Indoor Propagation of Electromagnetic Waves with Orbital Angular Momentum at 5.8 GHz

Propagation of electromagnetic waves with orbital angular momentum (OAM) is investigated in indoor environments. The OAM modes generated by circular patch array antennas are used. With proper alignment and suppressed multipath, the OAM modes can transport multiple wireless data stream at the same time. Through measurements and ray-tracing simulations, it is found that the advantages of OAM modes are limited if those two conditions are not satisfied. It is also found that multipath effect can be enervated by using narrow beam antennas

Reflection,Transmission, and Absorption of Vortex Beams Propagation in an Inhomogeneous Magnetized Plasma Slab

Based on the angular spectrum expansion and the 4x4 transfer matrix method, an investigation into the reflection, transmission, and absorption of vortex beams in an inhomogeneous magnetized plasma slab is presented. The reflected and transmitted electric fields are expressed by the inverse Fourier transform of the product of the reflected and transmitted coefficients and the angular spectrum amplitude of the incident beam. The intensity profiles, as well as the distortion of OAM states in both the reflected and transmitted beams are simulated and discussed. Through this investigation it could be concluded that both the incident angle and the plasma parameters have significant impact on the magnitudes of reflected and transmitted intensities, and the distortion of OAM states. The effects of the magnetic field and the incident angle on the reflectance, transmittance, and absorptance of the power have also been reported

4-Gbps Uncompressed Video Transmission over a 60-GHz Orbital Angular Momentum Wireless Channel

We demonstrate successful transmission of 4-Gbps uncompressed video over a 60-GHz orbital angular momentum (OAM) wireless channel. Matlab simulation was employed to support the experimental work and to generate the holographic masks used. Matlab coding is a unique approach which can produce any desired shape on copper or dielectric plates by mean of a commercial routing tool. We believe this is the first reported transmission of 4-Gbps uncompressed video over the 60-GHz OAM wireless channel. Good agreement was achieved between the simulated and measured results. Practical opportunities for multi-gigabit future wireless communications are available. © 2012 IEEE

Desarrollo de metasuperficies 3D para la generación y estudio del momento angular en ondas electromagnéticas

El trabajo presentado consistirá en el estudio, y generación, de ondas electromagnéticas con patrón de vórtice mediante metasuperficies 3D a través de simulación con el software comercial CST-Studio. Las ecuaciones de Maxwell predicen que las ondas electromagnéticas portan momento lineal y momento angular. Éste último viene descrito por dos componentes: el spin, que describe la polarización de la onda; y el orbital (OAMs por sus siglas en inglés), que mide la distribución de fases del frente de ondas (también se usa el término vorticidad). Los patrones de campo OAMs podrían solventar problemas en el campo de las comunicaciones como propagación libre de interferencias, y su generación constituye un reto aún en la actualidad. El uso de metasuperficies y metamateriales como fuentes de modos OAMs es una vía que se está explorando. Una metasuperficie es una estructura periódica o pseudo-periódica que puede manipular ondas electromagnéticas. En particular, metasuperficies con geometría 3D y fabricables con impresión 3D poseen ventajas frente a dispositivos más clásicos. Sus propiedades no son aún muy conocidas en la comunidad científica. El trabajo propuesto consistirá en realizar un recorrido sobre las técnicas de generación de OAMs, con el fin de estudiar las ventajas de éstas y emplearlas para la generación de patrones OAMs, con vistas a aplicarlas en un futuro en ámbitos de detección de imagen y propagación, así como en dispositivos novedosos para tecnología 5G y 6G.Máster en Físic

Six-Port Technology for Millimeter-Wave MIMO Systems

RÉSUMÉ Les taux de transmission des systèmes de communication sans-fil modernes augmentent. De nouvelles bandes de fréquences et de nouvelles technologies sont exploitées pour supporter de hauts taux de transmission. La bande d’ondes millimétriques est une bonne candidate pour supporter des taux de transmission de l’ordre des Gbps. De plus, la technologie à entrées/sorties multiples (MIMO) ouvre la porte à des systèmes de communication à bas coût à haut taux de transmission. Le récepteur hétérodyne standard est utilisé dans plusieurs systèmes de communication, puisqu’il présente une grande sélectivité et une grande sensibilité. Par contre, le récepteur à conversion directe permet un meilleur niveau d’intégration en diminuant le nombre de composants des circuits. Parmi les récepteurs à conversion directe, ceux à six ports ont un circuit passif qui sert d’interferomètre. La diversité additionnelle est produite par les sorties en quadrature, qui sont des combinaisons linéaires du signal d’entrée et du signal de référence. Les guides d’onde intégrés au substrat (SIW) peuvent être facilement intégrés à des circuits planaires. La conception est simplifiée puisqu’il existe des méthodes de conception de guides d’ondes traditionnels. Un système MIMO à six ports de type SIW est présenté dans cette dissertation. Premièrement, un diviseur de puissance et un coupleur hybride de type SIW sont présentés. L’implémentation de ces circuits, basée sur les règles de conception des structures SIW, est réalisée une bande de fréquence d’intérêt. Plusieurs paramètres critiques peuvent être manipulés pour contrôler les performances du diviseur de puissance et du coupleur hybride. Une transition de la structure SIW à la ligne micro-ruban est conçue pour permettre des mesures. Les résultats de simulation du circuit démontrent que celui-ci offre une bonne performance. Deuxièmement, à partir du diviseur de puissance et du coupleur hybride, le circuit à six ports est présenté. Trois types d’architechtures sont comparées, et l’une d’elles est choisie pour le système de démonstration. Les résultats de simulation et les résultats expérimentaux concordent, et guarantissent une bonne performance du circuit proposé et du système de communication sans-fil dans lequel le circuit est intégré. Finalement, le système de 2×2 ports est présenté. Il n’y a pas de couplage réciproque entre les deux récepteurs lorsque le critère de propagation de Rayleigh dans la ligne de visée est respecté.---------- Abstract Presently, the data rates in modern wireless communication systems are becoming higher and higher and new frequency bands and technologies are being exploited in support of high data transmissions. The millimeter-wave band is a candidate of choice to support Gbps data transmission. In addition, Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) technology will open the way for low-cost reliable communication systems that require even higher data rates. While the conventional heterodyne receiver has been widely applied in many kinds of communication systems due to its high selectivity and sensitivity, the direct-conversion receiver allows higher-level circuit integration by reducing the number of circuit components. Among these direct-conversion receivers, six-port scheme presents a passive circuit that acts as an interferometer. The additional diversity is produced by the quadrature outputs of the six-port circuit that are linear combinations of the unknown input signal and the reference signal. Substrate integrated waveguide (SIW) can be integrated with planar circuits easily. The design procedure is obviously simplified as a result of the existing typical design methods for the rectangular waveguide. Based on the above techniques and discussions, the millimeter-wave MIMO system based on SIW six-port circuit is presented in this dissertation. First, the SIW power divider and hybrid coupler are presented. The implementation of those circuits is based on the SIW design rules, according to the working frequency band of interest. Several critical parameters can be manipulated to control performances of the SIW power divider and hybrid coupler. An SIW to microstrip line transition is designed for measurement purposes. Simulation results of the circuits show good performances. Second, based on the studied and designed SIW power divider and hybrid coupler, the six-port circuit is presented. Three types of six-port architecture are compared, with one of them chosen to work in our millimeter-wave MIMO system demonstration. Simulation and measurement results agree well and guarantee a good performance of the proposed circuit itself and wireless high-speed communication system in which the circuit is embedded. Finally, the 2×2 millimeter-wave MIMO system is presented