In recent years radar technology has seen an increasing success among a raising number of different applications outside of the two that made it world wide known: aeronautics and military. A significant growth was seen in the ISM ones, acronym of “Industrial, Scientific and Medical”, thanks to the reliability and the performance radars are able to grant, in combination with costs that are nowadays comparable to the ones of the competing technologies, PIR first of all. This work of thesis is presenting the study, the design and the development of the distributed parameters structures which are at the base of the radars operating in the 24 GHz ISM band. In particular the discussion addresses two joint goals: the study and the design of differently shaped patch antennas with the aim to achieve the maximum possible Field of View for the radar operation and the study and development of a novel filtenna based on the Substrate Integrated Waveguide (S.I.W.) technology. This technology can be produced on large-scale, maintaining the typical low cost of the Printed Circuit Board basic production process, but introducing a significant filtering able to isolate the bandwidth of interest from the wide variety of spectral interferers present at the millimeter-wave frequencies. Through the use of a semicircular centrally-fed patch antenna and of a novel system of combined S.I.W. band-pass filters, a filtenna achieving a loaded quality factor close to the hundred is developed, featuring low losses considering the characteristics of the low-cost highly industrializable specific substrate.

Negli anni recenti la tecnologia radar ha avuto un crescente successo in un numero sempre maggiore di ambiti al di fuori di quelli militare ed aeronautico. In particolare le applicazioni ISM, acronimo di "Industrial, Scientific and Medical", hanno visto un incremento nell'uso della tecnologia grazie alle prestazioni e all'affidabilità che questa riesce a garantire con costi oggigiorno paragonabili a quelli delle tecnologie concorrenti, in particolare il PIR, acronimo di "Passive Infra Red". Questo lavoro di tesi tratta lo studio, la progettazione e lo sviluppo delle strutture a parametri distribuiti per i radar operanti nella banda ISM 24GHz. In particolare la trattazione espone il perseguimento di due obiettivi congiunti: lo studio e la progettazione di differenti antenne patch, con il fine di conseguire il massimo angolo di apertura possibile al quale il radar possa operare, e lo studio e lo sviluppo di una innovativa filtenna basata sulla tecnologia S.I.W., acronimo di "Substrate Integrated Waveguide" ovvero guida d'onda integrata a substrato. L'obiettivo è che tale filtenna possa essere prodotta su larga scala a costi contenuti, pur introducendo un filtraggio sul segnale che consenta di isolare la banda di interesse dalle innumerevoli interferenze presenti alle frequenze caratteristiche delle onde millimetriche. Grazie all'uso di un'antenna semicircolare, alimentata centralmente, e di un innovativo sistema di due filtri passa-banda combinati, in tecnologia S.I.W., si ottiene una filtenna con elevato fattore di qualità, prossimo al centinaio in presenza di carico, avente perdite contenute pur utilizzando un substrato altamente industrializzabile.

Sviluppo di una filtenna stampabile su PCB low cost ad alto fattore di qualità ed elevato FoV per la banda ISM 24GHz

Mori, Lorenzo
2021/2022

Abstract

In recent years radar technology has seen an increasing success among a raising number of different applications outside of the two that made it world wide known: aeronautics and military. A significant growth was seen in the ISM ones, acronym of “Industrial, Scientific and Medical”, thanks to the reliability and the performance radars are able to grant, in combination with costs that are nowadays comparable to the ones of the competing technologies, PIR first of all. This work of thesis is presenting the study, the design and the development of the distributed parameters structures which are at the base of the radars operating in the 24 GHz ISM band. In particular the discussion addresses two joint goals: the study and the design of differently shaped patch antennas with the aim to achieve the maximum possible Field of View for the radar operation and the study and development of a novel filtenna based on the Substrate Integrated Waveguide (S.I.W.) technology. This technology can be produced on large-scale, maintaining the typical low cost of the Printed Circuit Board basic production process, but introducing a significant filtering able to isolate the bandwidth of interest from the wide variety of spectral interferers present at the millimeter-wave frequencies. Through the use of a semicircular centrally-fed patch antenna and of a novel system of combined S.I.W. band-pass filters, a filtenna achieving a loaded quality factor close to the hundred is developed, featuring low losses considering the characteristics of the low-cost highly industrializable specific substrate.
BIFFI, PAOLO
SEN, OKAN KAMIL
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
6-ott-2022
2021/2022
Negli anni recenti la tecnologia radar ha avuto un crescente successo in un numero sempre maggiore di ambiti al di fuori di quelli militare ed aeronautico. In particolare le applicazioni ISM, acronimo di "Industrial, Scientific and Medical", hanno visto un incremento nell'uso della tecnologia grazie alle prestazioni e all'affidabilità che questa riesce a garantire con costi oggigiorno paragonabili a quelli delle tecnologie concorrenti, in particolare il PIR, acronimo di "Passive Infra Red". Questo lavoro di tesi tratta lo studio, la progettazione e lo sviluppo delle strutture a parametri distribuiti per i radar operanti nella banda ISM 24GHz. In particolare la trattazione espone il perseguimento di due obiettivi congiunti: lo studio e la progettazione di differenti antenne patch, con il fine di conseguire il massimo angolo di apertura possibile al quale il radar possa operare, e lo studio e lo sviluppo di una innovativa filtenna basata sulla tecnologia S.I.W., acronimo di "Substrate Integrated Waveguide" ovvero guida d'onda integrata a substrato. L'obiettivo è che tale filtenna possa essere prodotta su larga scala a costi contenuti, pur introducendo un filtraggio sul segnale che consenta di isolare la banda di interesse dalle innumerevoli interferenze presenti alle frequenze caratteristiche delle onde millimetriche. Grazie all'uso di un'antenna semicircolare, alimentata centralmente, e di un innovativo sistema di due filtri passa-banda combinati, in tecnologia S.I.W., si ottiene una filtenna con elevato fattore di qualità, prossimo al centinaio in presenza di carico, avente perdite contenute pur utilizzando un substrato altamente industrializzabile.
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