Investigación sobre superficies selectivas de frecuencia para la realización de marcas de localización insensibles a la orientación en entornos de interiores

Abstract

[ES] La localización y el posicionamiento de objetivos es un área de investigación en curso que ha cobrado importancia en los últimos decenios debido a sus numerosas aplicaciones en varios ámbitos, como el industrial, el sanitario y el civil. Para una localización precisa en interiores, el aspecto más importante es lograr una resolución inferior a los milímetros, que puede alcanzarse operando en la banda W (65 GHz a 110 GHz) y superiores debido a los amplios anchos de banda disponibles. Una de las aplicaciones de estos sistemas consiste en utilizar etiquetas para interiores que actúen como puntos de referencia, que el lector es capaz de distinguir entre sí. Para lograrlo, los actuales sistemas de radar pasivo para interiores aplican esquemas de modulación de frecuencia. Por lo tanto, las etiquetas están formadas por superficies selectivas de frecuencia y retrorreflectores, que filtran la onda interrogante entrante y luego la propagan de vuelta hacia el emisor. Sin embargo, el estado actual de dichos sistemas presenta varias limitaciones, como la falta de estabilidad de la resonancia respecto del ángulo de excitación y la indeterminación de la reflexión especular. En este trabajo, se proponen dos soluciones para superarlas. En primer lugar, se miniaturizan cuatro SSF planas clásicas utilizando una rejilla para lograr una resonancia estable. Se fabrican y miden como parte de una etiqueta de locacilación en interiores, con la mejor de ellas operando a 79.30 GHz, y cuya resonancia varía dentro de un ancho de banda relativo de 2.22%. Esto permite una resolución de cinco bits en la banda W. En segundo lugar, inspirados en el comportamiento isotrópico de las esferas metálicas, dos FSS semiesféricas, de tipo ranuras, de 15 mm y 20 mm de diámetro se fabrican en aluminio y latón utilizando técnicas de impresión en 3D. Se examina el potencial de esas estructuras para funcionar en sistemas de localización en interiores, ya que ambas presentan el necesario comportamiento de paso de banda y el mínimo de RCS monostática a una frecuencia de funcionamiento de 85 GHz.

[EN] Target localization and positioning is an ongoing research area that has risen in importance during the last decades due to its numerous applications in several fields such as industrial, health and civilian. For precise indoor localization, the most important aspect is to achieve sub-mm resolution, which can be attained by operating in W-band (65 GHz to 110 GHz) and above due to the wide bandwidths available. One implementation of such systems is to use indoor tags that act as landmarks or reference points, that the reader is able to distinguish between each other. To achieve that, current indoor passive radar systems implement frequency modulation schemes. Therefore, tags are formed by frequency selective surfaces and retroreflectors, which filter the incoming interrogating wave and then backscatter it to the emitter. However, current state of the art of such systems present several limitations, like non resonance stability regarding angle of excitation and specular reflection indetermination. In this work, two solutions are proposed to overcome them. First, four classical planar FSS are miniaturized using a grid to achieve stable resonance. They are fabricated and measured as part of an indoor tag landmark, with the best one operating at 79.30 GHz, and whose resonance varies within relative bandwidth of 2.22%. This allows for five bit resolution on W-band. Second, inspired in the isotropic behavior of metallic spheres, two slot-based semi spherical FSSs of diameters 15 mm and 20 mm are fabricated in aluminum and brass using 3D printing techniques. The potential of such structures to work on indoor localization systems is discussed, as both present the necessary bandpass behavior and RCS minimum at an operating frequency of 85 GHz.