Tra gli esami previsti nel corso di studi di Ingegneria Medica presso l’Università degli Studi di Roma Tor Vergata c’è il corso di Wireless Electromagnetics Technologies. Il corso fornisce le basi per i servizi wireless attuali e di prossima generazione, tra cui trasmissione radio e video, tracciamento radar, comunicazioni mobili e personali, reti di sensori wireless, ricarica wireless, identificazione a radiofrequenza e collegamenti satellitari.
Durante le lezioni ho avuto l’opportunità di partecipare ad un seminario sulle tecniche di prototipazione di antenne. Inoltre, dopo una breve introduzione teorica il seminario si è spostato in laboratorio dove ho potuto toccare con mano la prototipazione di un’antenna patch.
Prototipazione
La prototipazione di antenne segue diverse strade. In questo caso parliamo di antenne patch costituite da uno strato di materiale conduttore posto su un substrato che, oltre a premettere e definire l’irradiazione, separa l’antenna dal piano di massa. L’elemento di partenza è quindi il materiale dielettrico nel mezzo.
Il seminario si è concentrato sulla prototipazione a basso costo ed elevata replicabilità per cui prende come riferimento il classico FR4 contraddistinto da:
\begin{aligned}
\varepsilon_{F R 4}&=4.8 \\
\mu_{F R 4} &\cong 1 \\
\{\tan (\delta)\}_{F R 4}&=0.0260 \\
h_{F R 4}&=0.8 \mathrm{~mm}
\end{aligned}Quindi l’elemento di partenza è un sandwich di uno strato di FR4 con due foglietti di rame.
Antenna patch
Le antenne patch sono una tipologia di antenne realizzate in forma integrata. Sono costituite tipicamente da un substrato dielettrico sul quale viene ricavato un elemento radiativo costitutivo da un foglio di materiale conduttore e da un secondo strato che funge da piano di massa.
La radiazione avviene per il fenomeno di fringing per il quale il campo elettromagnetico che si genera tra l’elemento conduttivo e il ground tende ad incurvarsi ai bordi e ad uscire fuori, andando ad irradiare. Questo segue la trattazione del Balanis.
Milling a controllo numerico
Esistono diverse tecniche a controllo numerico tra cui l’incisione, la stampa 3D o la fresatura. La fresatura, meglio nota come milling, utilizza delle frese molto precise che vanno ad incidere e rimuovere il layer conduttivo o a tagliare la basetta nel suo spessore.
L’esercitazione prevedeva la realizzazione di un’antenna patch risuonante a 3.6 GHz alimentata tramite microstriscia. Dopo la realizzazione in CAD/CAE si è passati all’incisione della basetta.
Analisi della risonanza
Successivamente l’antenna realizzata, poi è stato montato il connettore ed infine è stata testata per verificarne le prestazioni.
