1-D broadside-radiating leaky-wave antenna based on a numerically synthesized impedance surface

A newly-developed deterministic numerical technique for the automated design of metasurface antennas is applied here for the first time to the design of a 1-D printed Leaky-Wave Antenna (LWA) for broadside radiation. The surface impedance synthesis process does not require any a priori knowledge on the impedance pattern, and starts from a mask constraint on the desired far-field and practical bounds on the unit cell impedance values. The designed reactance surface for broadside radiation exhibits a non conventional patterning; this highlights the merit of using an automated design process for a design well known to be challenging for analytical methods. The antenna is physically implemented with an array of metal strips with varying gap widths and simulation results show very good agreement with the predicted performance

Beam scanning by liquid-crystal biasing in a modified SIW structure

A fixed-frequency beam-scanning 1D antenna based on Liquid Crystals (LCs) is designed for application in 2D scanning with lateral alignment. The 2D array environment imposes full decoupling of adjacent 1D antennas, which often conflicts with the LC requirement of DC biasing: the proposed design accommodates both. The LC medium is placed inside a Substrate Integrated Waveguide (SIW) modified to work as a Groove Gap Waveguide, with radiating slots etched on the upper broad wall, that radiates as a Leaky-Wave Antenna (LWA). This allows effective application of the DC bias voltage needed for tuning the LCs. At the same time, the RF field remains laterally confined, enabling the possibility to lay several antennas in parallel and achieve 2D beam scanning. The design is validated by simulation employing the actual properties of a commercial LC medium

Modeling EMI Resulting from a Signal Via Transition Through Power/Ground Layers

Signal transitioning through layers on vias are very common in multi-layer printed circuit board (PCB) design. For a signal via transitioning through the internal power and ground planes, the return current must switch from one reference plane to another reference plane. The discontinuity of the return current at the via excites the power and ground planes, and results in noise on the power bus that can lead to signal integrity, as well as EMI problems. Numerical methods, such as the finite-difference time-domain (FDTD), Moment of Methods (MoM), and partial element equivalent circuit (PEEC) method, were employed herein to study this problem. The modeled results are supported by measurements. In addition, a common EMI mitigation approach of adding a decoupling capacitor was investigated with the FDTD method

Proceedings of the Fifth International Mobile Satellite Conference 1997

Satellite-based mobile communications systems provide voice and data communications to users over a vast geographic area. The users may communicate via mobile or hand-held terminals, which may also provide access to terrestrial communications services. While previous International Mobile Satellite Conferences have concentrated on technical advances and the increasing worldwide commercial activities, this conference focuses on the next generation of mobile satellite services. The approximately 80 papers included here cover sessions in the following areas: networking and protocols; code division multiple access technologies; demand, economics and technology issues; current and planned systems; propagation; terminal technology; modulation and coding advances; spacecraft technology; advanced systems; and applications and experiments

Proceedings of the Mobile Satellite Conference

A satellite-based mobile communications system provides voice and data communications to mobile users over a vast geographic area. The technical and service characteristics of mobile satellite systems (MSSs) are presented and form an in-depth view of the current MSS status at the system and subsystem levels. Major emphasis is placed on developments, current and future, in the following critical MSS technology areas: vehicle antennas, networking, modulation and coding, speech compression, channel characterization, space segment technology and MSS experiments. Also, the mobile satellite communications needs of government agencies are addressed, as is the MSS potential to fulfill them

Circuit-Theoretic Physics-Based Antenna Synthesis and Design Techniques for Next-Generation Wireless Devices

