Characterization of cavity-backed folded slot antennas

Abstract

In this thesis, two Cavity-Backed Folded-Slot Antennas (CBFSA’s) are characterized through the Design Of Experiments technique (DOE) to study the influence that the Folded-Slot Antennas (FSA) and cavity dimensions of each CBFSA have on the following responses: resistance, frequency, reflection coefficient and gain in the substrate and cavity side. The antennas characterized were: the CPW-capacitively fed CBFSA and the CPW-inductively fed CBFSA. Two 2k factorial DOE’s are pro- posed for performing the characterization of each antenna. The designs proposed in the DOE’s are simulated in the High Frequency Structure Simulator (HFSS) and the results obtained were statistically analyzed. Linear regression models for each response of the CBFSA’s are presented. Some CBFSA designs were fabricated in order to validate the simulations. The CPW-inductively fed CBFSA achieves gain of 4.28 dB and reflection coefficient < 0.33 or VSWR < 2 at 4.5 GHz, whereas the CPW-capacitively fed CBFSA achieves gain of 4.63 dB and reflection coefficient < 0.33 or VSWR < 2 at 4.5 GHz. The radiation patterns of the antennas are uni-directional and Front-to-Back-Ratio (FBR) about 15 dB is obtained.

En esta tesis, dos antenas de ranura cubiertas por una cavidad (CBFSA’s) son caracterizadas usando la técnica de Diseño de Experimentos (DOE) con el fin de estudiar la influencia que tienen las dimensiones de la antena de ranura plegada (FSA) y la cavidad sobre las siguientes respuestas: resistencia, frecuencia, coeficiente de reflexión y ganancia en el lado del sustrato y de la cavidad. Las antenas que serán caracterizadas son: la antena de ranura cubierta por una cavidad alimentada capacitivamente por una CPW y la antena de ranura cubierta por una cavidad alimentada inductivamente por una CPW. Dos diseños factoriales 2k se proponen para caracterizar cada una de las antenas. Los diseños propuestos en el DOE fueron simulados en el simulador de estructuras de alta frecuencia (HFSS) y los resultados obtenidos fueron analizados estadísticamente. Se presentan modelos de regresión lineal para cada una de las respuestas de las CBFSA’s. Algunos diseños de antenas fueron fabricados con el fin de validar las simulaciones. La antena de ranura plegada cubierta por una cavidad alimentada inductivamente por una CPW obtuvo una ganancia de 4.28 dB y un coeficiente de reflexión < 0.33 o VSWR < 2 a 4.5 GHz, mientras que la antena de ranura plegada cubierta por una cavidad alimentada capacitivamente por una CPW obtuvo una ganancia de 4.63 dB y un coeficiente de reflexión < 0.33 o VSWR < 2 a 4.5 GHz. Los patrones de radiación de las antenas son uni-direccionales y la razón de radiación frontal a la posterior obtenida es aproximadamente 15 dB.