Tunable folded-slot antenna with thin film ferroelectric material Ferroelectric material

Abstract

In this work, the modeled performance of gold (Au)/ Ba0.60Sr0.40TiO3 (BSTO) ferroelectric/ magnesium oxide (MgO) two-layered tunable coplanar waveguide (CPW) fed folded–slot antenna (FSA) is presented. BSTO materials have electric field dependent dielectric properties. Upon application of electric fields the dielectric constant can be tuned over a wide frequency range. The Finite Difference Time Domain (FDTD) method is applied to analyze the output responses. The return loss, input impedance and elevation patterns of the CPW-fed FSA design are included. The designed antenna structure is operational at Ka-band, matched at 50 ohms with minimum reflections and tunable bandwidth of 7.10 GHz for 23.33% around 30.47 GHz. A total frequency shift of 4 GHz and input resistance shift of 28.54 ohms are obtained. The gain is approximately 2.98 dBi. This thesis research demonstrates another advantageous application for ferroelectric thin-films for enhancing the performance of a CPW-fed FSA designed for Ka-band frequencies.

En este trabajo se presenta el desempeño de una antena de ranura plegada de dos capas alimentada por guía de onda coplanar. Su estructura se compone del plano de tierra (Au), una capa de material ferroeléctrico, Ba0.60Sr0.40TiO3 (BSTO) y de una capa de sustrato, Oxido de Magnesio (MgO). La sintonización de dicha antena se debe a las propiedades dieléctricas del BSTO. Al aplicarle un campo eléctrico a este material su constante dieléctrica se puede sintonizar en un rango de frecuencia amplio. El método de diferencias finitas en el dominio del tiempo se aplica para el análisis de las respuestas de salida. Las reflexiones, impedancia de entrada y el patrón de elevación de la antena están incluidas. La antena presentada opera en la banda Ka, está pareada a 50 ohmios, tiene reflexiones bajas y la sintonización de su ancho de banda es de 7.10 GHz para 23.33% alrededor de 30.47 GHz. Dicha antena presenta un desplazamiento total en frecuencia de 4 GHz y en impedancia de entrada de 28.54 ohmios. Su ganancia es de aproximadamente de 2.98 dBi. Esta tesis de investigación demuestra otra aplicación ventajosa para materiales ferroeléctricos para realzar el desempeño de una antena de ranura doblada alimentada por guía de onda coplanar diseñada para frecuencias de la banda Ka.