There is currently a demand of mm‑wave on‑chip antennas to enable all kinds of new applications in several different areas. But the development requires, among other things, special equipment used during the measurement phase due to the small dimensions and the high frequencies. In this project a robotic measurement system, SAX (Single Arm eXtra), was designed and constructed at Micro and Nanosystems (MST) department at KTH Royal Institute of Technology (Sweden). The purpose of the SAX is to enable radiation pattern measurements of on‑chip antennas ( 140 GHz to 325 GHz ), whether the boresight is vertical or horizontal along with other requirements, by moving a converter with the measurement antenna around the antenna in question. Several alternative designs for the basic construction, both from other works and invented by the author, were analyzed based on the requirements for this project and other limitations. The chosen unique design, the SAX, is very compact and uses only one stepper motor. Several parts have been developed in this project to ensure the proper functionality of the SAX. That includes a main operator program, a motor input signal generating program, a motor input signal executing system, a security system, and a system for controlled rotation of the SAX. For the input signal to the motor two different algorithms to generate the time delays were developed and tested. They were adapted to make the motor manage the sweeps of an ever‑changing load with high inertia during acceleration and deceleration. One of them was developed to make the time delay array generation much more efficient albeit with larger approximation error. The SAX worked well and should be rather easy‑to‑use regarding the operation of the system, from the physical maneuvering to utilizing the sub‑systems to the running of the main operator program. It fulfilled the specific requirements by enable a cross pattern measurement from -60° to +60° both from above and from the side, adjustment of the radius between 15cm to 45cm , adjustment 10cm in height, to be rotated along the floor in steps of 1°, measurement steps of 1° with an accuracy of less than 0,5° (the largest error was measured to be ≤ 0,461°). However, some calibration work needs to be done before the optimal performance of the system is reached. As a verification of the operation of the system data from measurements of open‑ended waveguides was presented. / Det finns en efterfrågan på chipantenner för millimetervågor eftersom de kan möjliggöra allehanda produkter inom flera olika områden. Forskningen på dessa ställer dock bl.a. speciella krav på utrustning som används under testmätningsfasen p.g.a. de små dimensionerna och den höga frekvensen. I detta projekt har ett robotsystem, SAX (Single Arm eXtra), utformats och konstruerats på avdelningen för Mikro- och nanosystem på KTH. Syftet med SAX är att mäta högfrekventa chipantenner ( 140 GHz till 325 GHz ) genom att förflytta en frekvensomvandlare med tillhörande mätantenn i en cirkulär bana runt antennen ifråga, oavsett om den är riktad vertikalt eller horisontellt och givet andra kravspecifikationer. Flera designalternativ för den grundläggande konstruktionen, både från andras arbeten och framtagna av författaren själv, har analyserats utifrån kravspecifikation för detta projekt och andra begränsningar. Den valda unika designen, SAX, är väldigt kompakt och använder sig bara av en stegmotor. För att möjliggöra funktionen i den slutgiltiga produkten har flera delar tagits fram vilka inkluderar ett operatörsprogram, ett program för genererandet av motorstyrsignaler, ett program för motorstyrning, ett säkerhetssystem och ett rotationssystem för kontrollerad rotation av SAX. För genererandet av motorstyrsignaler i form av tidsfördröjda pulser framtogs två olika algoritmer. De ger anpassade accelerations- och retardationssignaler för att motorn ska klara av att förflytta en föränderlig last med stor tröghet. En av dessa framtogs med syfte att mycket effektivt generera pulstiderna om än med större approximationsfel. SAX fungerade tillfredsställande och torde vara ganska lättanvänd med tanke på vad systemet kräver av operatören, från att fysiskt manövrera systemet till att använda delsystemen till att använda operatörsprogrammet. Systemet uppfyllde de givna specifika kraven genom att möjliggöra mätningar i form av ett kryssmönster från -60° till +60° både ovanifrån och från sidan, radiejustering från 15cm till 45cm , höjdjustering över 10cm , rotation över golvet i steg om 1° , mätningar i steg om 1° med en noggrannhet på 0,5° (den största avvikelsen uppmättes till ≤ 0,461°). Vidare kalibrering behöver dock utföras för att utnyttja den fulla potentialen hos konstruktionen. För att verifiera funktionsdugligheten för systemet presenterades data från mätningar gjorda på öppna vågledare.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-240423 |
| Date | January 2018 |
| Creators | Pontusson, Magnus |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2018:266 |
Page generated in 0.0034 seconds