Progettazione di strutture riconfigurabili basate sul grafene

With the continuous advancement of technology and the growing demand for increasingly flexible and efficient devices, reconfigurable antennas are emerging as a key innovation in modern telecommunications. This thesis focuses on the development, analysis, fabrication, and measurement of reconfigurable structures based on graphene, with particular emphasis on two configurations: a patch array and a double coupler divider. The use of graphene as a reconfigurable material enables dynamic tuning of the several structures characteristics. Following an overview of reconfigurable systems and the properties of graphene, the thesis explores the design of radial phase shifters in microstrip technology, optimized to control the signal phase by modulating the graphene’s resistance. The integration of a biasing circuit, essential for the proper operation of the device, is also examined. The work then delves into the fabrication process, carried out in collaboration with a German university for graphene deposition. Discrepancies between theoretical expectations and practical limitations were analyzed, leading to refinements in the initial design. Finally, experimental measurements were compared with simulation results, assessing deviations and validating the device’s real-world performance. The findings confirm the effectiveness of the proposed structures, demonstrating the potential of graphene for advanced reconfigurable antennas and contributing valuable insights to the field of microwave reconfigurable devices.

Con l’avanzare della tecnologia e la crescente richiesta di dispositivi sempre più flessibili ed efficienti, le antenne riconfigurabili si stanno affermando come una soluzione innovativa per le moderne telecomunicazioni. Questa tesi si concentra sullo sviluppo, l’analisi, la realizzazione e la misurazione di strutture riconfigurabili basate su grafene, con particolare attenzione a due configurazioni principali: una schiera di patch e un double coupler divider. L’impiego del grafene come materiale riconfigurabile permette di ottenere una variazione dinamica delle caratteristiche di diverse strutture. Dopo una panoramica sui sistemi riconfigurabili e le proprietà del grafene, la tesi esamina il design di sfasatori radiali in microstriscia, ottimizzati per garantire il controllo della fase del segnale attraverso la modulazione della resistenza del grafene. Viene inoltre esplorata l’integrazione di un circuito di biasing, fondamentale per il funzionamento del dispositivo. Successivamente, viene descritta la fase di realizzazione fisica del componente, in collaborazione con un’università tedesca per la deposizione del grafene. Sono stati analizzati i limiti e le variazioni rispetto ai dati teorici, portando a una ridefinizione della progettazione iniziale. Infine, le misurazioni sperimentali sono state confrontate con i risultati delle simulazioni, valutando le discrepanze e le performance effettive del dispositivo. I risultati confermano la validità delle strutture progettate, dimostrando il potenziale del grafene per l’implementazione di antenne avanzate e riconfigurabili e fornendo un contributo concreto alla ricerca su dispositivi a microonde riconfigurabili.