reduce the final dimensions of the antennas as well as to improve their functionality. A widely applied methodology is to load the printed antennas with resonant structures (coming from the field of metamaterials) to reduce their operating frequency as well as to achieve multifrequency operation. Recently, however, another alternative has been proposed based on using a Split Ring Resonator working at the second resonance as a radiator since it shows interesting radiation properties in terms of its radiation efficiency and input impedance. Therefore the main objective of this thesis has been to exploit the behavior of this resonant particle (and other derived configurations) at the second resonant frequency as a radiating element to improve the performance of conventional planar antennas in a variety of applications. This includes microstrip antennas, antenna arrays and, moreover, polarizer sheets.