Performance levels expected from future-generation wireless networks and sensor systems are beyond the capabilities of current radio technologies. To realize information capacities much higher than those achievable through existing time and/or frequency coding techniques, an antenna system must exploit the spatial characteristics of the medium in an intelligent and adaptive manner. This means that such system needs to incorporate integrated multi-element antennas with controlled and adjustable performances. The antenna configuration should also be highly miniaturized and integrated with circuits around it in order to meet the rigorous requirements of size, weight, and cost. A solid understanding of the underlying physics of the antenna function is, and has always been, the key to a successful design. In a typical antenna design process, the designer starts with a simple conceptual model, based on a given volume/space to be occupied by the antenna. The design cycle is completed by the antenna performing its function over a range of frequencies in some complex scenarios, i.e., packaged into a compact device, handled in different operational environments, and possibly implanted inside a human/animal body. From the conceptual model to the actual working device, a large variety of design approaches and steps exist. These approaches may be viewed as simulation-driven steps, experimental-based ones, or a hybrid of both. In any of these approaches, a typical design involves a large amount of parametric/optimization steps. It is no wonder, then, that due to the many uncertainties and ‘unknowns’ in the antenna problem, a final working design is usually an evolved version of an initial implementation that comes to fruition only after a considerable amount of effort and time spent on “unsuccessful” prototypes. In general, the circuit/filter community has enjoyed a better design experience than that of the antenna community. Designing a filter network to meet specific bandwidth and insertion loss is a fairly well-defined procedure, from the conceptual stages to the actual realization. In view of the aforementioned, this work focuses on attempting to unveil some of the uncertainties associated with the general antenna design problem through adapting key features from the circuit/filter theory. Some of the adapted features include a group delay method for the design of antennas with a pre-defined impedance bandwidth, inverter-based modeling for the synthesis of small-sized wideband antennas, and an Eigen-based technique to realize multi-band/multi-feed antennas, tunable antennas, and high sensitivity sensor antennas. By utilizing the proposed approaches in the context of this research, the design cycle for practical antennas should be significantly simplified along with various physical limitations clarified, all of which translates to reduced time, effort, and cost in product development.4 month

BaNd2Ti5O14 thick films for microelectronics fabricated by electrophoretic deposition

