Reconfigurable  Antennas  and   Antenna  Arrays:  Architectures  and   Technologies   Sean  Victor  Hum   Asst.  Professor,  University  of  Toronto,  Canada   [email protected]   Presented  to:  Universidad  Politécnica  de  Madrid   21  April  2010 About  Myself   •  Alumnus  of  the  University  of  Calgary,  Canada   •  Worked  with  TRLabs,  a  large  non-­‐profit   telecommunicaNons  research  consorNum  in  Western   Canada,  1997-­‐2006   •  Joined  the  U  of  T  Dept.  of  ECE  in  September  2006   •  Research  interests:   –  Reconfigurable  antennas  and  RF  systems   –  Reflectarrays  and  other  space-­‐fed  antennas   –  Ultra-­‐wideband  communicaNons   –  Applied  electromagneNcs  in  space  technology   21  April  2010   Universidad  Politécnica  de  Madrid   2 About  Canada   21  April  2010   Universidad  Politécnica  de  Madrid   3 About  the  University  of  Toronto   •  ECE  dept:  80  faculty,   1000  undergraduate   students,  450  graduate   students   •  EM  group:  4  professors,   30  graduate  students   •  UofT  is  Canada’s  largest   school  (3  campuses,   85,000  students+staff)   21  April  2010   Universidad  Politécnica  de  Madrid   4 EM  Group:  Our  FaciliNes   •  20’  far-­‐field  antenna  range   •  120  GHz  wafer/board  tesNng   capabiliNes   •  20’  EMC  chamber   •  Class  100-­‐10,000  cleanrooms     •  1.2m  planar  near  field  scanner   •  Spacecrad  charging  simulators   •  Semi-­‐anechoic  mm-­‐wave  range   •  96-­‐processor  cluster,  hardware   •  Rapid  prototyping  faciliNes   accelerators   21  April  2010   Universidad  Politécnica  de  Madrid   5 Agenda   •  MoNvaNon  and  definiNons   •  Frequency-­‐agile  antennas   •  Pafern-­‐reconfigurable  high-­‐gain  antennas   –  Reconfigurable  reflectors   •  Passive   •  AcNve   –  Reconfigurable  lenses   •  UWB  beamforming  arrays   •  Conclusions   21  April  2010   Universidad  Politécnica  de  Madrid   6 Research  MoNvaNon   •  TradiNonally,  antennas  are  passive  transducers   •  Next-­‐generaNon  communicaNon  systems  will  rely   upon/benefit  from  adapNve  antennas   –  Wireless  systems  in  dynamic  scenarios  (e.g.  satellite  /   terminal  tracking)   –  AdapNve  beam  scanning  (RADAR  /  remote  sensing)   –  MIMO  systems:  acNve  management  of  channel   correlaNon  /  diversity  /  interference   –  CogniNve  /  sodware-­‐defined  radio   •  Can  we  make  more  intelligent  antenna  designs  to   fulfill  the  needs  of  these  systems?   21  April  2010   Universidad  Politécnica  de  Madrid   7 Reconfigurable  Antennas…   ...  have  the  ability  to  have  their  electrical  and/or   radiaNon  characterisNcs  adapNvely   manipulated  in  real  Nme   –  RadiaNon  pafern   •  Beam  direcNon   •  Beam  shape  /  sidelobe  level  /  mulNple  beams   –  PolarizaNon   –  OperaNng  frequency  /  band  (input  impedance)   –  etc.   21  April  2010   Universidad  Politécnica  de  Madrid   8 Enabling  Technologies   •  Electronically  tuned   reactances   –  Varactor  diodes,  MEMS-­‐ tunable  capacitors  /   inductors   •  RF  switches   –  PIN  diode  /  FET  switches,   MEMS   •  ExoNc  materials   –  NemaNc  liquid  crystals,   S.  V.  Hum,  G.  McFeetors,  and  M.  Okoniewski,   nonlinear  materials,   “Integrated  MEMS  reflectarray  elements,”  in   Proc.  EuCAP  2006.  ESA  SP-­‐626,  Nov.  2006.   ferroelectric  films   21  April  2010   Universidad  Politécnica  de  Madrid   9 21  April  2010   Universidad  Politécnica  de  Madrid   10