Design and implementation of a reconfigurable reflective metasurface

Abstract

La creciente demanda de control dinámico en sistemas inal´ambricos modernos ha impulsado la necesidad de técnicas avanzadas de manipulación de ondas electromagnéticas. Esta tesis tiene como objetivo exponer el diseño y la implementación de una metasuperficie reflectiva reconfigurable. La metasuperficie propuesta utiliza una celda unitaria miniaturizada integrada con un diodo PIN, lo que permite el control de fase mediante polarización en DC. Se empleó una metodología que abarca el modelado teórico utilizando las Generalised Sheet Transition Conditions (GSTCs), además de simulaciones electromagnéticas detalladas desde el nivel de la celda unitaria en condiciones de frontera periódicas hasta distintas configuraciones de superceldas. Se empleó prototipado físico en un circuito impreso, utilizando una estructura matricial de 2424 elementos con 576 diodos PIN ensamblados en sustratos Rogers RO6002. La validación experimental presenta una novedosa configuración basada en la Planar Near-Field Range (PNFR) dentro de una cámara anecoica, donde se emplearon varias disposiciones para probar el dispositivo. Finalmente, se abordaron y analizaron incidencias descubiertas durante las distintas rondas de medición. (Texto tomado de la fuente)

The increasing demand for dynamic control in modern wireless systems has driven the need for advanced electromagnetic wave manipulation techniques. This thesis aims to show the design and implementation of a reconfigurable reflective metasurface. The proposed metasurface utilises a miniaturised unit cell integrated with a PIN diode, enabling phase control through DC biasing. A comprehensive methodology, encompassing theoretical modelling using Generalised Sheet Transition Conditions (GSTCs), detailed electromagnetic simulations from unit cell level under periodic boundary conditions to different supercell configurations. Physical prototyping on a printed circuit board, was employed using a 24 × 24 structure with 576 PIN diodes mounted on Rogers RO6002 substrates. Experimental validation presents a novel Planar Near-Field Range (PNFR) based setup in an anechoic chamber, where several arrangements to test the device were employed. Challenges discovered during several rounds of measurements were addressed and analysed.