Doutoramento em Ciência e Engenharia de MateriaisNos dias que correm os engenheiros de circuítos na área da microelectrónica são confrontados com a necessidade de desenhar circuítos que permitam um maior transporte de informação numa menor largura de banda, que consumam menos energia e ao mesmo tempo com a necessidade de criar produtos de dimensões menores e mais flexíveis, com maiores níveis de integração, operação a frequências mais elevadas e a custos mais reduzidos. Neste contexto, a substituição de componentes dieléctricos cerâmicos na forma de monolitos, que são parte integrante de determinados dispositivos microelectrónicos que operam a frequências elevadas (filtros e antennas, por exemplo), por dieléctricos processados na forma de filmes espessos está sob consideração. Com esta aproximação espera-se, por um lado conseguir uma redução do tamanho do dispositivo e dos custos associados à sua produção e por outro lado, e de particular relevância, explorar as oportunidades criadas pela possibilidade de processar filmes conformes com substratos de diferentes formas e de natureza metálica. Novas estruturas e concepções para dispositivos que operam a frequências elevadas deverão ser criadas. Ao mesmo tempo, crê-se contribuir para o desenvolvimento de processos de fabrico de produção em massa de filmes de materiais dieléctricos com desempenho reproductível e a baixos custos. As técnicas de preparação de filmes finos incluem a fabricação por cinta (“tape casting”), por impressão em tela (“screen printing”), por jacto de tinta (“jet printing”) e por deposição electroforética (“electrophoretic deposition”, EPD). A importância da deposição electroforética advém das suas características únicas, que incluem a simplicidade e flexibilidade na aplicação a vários tipos de materiais e combinações de materiais numa gama alargada de formas e dimensões de estruturas, na relação fabricação – custos e na capacidade de dimensionar o processo à escala industrial para fabricação de volumes elevados de produtos e de grandes dimensões. Concomitantemente, quando comparado com os outros processos de fabricação de filmes espessos, a deposição electroforética permite a produção de camadas de uniformidade excepcional com um fácil controlo da sua espessura. Desta forma a fabricação de filmes espessos por deposição electroforética vai de encontro às actuais necessidades da indústria da microelectrónica no que respeita à substituição dos componentes dieléctricos monolitos em uso hoje em dia. Em relação aos materiais, os dieléctricos que podem ser utilizados como componentes de dispositivos de operação às frequências das microondas, deverão possuir perdas dieléctricas baixas, factor de qualidade (definido como o inverso das perdas dieléctricas) elevado, permitividade dieléctrica elevada e coeficiente de temperatura da permitividade baixo. De entre os dieléctricos com baixas perdas, o sistema BaO-Nd2O3-TiO2 representa uma importante família comercial de materiais para utilização às frequências das microondas, em particular a composição 1:1:5, que, porque reúne as características acima mencionadas, é um material de referência para estas aplicações. Embora cerâmicos de BaO-Nd2O3-TiO2 estejam actualmente em produção e comercialmente disponíveis em resonadores, filtros e substratos, entre outras aplicações, o uso de filmes espessos de BNT não foi até à realização deste estudo, referido. Neste trabalho, é explorada a fabricação por deposição electroforética de filmes espessos de BaNd2Ti5O14 (BNT). Para tal é conduzido um estudo sistemático do processo de deposição, desde a prova de conceito de aplicação do processo de deposição electroforética até à definição de condições reprodutíveis e optimizadas de deposição. São utilizados pós comerciais e pós fabricados em laboratório que foram depositados sobre folhas metálicas flexíveis de platina e substratos de alumina. Inicia-se o trabalho pela prova do conceito de aplicação da deposição electroforética ao fabrico de filmes de BNT. Filmes de BNT com 12 a 52 μm de espessura são fabricados a partir de pós de BNT comerciais sobre substratos de platina. Para melhorar a densidade em verde e a microestutura dos filmes obtidos recorre-se a uma etapa intermédia de prensagem isostática dos filmes em verde. O efeito da espessura dos filmes nas propriedades dieléctricas a baixas frequências é analisado. À medida que a espessura do filme aumenta, as propriedades dieléctricas dos filmes de BNT aproximam-se das propriedades dos cerâmicos de BNT em termos de permitividade e perdas dieléctricas. Filmes de BNT com 52 μm de espessura e sinterizados a 1300 °C durante 1 h exibem uma constante dieléctrica e uma perda dieléctrica de 107 e 0.0006 ou um factor de perda Q de 1600 a 1 MHz, respectivamente. A variação de permitividade dieléctrica é inferior a 0.02 % a um campo eléctrico de ±8 kV/cm e na gama de temperatura entre 30-120 °C é abaixo de +58.5 ppm/°C. O estudo revela ainda que não há degradação das propriedades dos filmes de BNT até 1.4 GHz, relativamente às propriedades medidas à frequência de 1 MHz. Após a prova de conceito, são conduzidos estudos de optimização do processo de deposição. Para tal foram especificamente sintetizados por processo convencional de reacções no estado sólido pós de BNT. O sucesso no processo de fabricação por EPD está intimamente relacionado com a escolha do meio de suspensão e aditivos, que devem originar uma suspensão estável com um grau de dispersão das partículas elevado. Neste trabalho são estudados quatro meios