Diseño de una antena-sensor en sustratos flexibles

Abstract

En la actualidad, la impresión electrónica de circuitos de microondas sobre sustratos flexibles, con técnicas como inkjet printing, es una alternativa de fácil acceso y a un coste muy competitivo. En este ámbito, las antenas-sensor para la detección de variables ha centrado buena parte del interés de la comunidad científica. Esto es debido a que al utilizar el mismo sensor como transmisor inalámbrico se consigue simplificar la complejidad de los circuitos implicados. En la primera fase del presente Trabajo de Final de Grado se realiza un profundo estudio del estado de la cuestión. A continuación, se reseñan cuáles son los parámetros principales de diseño de estas antenas-sensor sobre sustratos flexibles. La parte práctica del proyecto se inicia con la simulación de algunos de los ejemplos visto durante el estado del arte. Tras esta fase de entrenamiento, se aborda el primer diseño de antena-sensor a nivel de layout para la detección de temperatura del cuerpo humano. Finalmente, se optimiza este diseño para mejorar sus prestaciones y sensibilidad. Como resultado final, se obtiene una antena-sensor de parche microstrip que opera a la frecuencia de los 38 GHz. Este diseño muestra unas prestaciones y una sensibilidad suficiente para poder considerarse una alternativa válida en aplicaciones 5G de detección de temperatura. La memoria termina con la presentación de las conclusiones finales y las líneas de trabajo futuras.

Nowadays, the electronic printing of microwave circuits on flexible substrates, using technics like inject printing, is an accessible alternative and at a highly competitive cost. In this context, the sensor antennas for detection of variables captures the attention of the international scientific community. This keen interest is due to the fact that while using the same sensor as wireless transmitter, it is possible to simplify the complexity of the involved circuits. In the first stage of this Final Degree Project, a detailed study of the state of the art is carried out, followed by descriptions of the main design parameters of these sensor antennas on flexible substrates. The practical part of this project starts with simulations of selected examples exposed in the state of the art. After this training phase, we will dwell on the layout of the first design of the antenna sensor for detection of human body temperature. Lastly, this design will be optimized to improve its performance and responsiveness. In the final reckoning, we obtain a microstrip patch sensor antenna which operates at frequency of 38 GHz. This design shows satisfactory results in terms of performance and responsiveness, thus it can/with regards to be considered as an adequate option for 5G detection temperature applications. The project report closes with the conclusions and future work lines.

En l'actualitat, la impressió electrònica de circuits de microones sobre substrats flexibles, amb tècniques com inkjet printing, és una alternativa de fàcil accés i a un cost molt competitiu. En aquest àmbit, les antenes-sensor per a la detecció de variables ha centrat bona part de l'interès de la comunitat científica. Això és pel fet que en utilitzar el mateix sensor com a transmissor sense fil s'aconsegueix simplificar la complexitat dels circuits implicats. En la primera fase del present Treball de Final de Grau es realitza un profund estudi de l'estat de la qüestió. A continuació, es ressenyen quins són els paràmetres principals de disseny d'aquestes antenes-sensor sobre substrats flexibles. La part pràctica del projecte s'inicia amb la simulació d'alguns dels exemples vist durant l'estat de l'art. Després d'aquesta fase d'entrenament, s'aborda el primer disseny d'antena-sensor a nivell de layout per a la detecció de temperatura del cos humà. Finalment, s'optimitza aquest disseny per a millorar les seves prestacions i sensibilitat. Com a resultat final, s'obté una antena-sensor de pegat microstrip que opera a la freqüència dels 38 GHz. Aquest disseny mostra unes prestacions i una sensibilitat suficient per a poder considerar-se una alternativa vàlida en aplicacions 5G de detecció de temperatura. La memòria acaba amb la presentació de les conclusions finals i les línies de treball futures.