Antenas a base de grafeno para beamforming em bandas THz
| dc.contributor.advisor | Saito, Lúcia Akemi Miyazato | |
| dc.contributor.author | Fiuza, Vinícius Soares | |
| dc.date.accessioned | 2024-04-11T12:35:23Z | |
| dc.date.available | 2024-04-11T12:35:23Z | |
| dc.date.issued | 2023-08-23 | |
| dc.description.abstract | A rápida evolução do poder de processamento de computadores e dispositivos móveis, com o crescimento de usuários e consumo de conteúdo de alta definição, criam a necessidade de taxas de transferência e larguras de banda cada vez mais altas. Junto disto, o aumento da confiabilidade e de redução nos atrasos da comunicação tem se tornado essencial com o crescimento de casos de uso como o atendimento médico remoto e redes industriais inteligentes. O passo natural a ser realizado para possibilitar estes benefícios é o aumento das frequências de operação das redes móveis, e com o 5G de ondas milimétricas cada vez mais próximo da região dos terahertz (THz), a exploração desta faixa se torna inevitável. Porém, perdas por absorção e difração aumentam com a redução do comprimento de onda, o que causa demanda para uso de técnicas para concentrar a irradiação e direcioná-la para espaços que resultem em menos perdas, como o beamforming e beam steering. Além do uso de materiais que possibilitem flexibilidade e eficiência na região, como o grafeno, que tem sido amplamente estudado devido a sua condutividade controlável eletricamente, permitindo uma ampla faixa de operação. Com isto, neste trabalho foram estudados diferentes modelos de antena a base de grafeno para avaliar suas capacidades de radiação e configurabilidade da banda ressonante. Foi elaborado um modelo inovador de antena patch híbrida, com uma linha de alimentação de cobre separando duas placas de grafeno empilhado. Através da excitação do grafeno via efeito capacitivo é possível controlar os seus níveis de Fermi, que possibilitam a variação da impedância da antena, alterando assim sua frequência ressonante e característica de radiação. Com o ajuste minucioso do nível de Fermi das duas placas de grafeno controladas individualmente, foi possível atingir uma largura de banda de 350 GHz e foi observado um leve direcionamento de 4º do lóbulo principal para o lado do grafeno menos excitado. Ao ser aplicada em arranjos de 4 e 8 antenas, foram atingidos valores de ganho máximo de 11,4 dBi e 13,4 dBi respectivamente, enquanto foi mantida a extensa largura de banda sintonizável cobrindo todas as janelas de propagação entre a região de 1,24 e 1,59 THz. Foi observada a capacidade de redirecionamento do feixe principal de até 68º e calculada a eficiência total máxima de ambos os arranjos chegando a 76%. | |
| dc.description.sponsorship | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível | |
| dc.identifier.uri | https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/38399 | |
| dc.language.iso | pt_BR | |
| dc.publisher | Universidade Presbiteriana Mackenzie | |
| dc.subject | THz | |
| dc.subject | antenas a base de grafeno | |
| dc.subject | arranjos de antenas | |
| dc.subject | beamforming | |
| dc.subject | 6G | |
| dc.title | Antenas a base de grafeno para beamforming em bandas THz | |
| dc.type | Dissertação | |
| local.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/0915583034741895 | |
| local.contributor.advisorOrcid | https://orcid.org/0000-0001-7157-1191 | |
| local.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/5915680360934559 | |
| local.contributor.board1 | Carvalho, Maurício Moderno de | |
| local.contributor.board1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2256727812302399 | |
| local.contributor.board1Orcid | https://orcid.org/0000-0001-8968-1145 | |
| local.contributor.board2 | Spadoti, Danilo Henrique | |
| local.contributor.board2Lattes | http://lattes.cnpq.br/8760117075106351 | |
| local.contributor.board2Orcid | https://orcid.org/0000-0001-5698-6639 | |
| local.description.abstracten | The fast evolution of processing power in computers and mobile devices, with the growth of users and high-definition content consumption, creates the need for increasingly higher transfer rates and bandwidth. Along with this, increasing reliability and reducing communication latencies has become essential with the growth of use cases such as remote healthcare and smart industrial grids. The natural step towards enabling these benefits is the increase of the operating frequencies of mobile networks. With 5G in the millimeter wave region approaching the terahertz (THz) range, the exploration of this spectrum becomes inevitable. However, absorption and diffraction losses increase as the wavelength decreases, which demands techniques to concentrate and direct radiation towards spaces with fewer losses, such as beamforming and beam steering. In addition, materials that enable flexibility and efficiency in this range, such as graphene, have been widely studied due to their electrically controllable conductivity, allowing for a wide operating range. In this work, different graphenebased antenna models were studied to evaluate their radiation capabilities and resonant bandwidth reconfigurability. An innovative hybrid patch antenna model was developed, consisting of a copper feeding line separating two patches of graphene stacks. Exciting the graphene stacks via capacitive effects makes it possible to control their Fermi levels, which enables the variation of the antenna impedance, thereby altering its resonant frequency and radiation characteristics. With precise control of the Fermi level of each graphene stack individually, a bandwidth of 350 GHz was achieved, and a slight 4º steering of the main lobe toward the less excited graphene stack was observed. When applied in arrays of 4 and 8 antennas, maximum gain values of 11.4 dBi and 13.4 dBi were achieved while maintaining an extensive bandwidth covering all propagation windows between the 1.24 and 1.59 THz region. The capability of redirecting the main beam by up to 68º was observed, and the maximum total efficiency of both arrays was measured to be 76%. | |
| local.keywords | THz | |
| local.keywords | graphene-based antenna | |
| local.keywords | antenna array | |
| local.keywords | beamforming | |
| local.keywords | 6G | |
| local.publisher.country | Brasil | |
| local.publisher.department | Escola de Engenharia Mackenzie (EE) | |
| local.publisher.initials | UPM | |
| local.publisher.program | Engenharia Elétrica e Computação | |
| local.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |