Design och optimering av UWB antenn med filter: Integrering av filter och antenn
2025 (Swedish)Independent thesis Basic level (professional degree), 10 credits / 15 HE credits
Student thesis
Abstract [sv]
Antenn och filter är viktiga komponenter inom RF system. I samband med att tekniken för trådlös kommunikation utvecklas söker Syntronic Research and Development lösningar där kompakta filter-antennenheter designas utan att prestanda kompromissas. Detta arbete syftar till att ta fram en sådan lösning genom att designa en integrerad filter-antennenhet. Det görs för att sedan jämföra den integrerade enheten med ett filter och en antenn som separata systemkomponenter, och för att jämföra olika filterteknologiers påverkan på filter-antenn prestanda. En litteraturstudie genomfördes för att studera tidiga arbeten inom filter-antennintegrationer. Litteraturstudien visade filter-antenner med olika filterstrukturer, antennformer och integrationsmetoder. Genom att använda studien som underlag till metoden i detta arbete kunde flera filter-antenner designas. En filter-antennenhet designas genom att designa filtret och antennen som separata systemkomponenter för att sedan integrera komponenterna till en enhet. Totalt designades tre filter (två microstripfilter och en striplinefilter) och en microstrip UWB-antenn. Varje filter integrerades sedan med antennen för att skapa en filterantenn. Resultatet visar simulerade S-parametrar och utstrålningsmönster för de tre filterantenner som har designats. Av dessa tre filter-antennenheter går det att se att bandbredden för två filter-antenner förblir oförändrad i förhållande till filtret som separat komponent. Prestandan inom passbandet påverkas dock negativt i förhållande till filtret eller antennen. Bästa 𝑆11 prestanda i passbandet fås av filter-antennen med 3,5 GHz microstripfilter med 𝑆11 ≤-20 dB i passbandet. Filter-antennen har dessutom oförändrad prestanda i passbandet i förhållande till filtret. Utstrålningsförstärkning minskar dock relativt mycket för alla filter-antenner i förhållande till antennen. Det konstateras i diskussionen att detta beror på 𝑆21 förlusterna i respektive filter samt en icke optimal koppling mellan respektive filter och antenn vid integrering av enheterna. Resultatet visar även att filter-antenn med striplinefilter har bättre prestanda än filter-antennen med microstripfilter. Som fortsättning på detta arbete kan flera striplinefilter designas för att verifiera att striplinefilter är bättre än microstripfilter i en filter-antenn. En alternativ fortsättning är att tillverka och validera de designade filter-antenner. Integrering av ett filter och en antenn kommer leda till en minskning i antal kontakter med 66,67 %, detta medför att mindre material används vilket ligger i linje med delmål 9.4 i Agenda 2030.
Abstract [en]
Antennas and filters are irreplaceable components in RF front end. As the technology in wireless communications continues to advance, a more compact solution is desired by Syntronic Research and Development in which a filter and antenna are integrated into one unit. The aim of this thesis is to design an integrated filter-antenna and compare the performance to having the filter and antenna as separate units. Additionally, this thesis will be comparing filter-antennas with different filter technologies. A literature review was done to study previous filter-antenna integrations and performance. The review showed several designs with different filter types, antenna types and integration methods. The literature review was then used to inspire the design process of the filer-antennas in this work. A filter-antenna unit is designed by independently designing the filter and antenna modules and then integrating them into a single unit. Three filters were designed in total, in which two were microstrip and one was stripline. Additionally, one UWB- antenna was designed. Every filter was then integrated with the antenna to create a filter-antenna. The results show the S-parameters and radiation pattern for the three filter-antennas. The S-parameter plots show that in two of the three designed filter-antennas, the bandwidth was unaltered in relation to the filter. On the contrary, the performance within the passband is worse. The best return loss (𝑆11) performance is for the filter-antenna with 3,5 GHz microstrip filter. This return loss is ≤-20 dB within the passband of the filter-antenna and unmodified in relation to the filter. However, the radiation plots show that there is a big difference between the antenna and every filter-antenna. It is established in the discussion section that it depends on the insertion losses (𝑆21) of the filters and the non-optimal integration between every filter and antenna. The results also show that a filter-antenna with a stripline filter has better performance than a filter-antenna with a microstrip filter. Further work can be done in which more stripline filters are designed to verify that stripline filters are better than microstrip filters in a filter-antenna design. Additionally, the designed filter-antennas can be manufactured and validated by measurements.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 44
Keywords [en]
Microstrip filter, Stripline filter, Microstrip antenna, Filter-antenna
Keywords [sv]
Microstripfilter, Striplinefilter, Microstripantenn, Filter-antenn
National Category
Telecommunications
Identifiers
URN: urn:nbn:se:hig:diva-47668OAI: oai:DiVA.org:hig-47668DiVA, id: diva2:1977218
External cooperation
Syntronic Research and Development AB
Subject / course
Electronics
Educational program
Högskoleingenjör
Supervisors
Examiners
2025-06-262025-06-252025-10-02Bibliographically approved