Design de transformadores de impedância para ondas milimétricas - Camargo, Matheus Lopes Capdevila [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
Dada a importância das ondas milimétricas em comunicações móveis, redes 5G e Internet das Coisas, assim como em segurança pública, transportes autônomos e aplicações médicas, este trabalho enfoca o projeto de transformadores de impedância para essa faixa de frequência, considerando a relevância crítica dos transformadores de impedância em redes de casamento e de polarização, redes polifásicas, geração de sinais, baluns e divisores/combinadores de potência. Assim, da faixa de frequência das ondas milimétricas escolheram-se as frequências de 60 GHz, 80 GHz e 100 GHz para construção dos transformadores. Realiza-se uma revisão de trabalhos relacionados ao tema. O estudo envolve a compreensão tanto a teoria dos circuitos convencionais quanto das linhas de transmissão. A modelagem e simulação foram executadas no Software Ansys Electronics (utilizando o módulo HFSS, baseado no Método dos Elementos Finitos), empregando a teoria de linhas de transmissão para alcançar os dispositivos nas frequências escolhidas. Os parâmetros foram ajustados visando uma resposta otimizada em banda e desempenho operacional. Nos critérios de projeto, considerou-se a performance em termos de transferência de potência, utilizando os parâmetros de espalhamento S11 e S21. Para os dispositivos que operam nas frequências de 80 GHz e 100 GHz, atingiu-se uma largura de banda de 20 GHz, com um valor de perda de S11 de acima dos-30 dB e S21 próximo de zero. No dispositivo de 60 GHz, os resultados foram semelhantes, com uma banda de 16.53 GHz

Given the significance of millimeter waves in mobile communications, 5G networks, and the Internet of Things, as well as in public safety, autonomous transport, and medical applications, this work focuses on the design of impedance transformers for this frequency range. Considering the critical relevance of impedance transformers in matching and biasing networks, polyphase networks, signal generation, baluns, and power divider/combiners, frequencies of 60 GHz, 80 GHz, and 100 GHz were selected. A review of related works on the topic is conducted. The study encompasses understanding both the theory of conventional circuits and transmission lines. Modeling and simulation were carried out using Ansys Electronics software (utilizing the HFSS module based on the Finite Element Method), employing transmission line theory to achieve the devices at the chosen frequencies. Parameters were adjusted aiming for an optimized in-band response and operational performance. In the design criteria, performance in terms of power transfer was considered, using the scattering parameters S11 and S21. For devices operating at frequencies of 80 GHz and 100 GHz, a bandwidth of 20 GHz was achieved, with an S11 loss value above-30 dB and S21 close to zero. For the 60 GHz device, similar results were obtained, but with a bandwidth of 16.53 GHz.
Design of impedance transformers for millimeter waves
Keywords: Linhas de transmissão em fita; Ondas milimétricas; Telecomunicações