suspensores diferentes, que incluem, água, acetona, etanol e ácido acético. As propriedades físico – químicas das diferentes suspensões foram analisadas pelo determinação do potencial zeta, da distribuição do tamanho de partícula e transmitância de luz. Os resultados experimentais revelam que o potencial zeta é uma medida directa da estabilidade das suspensões, visto que o máximo do potencial zeta corresponde ao máximo de dispersão da suspensão que se reflecte também na distribuição do tamanho de partícula e no comportamento em termos de transmissão de luz através da suspensão. O máximo de potencial zeta (61 mV) é obtido para o meio suspensor de acetona com adições de I2, a que corresponde uma transmitância de 10%. O efeito dos diferentes meios suspensores é estudado na deposição, microestrutura e propriedades dieléctricas dos filmes de BNT. De entre os vários meios suspensores, apenas o ácido acético e a acetona com I2 apresentam a capacidade para formação de depósitos e as limitações do ácido acético são analisadas em termos da reproductibilidade do processo. Camadas depositadas de homogeneidade e taxa de deposição elevadas e com superfícies macias foram obtidas com o meio suspensor à base de acetona. Para este caso, o efeito de vários parâmetros de processamento, que incluem o campo eléctrico aplicado, o tempo de deposição e a composição da suspensão e a espessura e morfologia dos filmes é investigada e a discutida. Conjuntamente, e sob as condições optimizadas de deposição é estudado o efeito da temperatura de sinterização na estrutura, microestrutura e propriedades dieléctricas dos filmes espessos de BNT. Para tal filmes de BNT com 10 a 80 μm de espessura foram fabricados por EPD sobre folhas de Pt em diferentes condições. O impacto dos parâmetros de processamento: campo eléctrico, substrato e temperatura de sinterização são analisados e discutidos. Observa-se que um aumento da temperatura de sinterização aumenta acentuadamente a razão de aspecto dos grãos, decresce a permitividade dieléctrica relativa e o coeficiente de temperatura da permitividade TCεr varia de -114 para +12 ppm/°C. É então proposto que a anisotropia do grão observada é facilidade pelas condições de sinterização restrictas (“constrained sintering”). Através do controlo da temperatura de sinterização filmes espessos de TCεr quase nulo, Q elevado com 451300 °C. The diff usion of Al ions into the films resulted in the formation of neodymium aluminates second phases. However 100 μm thick BNT films sintered at 1250 ºC/1h show relative permittivity and Q values of 146 and 1161 at about 10 GHz, respectively. It is believed that this approach of using sacrificial graphite layers for EPD on non-conducting substrates is extremely valuable since it can be extended for both thin and thick film deposition on a large variety of other non-conducting substrates. Another challenge for the microelectronics agile / tunable industries is the fabrication of low loss tunable microwave dielectrics because lower loss tangents provide lower insertion loss in the device. In the work an approach to overcome this limitation is proposed. The preparation and characterization of BaNd2Ti5O14 (BNT) - Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) composite thick films on flexible platinum foil substrate, via an EPD process combined with a sol gel one was reported. Homogeneous, dense, and uniform 9μm-thick BNT-BST composite thick films on flexible Pt foils exhibit dielectric constants and loss tangent of 287 and 0.0013 at 1MHz, and dielectric tunability of 12% at 33kV/cm, and tempera-ture coefficient of relative permittivity of 0.26% between 28ºC to 120ºC, respectively. Above all these films exhibit one of the highest quality factor (K = 70) reported for dielectric films. As such the actual limitation of low loss high tunable dielectrics is somehow surmount and these results are expected to have broad implications in the community of microwave agile devices

ReSCon '12, Research Student Conference: Book of Abstracts

The fifth SED Research Student Conference (ReSCon2012) was hosted over three days, 18-20 June 2012, in the Hamilton Centre at Brunel University. The conference consisted of 130 oral and 70 poster presentations, based on the high quality and diverse research being conducted within the School of Engineering and Design by postgraduate research students. The conference is held annually, and ReSCon plays a key role in contributing to research and innovations within the School

SPATIAL TRANSFORMATION PATTERN DUE TO COMMERCIAL ACTIVITY IN KAMPONG HOUSE

ABSTRACT Kampung houses are houses in kampung area of the city. Kampung House oftenly transformed into others use as urban dynamics. One of the transfomation is related to the commercial activities addition by the house owner. It make house with full private space become into mixused house with more public spaces or completely changed into full public commercial building. This study investigate the spatial transformation pattern of the kampung houses due to their commercial activities addition. Site observations, interviews and questionnaires were performed to study the spatial transformation. This study found that in kampung houses, the spatial transformation pattern was depend on type of commercial activities and owner perceptions, and there are several steps of the spatial transformation related the commercial activity addition. Keywords: spatial transformation pattern; commercial activity; owner perception, kampung house; adaptabilit