Progetto e realizzazione di antenne per sistemi Ultra WideBand

Sotto il nome di Ultra Wide-Band (UWB) vengono raccolte tutta una serie di modalità di trasmissione di tipo prettamente impulsivo che impiegano impulsi radio di brevissima durata (si parla di frazioni di nanosecondo e quindi di spettri necessariamente molto ampi). L'UWB è una tecnologia vecchia di quarant'anni ma che è emersa velocemente negli ultimi anni(2004/2005) grazie alle sue caratteristiche uniche che permettono di ottenere grandi vantaggi in diverse aree di applicazione a radiofrequenze quali:
comunicazioni wireless, radar, radar sottosuperficiali, sistemi di posizionamento globale, ecc.
Nel 2002 la Federal Communication Commission (FCC) ha assegnato una nuova banda (3.1-10.6 Ghz) senza licenza, nella quale l'UWB, lavorando con potenze praticamente sotto la soglia del rumore di fondo, può coesistere con gli altri sistemi a radiofrequenze(l'unica interferenza dimostrata, nonostante le basse densità spettrali di potenza in gioco, è quella con i dispositivi GPS). Già dal 2003 l'European Telecommunications Standard Institute (ETSI) ed altre organizzazioni nazionali ed internazionali sparsi in tutto il mondo (in Giappone, Canada, ecc.. ) hanno proposto l'utilizzo dell'UWB ricalcando sostanzialmente la normativa statunitense.
Inoltre il crescente interesse per questa tecnologia ha coinvolto tra il 2000 ed il 2005 sempre più aziende importanti del panorama mondiale (Intel, Philps, Samsung, Motorola, Texas Instruments, ...) e generato numerose ricerche di tipo accademico. Basti pensare che solo negli ultimi tre anni(2002-2005) il numero di pubblicazioni scientifiche riguardanti l'UWB sono passate da un centinaio ad oltre un migliaio. Il fascino e le potenzialità di questa tecnologia unito alla rapida esplosione nella tecnologia dell'informazione e nella comunicazione wireless, rappresentano la principale motivazione di questo lavoro di tesi. L'obbiettivo che ci siamo posti è lo sviluppo di competenze nel campo di sistemi UWB, con particolare riguardo alle problematiche connesse alle antenne.
In questo caso, si è mirato alla messa a punto di criteri efficaci e ripetibili per il progetto, la realizzazione e la misura di antenne UWB.
Nel primo capitolo di questa tesi, quindi, si descriveranno gli aspetti salienti dei sistemi UWB fra cui principi, struttura, modulazioni, storia e normativa.Nel secondo capitolo si presenterà una descrizione delle antenne comunemente utilizzate per sistemi UWB. In particolare si confronteranno i parametri che caratterizzano un'antenna classica con quelli di un'antenna UWB, che risulta avere caratteristiche molto particolari: banda estremamente ampia, dispersione del segnale minima ecc..
Nel terzo capitolo si passerà ai risultati della progettazione di tre antenne UWB, effettuata col programma HFSS. La prima antenna considerata, è lo sviluppo di un'antenna conica e rappresenta una ottima scelta per quanto riguarda le prestazioni. Le altre due, la single ended antenna (SEA) e la coplanar waveguide fed disc antenna (CPW-FDA), rappresentano un ottimo compromesso fra prestazioni, compattezza e costi.
Infine l'ultimo capitolo sarà dedicato alla descrizione della realizzazione delle due antenne planari progettate ed ai risultati delle loro misure. In particolare verranno illustrate le diverse tecniche di misura di un'antenna UWB ed il confronto con le misure classiche, ed ultimo, i risultati delle misure effettuate nel laboratorio di Microonde dell'Università di Pavia. Seguono le conclusioni.