Diseño y caracterización de sustratos para antenas impresas flexibles

Abstract

[ES] Uno de los componentes fundamentales de los sistemas de telecomunicaciones son las antenas, que son dispositivos que transmiten y reciben ondas electromagnéticas por el espacio libre. La electrónica impresa flexible ofrece numerosas ventajas que la convierten en una tecnología prometedora en diversos campos. Su principal ventaja radica en su flexibilidad y capacidad de adaptación a superficies curvas o irregulares. También es más ligera y delgada en comparación con los circuitos tradicionales, lo que la hace ideal para dispositivos como portátiles o wearables. Otra ventaja significativa es su potencial para la fabricación en masa a un bajo coste, ya que utiliza procesos de impresión y depósito de materiales en lugar de métodos tradicionales de fabricación. Las antenas impresas flexibles se fabrican depositando una tinta conductora sobre un sustrato. Los sustratos sobre los que se deposita la tinta conductora han de tener una baja permitividad relativa, resistencia térmica y mecánica y buena adherencia a la tinta. Los sustratos poliméricos son los que más se emplean debido a sus buenas propiedades de flexibilidad, ligereza, bajo coste, resistencia química y aislamiento eléctrico. La poliimida (PI), el tereftalato de polietileno (PET), el polietilen naftalato (PEN) y el polidimetilsiloxano (PDMS) son sustratos de uso común en antenas flexibles. El problema de estos materiales es que suelen tener unas eficiencias muy bajas de radiación en comparación a los materiales convencionales debido a su elevada tangente de pérdidas. Por tanto, este proyecto se centrará en el estudio y caracterización de sustratos poliméricos con las propiedades dieléctricas, mecánicas y térmicas deseadas. Sobre estos sustratos se realizarán variaciones como la creación de microporos de aire en su interior aumentando de esta manera su volumen libre, para tratar de disminuir el factor de pérdidas, que es el parámetro de mayor importancia para las aplicaciones mencionadas.

[CAT] Un dels components fonamentals dels sistemes de telecomunicacions són les antenes, que són dispositius que transmeten i reben ones electromagnètiques per l'espai lliure. L'electrònica impresa flexible ha trobat aplicacions prometedores en el camp de les antenes, oferint nombrosos avantatges que la converteixen en una tecnologia prometedora. El seu principal avantatge radica en la seua flexibilitat i capacitat d'adaptació a superfícies corbes o irregulars. També és més lleugera i prima en comparació amb els circuits tradicionals, la qual cosa la fa ideal per a dispositius com a portàtils o wearables. Un altre avantatge significatiu és el seu potencial per a la fabricació en massa a un baix cost, ja que utilitza processos d'impressió i depòsit de materials en lloc de mètodes tradicionals de fabricació. Les antenes impreses flexibles es fabriquen depositant una tinta conductora sobre un substrat. Els substrats sobre els quals es deposita la tinta conductora han de tindre unes baixes pèrdues, resistència tèrmica i mecànica i bona adherència a la tinta. Els substrats polimèrics són els que més s'empren a causa de les seues bones propietats de flexibilitat, lleugeresa, baix cost, resistència química i aïllament elèctric. La poliimida (PI), el tereftalat de polietilé (PET), el polietilen naftalat (PEN) i el polidimetilsiloxà (PDMS) són substrats d'ús comú en antenes flexibles. El problema d'aquests materials és que solen tindre unes eficiències molt baixes de radiació en comparació als materials convencionals a causa de la seua elevada tangent de pèrdues. Aquest projecte se centra en l'estudi i caracterització de substrats polimèrics amb les propietats dielèctriques, mecàniques i tèrmiques desitjades. Sobre aquests substrats s'han realitzat variacions com la creació de microporus d'aire en el seu interior augmentant d'aquesta manera el seu volum lliure, per a tractar de disminuir el factor de pèrdues, que és el paràmetre de major importància per a les aplicacions esmentades.

[EN] One of the fundamental components of telecommunication systems are antennas, which are devices that transmit and receive electromagnetic waves in free space. Flexible printed electronics has found promising applications in the field of antennas, offering numerous advantages that make it a promising technology. Its main advantage lies in its flexibility and ability to adapt to curved or irregular surfaces. It is also lighter and thinner compared to traditional circuits, making it ideal for devices such as laptops or wearables. Another significant advantage is its potential for mass manufacturing at a low cost, as it uses printing and material deposition processes instead of traditional manufacturing methods. Flexible printed antennas are manufactured by depositing a conductive ink onto a substrate. The substrates on which the conductive ink is deposited must have low loss, thermal and mechanical resistance and good ink adhesion. Polymeric substrates are the most commonly used due to their good properties of flexibility, light weight, low cost, chemical resistance and electrical insulation. Polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) and polydimethylsiloxane (PDMS) are commonly used substrates for flexible antennas. The problem with these materials is that they tend to have very low radiation efficiencies compared to conventional materials due to their high loss tangent. This project focuses on the study and characterization of polymeric substrates with the desired dielectric, mechanical and thermal properties. On these substrates, variations are made such as the creation of air micropores inside them, thus increasing their free volume, aiming to decrease the loss factor, which is the most important parameter for the mentioned applications.