Reconfigurable Antennas and their Applications

One of the biggest challenge in modern communication systems is to provide a single antenna for different applications. Existing antenna systems are limited to some applications. So it is important to design a single reconfigurable antenna for multiple applications. Five different reconfigurable printed antennas for different applications are designed during the study of this thesis. In the first design an antenna for frequency reconfigurable applications is designed. The electrical length of the conductor is changed using PIN diodes and the resonance of antenna is shifted from 4.27 GHz to 3.56 GHz. Good agreement between simulated and measured results is observed. In the second and third designs, Ultra wideband (UWB) Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) antennas with on-demand Wireless Local Area Network (WLAN) rejection are designed. The second design consists of two elements UWB-MIMO antenna and stubs are connected to the ground plane using PIN diodes. These stubs act as a stop-band filter and reject the band at 5.5 GHz center frequency. This design has a compact size of 23 x 39.8 mm2. The third design has almost same features as of second design but it has four elements. These elements are placed orthogonally to each other. The total size of this proposed design is 50 x 39.8 mm2. The ground plane is common and a band-stop design is placed between the ground planes. This band-stop design is connected with the ground plane using PIN diodes. When diodes are biased, the current is travelled to the nearly placed band-stop design and a notch is obtained around 5.5 GHz. In fourth design a reconfigurable array with a sensing circuit is designed. The array consists of four individual reconfigurable patches which are attached to the different conformal surfaces. These patches are reconfigured from 3.15 GHz to 2.43 GHz using PIN diodes. The correct phase at each element is provided using phase shifters. The sensing circuit is designed in such a way that only input voltage is changed to provide the correct phase on the switching frequency. The patterns of the array are recovered on both switching frequencies when array is attached to wedge or cylindrical surface. In the last design a series-fed array is designed. Composite Right/Left Handed Transmission Line (CRLH-TLs) are used instead of traditional meanderline microstrip lines to connect the array elements. These CRLH-TLs provided the zero phase at each connecting element, which resulted in broad side radiation patterns. To reconfigure the antenna to another frequency a small patch and second CRLH-TL is connected between array elements

Una delle sfide più grandi nei moderni sistemi di telecomunicazioni è realizzare una singola antenna idonea all’impiego in differenti ambiti. I sistemi di antenna esistenti infatti sono limitati solo a poche funzionalità. Risulta quindi importante progettare una singola antenna, riconfigurabile per una molteplicità di utilizzi. In questo lavoro di tesi vengono presentate cinque diverse antenne stampate e riconfigurabili. Per primo verrà presentata il design di una antenna riconfigurabile in frequenza; la lunghezza elettrica del radiatore viene cambiata usando dei diodi PIN spostando la frequenza di risonanza da 4.27 GHz a 3.56 GHz. Viene rilevato un buon accordo tra risultati sperimentali e quelli simulati. Nel secondo e nel terzo design vengono implementate antenne UWB-MIMO con capacità di rigettare a comando la banda di funzionamento WLAN. Nel dettaglio, il secondo design d’antenna consiste di due radiatori UWB-MIMO impiegati assieme a degli stub che sono connessi al piano di massa tramite diodi PIN. Gli stubs si comportano come filtri elimina-banda che inibiscono la radiazione intorno ai 5.5 GHz. Il design realizzato risulta molto compatto misurando solo 23x39.8 mm2. Il terzo design di antenna ha quasi le stesse caratteristiche del precedente ma è formato da quattro elementi: questi sono posizionati ortogonalmente l’uno all’altro. L’ingombro complessivo risulta di 50x39.8 mm2. Il piano di massa è condiviso ed una struttura elimina-banda è posta tra i radiatori. Tale struttura è connessa con il piano di massa tramite dei diodi PIN. Quando i diodi sono polarizzati la corrente la attraversa portando alla formazione di un notch nell’intorno dei 5.5GHz. Nel quarto design viene presentata una schiera di antenne riconfigurabile comandata da un sensore. La schiera è formata da quattro antenne patch riconfigurabili che sono posizionate su diverse superfici conformi. Le antenne patch sono rese riconfigurabili con l’uso di diodi PIN per operare a 3.15 Ghz o 2.43 GHz. La fase di cui necessita ciascun radiatore per compensare la deformazione della superficie viene fornita da dei variatori di fase. Tali variatori di fase sono realizzati in modo tale che necessitano solo di una tensione di pilotaggio in ingresso; il diagramma di radiazione della schiera viene ricomposto ad entrambe le frequenze di funzionamento quando la superficie inizialmente piana viene piegata ad angolo o circolarmente. Nell’ultimo design viene presentata una schiera di antenne alimentate in serie tramite linee CRLH che vengono impiegate al posto di linee a microstriscia tradizionali. Questo permette di fornire uno shift di fase nullo a ciascun elemento radiante della schiera in modo da ottenere una modo di radiazione trasversale. Per riconfigurare la schiera ad operare ad una frequenza diversa una piccola patch ed una seconda linea di trasmissione CRLH viene connessa tra gli elementi radianti