Leaky Wave Antennas and Electromagnetic Field Confinement Devices based on Periodic and Uniform Structures

Abstract

Aquesta tesi es centra en dos aspectes clau: el disseny de dispositius de confinament de camp electromagnètic, que es basen en la generació d'ones evanescentes mitjançant estructures periòdiques i uniformes, i el disseny d'antenes d'ona de fuga. El primer és essencial per a aplicacions de curt abast (per exemple, RFID, transferència d'energia, monitoratge de medicaments, etc.), permetent la interacció entre el camp i transpondedors, sensors, actuadors i altres components. D'altra banda, el segon troba aplicació en diversos escenaris com ara sistemes de radar, seguiment d'objectes, transmissió d'informació, imatges i més. A més, aquesta tesi explora l'àmbit de la prototipatge de dispositius de microones mitjançant impressió 3D, oferint un enfocament cost-eficaç i eficient per construir estructures intrincades. A més, s'han proposat i provat diverses metodologies per metal·litzar les estructures impresses. Els resultats obtinguts en aquesta tesi amplien l'estat de l'art en el camp de les antenes d'ona superficial i dispositius de confinament de camp electromagnètic. Prototips de prova recolzen la validesa i viabilitat dels dispositius suggerits. L'anàlisi teòric, les simulacions electromagnètiques i els resultats experimentals mostren un alt nivell de concordança.

Esta tesis se centra en dos aspectos clave: el diseño de dispositivos de confinamiento de campo electromagnético, que se basan en la generación de ondas evanescentes mediante estructuras periódicas y uniformes, y el diseño de antenas de onda de fugas. El primero es esencial para aplicaciones de corto alcance (por ejemplo, RFID, transferencia inalámbrica de energía, monitoreo de medicamentos, etc.), permitiendo la interacción entre el campo y transpondedores, sensores, actuadores y otros componentes. Por otro lado, el segundo encuentra aplicación en diversos escenarios como sistemas de radar, seguimiento de objetos, transmisión de información, imágenes y más. Además, esta tesis explora el ámbito de la prototipación de dispositivos de microondas mediante impresión 3D, ofreciendo un enfoque rentable y eficiente para construir estructuras intrincadas. Además, se han propuesto y probado diversas metodologías para metalizar las estructuras impresas. Los resultados obtenidos en esta tesis amplían el estado del arte en el campo de las antenas de onda superficial y dispositivos de confinamiento de campo electromagnético. Prototipos de prueba respaldan la validez y viabilidad de los dispositivos sugeridos. El análisis teórico, las simulaciones electromagnéticas y los resultados experimentales muestran un alto nivel de concordancia.

This thesis focuses around two key aspects: the design of electromagnetic field confinement devices, which rely on generating evanescent waves through periodic and uniform structures, and the design of leaky wave antennas. The former is essential for close-range applications (for example RFID, wireless energy transfer, drug monitoring, etc.), enabling interaction between the field and transponders, sensors, actuators, and other components. On the other hand, the latter finds application in diverse scenarios such as radar systems, object tracking, information transmission, imaging, and more. Moreover, this thesis explores the realm of prototyping microwave devices using 3D printing, offering a cost-effective and efficient approach to construct intricate structures. Furthermore, diverse methodologies for metallizing the printed structures have been proposed and tested. The results obtained in this thesis extend the state-of-the-art in the field of leaky wave antennas and electromagnetic field confinement devices. Proof-of-concept prototypes support the validity and viability of the suggested devices. Theoretical analysis, electromagnetic simulations, and experimental results exhibit a high level of concordance.