| B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica |
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| PROJETO E ANÁLISE DE DISPOSITIVOS FRACTAIS DE MICROFITA PARA A FAIXA DE MICRO-ONDAS |
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Marieliton Mendes Barbosa 1
Paulo Henrique da Fonseca Silva 1
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1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba - IFPB
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| INTRODUÇÃO: |
| Inicialmente utilizada no projeto de antenas fractais compactas e multibanda, as aplicações da geometria fractal para a engenharia de micro-ondas têm avançado para o projeto de outros dispositivos de micro-ondas, tais como: filtros, acopladores, superfícies seletivas em frequência (FSS), entre outros. De fato, a união entre a geometria fractal e o eletromagnetismo originou um novo campo de pesquisa denominado eletrodinâmica fractal. Este trabalho de iniciação científica aborda a utilização de modelos empíricos aproximados, métodos numéricos de onda-completa e ferramentas de CAD (Computer Aided Design) para o projeto, análise e fabricação de dispositivos fractais de microfita para a faixa de micro-ondas. Em particular, neste trabalho é feita uma caracterização numérica e experimental de antenas do tipo patch, filtros em linhas de microfita e superfícies seletivas em frequência, que são construídos com base em fractais geométricos, tais como, a curva de Koch e a ilha de Gosper. A análise dos resultados obtidos é feita através de estudos comparativos entre os dados coletados de forma teórica como também de forma experimental. |
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| METODOLOGIA: |
| A metodologia usada nesta pesquisa sobre dispositivos fractais de microfita inclui: projeto, análise teórica, fabricação, medição, coleta de dados e análise de resultados. Os programas computacionais MATLAB® (Matrix Laboratory) e Ansoft DesignerT, são usados para o projeto e a análise teórica dos dispositivos fractais, respectivamente. O programa Corel Draw é usado para a elaboração precisa dos leiautes dos dispositivos fractais projetados. A fabricação destes dispositivos é feita em substratos laminados de fibra de vidro recobertos de cobre. A partir dos leiautes desenhados em forma de adesivos, estes são fixados sobre as faces de cobre do substrato laminado. A etapa final do processo de fabricação consiste na corrosão das faces expostas de cobre em solução de percloreto de ferro, corte dos laminados e instalação de conectores. A medição dos dispositivos fractais fabricados é efetuada com um analisador de rede vetorial, que fornece os parâmetros de espalhamento do dispositivo sob aferição. Após a coleta de dados, os resultados numéricos e experimentais foram comparados para a validação dos métodos e procedimentos usados nas etapas anteriores. |
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| RESULTADOS: |
| Os resultados obtidos a partir da caracterização numérica e experimental dos dispositivos fractais de microfita abordados são apresentados em gráficos gerados no MATLAB®. O primeiro dispositivo estudado foi a antena patch compacta com contornos fractais de Koch, que é obtida a partir de uma antena patch quadrada convencional. A partir de duas iterações fractais desenvolveram-se antenas com contornos fractais quadrados e triangulares, projetadas para operarem na frequência de 2,45 GHz. Neste caso, a otimização da linha de alimentação com reentrâncias (inset-fed) permitiu um melhor casamento de impedâncias. O segundo dispositivo analisado foi um filtro passa-faixa com linhas de microfita acopladas, nas quais foram aplicados os contornos fractais de Koch. O último dispositivo em microfita analisado foi uma superfície seletiva em frequência com elementos fractais de Gosper. A estrutura periódica da FSS com elementos fractais de Gosper funciona como filtro espacial para ondas eletromagnéticas com rejeição de duas faixas de frequências na banda de 7,0~13,5 GHz. |
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| CONCLUSÃO: |
| A aplicação da geometria fractal para o projeto de dispositivos fractais de micro-ondas apresenta vantagens promissoras em relação as suas contrapartidas Euclidianas. Em particular, no desenvolvimento de dispositivos de microfita com fractais geométricos torna-se viável a fabricação de dispositivos de baixo custo, mais leves e compactos que os atuais e com características multibanda. Neste trabalho foram caracterizados três tipos de dispositivos fractais de microfita: antena patch, filtro em linhas acopladas e FSS. Em todos os casos o uso de contornos fractais possibilitou a produção de dispositivos mais compactos. Por outro lado, para a antena patch com contornos fractais de Koch verificou-se o uso de insets na linha de alimentação para um melhor casamento de impedâncias, bem como, suas propriedades de irradiação, que se mostraram similares ao de antenas patch convencionais. A FSS com elementos fractais de Gosper apresentou resposta em duas faixas de frequência, funcionando como filtro espacial rejeita-faixa para ondas eletromagnéticas com polarizações horizontal e vertical. A boa concordância obtida entre os resultados numéricos e experimentais validou a metodologia usada para o desenvolvimento dos dispositivos fractais de microfita estudados. |
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| Instituição de Fomento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq |
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| Palavras-chave: Micro-Ondas, Geometria Fractal, Dispositivos de Microfita. |