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Design and characterization of ulrawideband aperiodic phased arrays
Valentín Hernández, Emmanuel
Valentín Hernández, Emmanuel
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Abstract
Due to periodicity, the periodic antenna arrays provide a disadvantage for naturally broadband antenna elements due to the presence of grating lobes and sidelobes. Literature presents different approaches to deal with this disadvantage however, none of the works presented so far provide a solution while maintaining the broadband aspect of the antenna elements. This thesis presents the design and characterization of a Self-Complementary Archimedean Spiral Antenna with a frequency bandwidth of 100% and an Aperture Stacked Patch Antenna with a frequency bandwidth of 50%. Both broadband antenna elements were utilized to design two aperiodic array configurations utilizing the Penrose and Danzer Tilings. The arrays were analyzed by simulation to characterize the impact of these kinds of arrays in the nearfield and far-field parameters of the antennas as well as the distribution of the probability density function of each data set. The results were validated by fabrication and measurement of the Spiral Penrose Aperiodic Array.
Debido a la periodicidad, los arreglos de antena periódicos proveen una desventaja para antenas de banda ancha debido a la inherente presencia de lóbulos laterales y lóbulos reticulados. En la actualidad, la literatura presenta diferentes técnicas para lidiar con esta desventaja, sin embargo, ninguna de ellas provee una solución mientras mantienen el ancho de banda de la antena. Esta tesis presenta el diseño y caracterización de una antena espiral autocomplementaria con un ancho de banda de 100% y una antena de parchos apilados con acople por apertura que posee un 50% de ancho de banda. Ambas antenas de banda ancha se utilizaron para diseñar dos arreglos aperiódicos utilizando el enlosado de Penrose y el enlosado de Danzer. Los arreglos fueron analizados mediante simulación para de esta forma caracterizar el impacto de este tipo de arreglos en los parámetros de campo-cercano y campos lejanos, así como la distribución de la función de densidad de cada resultado. Los resultados obtenidos fueron validados mediante fabricación y medición del arreglo aperiódico de Penrose con antena espiral.
Debido a la periodicidad, los arreglos de antena periódicos proveen una desventaja para antenas de banda ancha debido a la inherente presencia de lóbulos laterales y lóbulos reticulados. En la actualidad, la literatura presenta diferentes técnicas para lidiar con esta desventaja, sin embargo, ninguna de ellas provee una solución mientras mantienen el ancho de banda de la antena. Esta tesis presenta el diseño y caracterización de una antena espiral autocomplementaria con un ancho de banda de 100% y una antena de parchos apilados con acople por apertura que posee un 50% de ancho de banda. Ambas antenas de banda ancha se utilizaron para diseñar dos arreglos aperiódicos utilizando el enlosado de Penrose y el enlosado de Danzer. Los arreglos fueron analizados mediante simulación para de esta forma caracterizar el impacto de este tipo de arreglos en los parámetros de campo-cercano y campos lejanos, así como la distribución de la función de densidad de cada resultado. Los resultados obtenidos fueron validados mediante fabricación y medición del arreglo aperiódico de Penrose con antena espiral.
Description
Date
2025-12-16
Journal Title
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Keywords
Aperiodic phased arrays, Phased arrays, Penrose tiling, Danzer tiling, Ultrawideband antenna arrays