Contributions to the design of broadband antennas and arrays for base stations for the new generation of mobile communication systems
- Autores: Sergio Martín Antón
- Directores de la Tesis: Daniel Segovia Vargas (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos del Río Bocio (presid.), Luis Emilio Garcia Castillo (secret.), David González Ovejero (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Multimedia y Comunicaciones por la Universidad Carlos III de Madrid y la Universidad Rey Juan Carlos
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
- Resumen
El objetivo de esta tesis es el diseño de antenas y arrays de banda ancha para estaciones base en las nuevas generaciones de comunicaciones móviles. Los nuevos retos en los sistemas de comunicación tales como el aumento de dispositivos conectados y el Internet de las cosas (IoT), conlleva la aparición de nuevas generaciones de telefonía. Para hacer frente a ese desafío se necesitan nuevas estrategias para optimizar el espectro, aumentar el ancho de banda y las velocidades de transmisión. Aunque algunas técnicas son aumentar la frecuencia de trabajo desarrollando celdas más pequeñas y rápidas, esta tesis se centra en el otro enfoque, extender las bandas de frecuencia utilizadas en la actualidad. Este enfoque tiene algunas ventajas como una mayor penetración ofreciendo mejor cobertura en zonas aisladas, así como la coexistencia de las futuras redes 5G con los estándares 3G y 4G actuales.
En una primera parte, se presentan diseños de elementos de antenas planares cumpliendo con los nuevos requisitos. La antena está diseñada y fabricada de una forma rentable y asequible, presentando una topología compacta y completamente plana. La idea principal para la consecución de los objetivos es la inclusión de dipolos acoplados incluidos dentro de la propia antena de forma antipodal para conseguir un diseño compacto y un patrón de radiación estable en toda la banda de funcionamiento. El diseño compacto y de doble polarización se logra en un elemento que trabaja en todo el ancho de banda frecuencial entre 1.427 y 2.69 GHz, la banda que aquí se presenta como Banda Ultra Ancha Extendida (ExtUWB).
En segundo lugar, se desarrolla un estudio de diferentes formas de planos de masa o reflectores en el campo cercano del elemento. La inclusión de un plano de masa es necesaria para eliminar la radiación trasera y dar forma al haz de radiación para obtener una antena directiva con el ancho de haz deseado que permanezca estable dentro de toda la banda de trabajo. El punto clave a tratar es que el plano de masa o reflector al ser colocado en el campo cercano del elemento produce perturbaciones en el mismo, tanto en la adaptación como en su diagrama de radiación.
A continuación, se propone la combinación de dos elementos para cubrir las dos bandas requeridas. El elemento ExtUWB para la banda 1,42 a 2,69 GHz se integra con nuevos elementos para la banda 690 a 960 MHz. Se estudia la integración de los elementos de ambas bandas en un mismo espacio físico para desarrollar una antena de estación base que proporcione cobertura en las dos bandas de forma conjunta.
Finalmente, se propone la combinación de elementos en configuraciones de array para las nuevas bandas de 5G con el propósito de ser utilizados como estaciones base. La inclusión en array permite lograr diferentes propósitos: aumentar la directividad, cumplir con los requisitos generales de las estaciones base y obtener flexibilidad para diferentes configuraciones de arrays. Se proponen distintos arrays con diferentes objetivos, estos arrays son configurables para ser utilizados como estaciones base clásicas, pero también formando un nuevo sistema innovador de Massive MIMO con propiedades de haz orientable que no se ha presentado para la banda L hasta ahora.
