Matriz de Butler em interposer MnM para aplicações em ondas milimétricas.

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Verona, Bruno Marinaro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Acopladores híbridos; Beamforming; Beamsteering; Butler matrix; Crossovers; Hybrid couplers; Matriz de Butler; Metallic-Nanowire-Membrane; Millimeter waves; Ondas milimétricas; Sistemas microeletromecânicos
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-31012022-123610/

Este trabalho teve por objetivo projetar, fabricar e caracterizar um protótipo de uma Matriz de Butler operando na faixa de ondas milimétricas (mmW) utilizando a plataforma MetallicNanowire-Membrane (MnM). Para isso, uma metodologia de fabricação foi proposta e aprimorada, na qual, a partir de uma sequência de processos de microfabricação composta por etapas de litograa, deposição de lmes nos e espessamento por eletrodeposição, construíram-se dispositivos nos substratos de alumina nanoporosa, constituídos por até duas camadas de metalização interconectadas por vias formadas nos nanoporos. Essa tecnologia foi usada para construir linhas de transmissão, acopladores híbridos e crossovers,blocos fundamentais para a montagem da Matriz de Butler. Os acopladores fabricados exibiram perdas de inserção entre 3,6 dB e 3,9 dB e diferença de fase de 90,8° nas saídas em 60 GHz e perdas de retorno e isolação melhores que 15 dB para uma banda de aproximadamente 10 GHz em torno dessa frequência. Já os crossovers foram projetados usando o cruzamento de linhas microstrip, no qual um dos trechos do sinal é desviado para uma linha coplanar waveguide (CPW) nas costas do substrato através das vias. Os crossovers fabricados apresentaram, em 60 GHz, perdas de retorno de 15 dB e 25 dB para os trechos direto e com vias, respectivamente, perdas de inserção inferiores que 0,7 dB e isolação superior a 20 dB para o layout mais compacto. Utilizando os resultados de projeto dos componentes, construiu-se uma Matriz de Butler 4 × 4 completa acoplada a um array linear de quatro antenas patch. Os diagramas de radiação do array de antenas foram medidos inserindo potência em cada uma das quatro entradas da Matriz, indicando que o protótipo fabricado foi capaz de irradiar o sinal nas direções de aproximadamente ±10° e ±40° em relação à direção normal ao plano do substrato na frequência de 60 GHz, resultados os quais apresentaram boa concordância com as previsões obtidas por simulações usando o Método dos Momentos. Esses resultados são pioneiros no Brasil e mostram a viabilidade e o potencial da plataforma MnM para a construção de front-ends RF completos que suportem a técnica de beamsteering.