Analysis and design of antennas for wireless communications using modal methods

Abstract

El diseño de antenas para los nuevos sistemas de comunicaciones inalámbricas ha suscitado un creciente interés en los últimos años. El principal objetivo de esta Tesis Doctoral es la propuesta de un método general de diseño de antenas para sistemas de comunicaciones inalámbricas que proporcione una visión física del proceso de diseño. Para alcanzar este objetivo, se propone el uso de un método basado en la descomposición modal de la corriente en la superficie del cuerpo conductor. Los modos tienen la ventaja de proporcionar una visión más física del comportamiento radiante de la antena, así como información muy útil para la optimización de la geometría de la antena y para la selección del mecanismo óptimo de alimentación y su localización.

En la Tesis se realizará una revisión de los diferentes métodos modales disponibles, así como de los parámetros más importantes a tratar cuando se trabaja con soluciones modales. Además, se investigará un método para obtener expresiones cerradas para las corrientes superficiales en objetos conductores planos abiertos. Como se verá, los objetos planos con formas canónicas se pueden interpretar en muchas ocasiones como deformaciones de objetos tridimensionales cuyas superficies coinciden con las de algunos de los sistemas de coordenadas curvilíneas. De esta forma, se obtendrán expresiones cerradas para los modos vectoriales en un disco conductor circular y una tira plana infinita. Estas funciones se propondrán como funciones base de dominio completo en problemas más complejos que incluyan este tipo de superficies planas.

Los modos de corriente definidos a partir de las funciones de onda vectoriales son de naturaleza compleja, lo que dificulta en ocasiones su uso para el diseño de antenas. Por el contrario, la Teoría de los Modos Característicos proporciona una descomposición de la corriente total en la superficie de un cuerpo conductor de forma arbitraria en un conjunto de modos reales, cuyos diagramas de radiación son ortogonales