63ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

ANÁLISE TEÓRICA E EXPERIMENTAL DE FILTROS EM LINHAS DE MICROFITA COM TOCOS FRACTAIS DO TIPO H PARA A FAIXA DE 2,4 GHz

Ícaro Bezerra Queiroz de Araújo 1,2 Albanisa Felipe dos Santos 1,2 José Bosco Cruz Júnior 1,2 Winnie de Lima Torres 1,2 Paulo Henrique da Fonseca Silva 1,3

1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba - IFPB 2. Grupo de Telecomunicações e Eletromagnetismo Aplicado – GTEMA, IFPB 3. Prof. Dr./Orientador – Grupo de Telecomunicações e Eletromagnetismo Aplicado – GTEMA, IFPB

INTRODUÇÃO:

A geometria fractal tem sido utilizada em inúmeras aplicações na faixa de frequências de micro-ondas para o desenvolvimento de dispositivos mais compactos e com múltiplas ressonâncias. No contexto dos sistemas de comunicação sem fio (wireless), a tecnologia fractal abre um leque de oportunidades para a miniaturização de dispositivos passivos fabricados em microfita, em que, as propriedades únicas dos fractais geométricos são aplicadas para o desenvolvimento de novos dispositivos. Em particular, este trabalho aborda a análise teórica e experimental de filtros em linhas de microfita com tocos fractais do tipo H para funcionamento na faixa de frequências centrada em 2,4 GHz. Esta faixa é bastante utilizada em aplicações industriais e em sistemas wireless. Os filtros fractais foram obtidos a partir de um filtro convencional com tocos, cujos tocos são simples seções de linha dispostas em direção perpendicular à linha de alimentação do filtro. O fractal H é um fractal geométrico, cuja geração é feita através de um processo iterativo. A partir de um segmento de reta inicial, a cada iteração são adicionados novos segmentos de retas, assemelhando-se a letra H. As respostas em frequência apresentadas por esses filtros fabricados possibilitam seu funcionamento como filtros rejeita-faixa.

METODOLOGIA:

A metodologia usada para a caracterização dos filtros fractais propostos inclui as etapas de análise teórica, procedimento experimental, coleta e processamento de dados. Com uso dos softwares comerciais Matlab® (Matrix Laboratory) e Ansoft Designer™ para simulação computacional dos filtros abordados. A fabricação dos protótipos de filtros fractais foi feita com o uso de substratos laminados de fibra de vidro, que têm as faces revestidas com duas finas camadas de cobre. Com a ajuda do CorelDRAW Graphics Suite desenhou-se os leiautes projetados para os filtros. A fabricação foi feita através de impressão de adesivos sobre as faces de cobre do substrato laminado. A etapa final do processo de fabricação consistiu na corrosão das faces expostas de cobre em solução de percloreto de ferro, corte dos laminados e instalação de conectores. A medição dos dispositivos fabricados foi efetuada na faixa de micro-ondas com auxílio de um analisador de rede vetorial. Para validar a metodologia utilizada e para verificar possíveis fontes de erros nas fases anteriores da pesquisa, foram feitos estudos comparativos entre os resultados teóricos e experimentais obtidos.

RESULTADOS:

Neste trabalho foram abordados filtros com até três tocos em linha de microfita. Todos os filtros propostos foram projetados com um comprimento total de 50 mm para a rejeição da faixa em torno de 2,4 GHz. Os filtros convencionais com tocos feitos de simples seções de linhas de microfita apresentaram larguras totais de 19,5 mm (um toco) e 36,1 mm (dois tocos). Por outro lado, os filtros propostos com tocos fractais do tipo H resultaram em larguras totais de 13,3 mm (um toco), 23,3 mm (dois tocos) e 26,7 mm (três tocos). Os coeficientes de transmissão destes filtros estudados foram simulados e medidos. Uma excelente concordância foi observada entre os resultados teóricos e experimentais obtidos. Para os filtros convencionais caracterizados foram verificadas respostas em frequência com larguras de banda de rejeição (coeficientes de transmissão abaixo de -10 dB) de (2,15 ~ 3,10 GHz) e (1,9 ~ 3,0 GHz), respectivamente. Para os filtros fractais propostos foram verificadas respostas em frequência com larguras de banda de rejeição de (2,1 ~ 2,8 GHz), (1,8 ~ 3,2 GHz), (1,5 ~ 3,4 GHz), para um, dois e três tocos fractais do tipo H, respectivamente.

CONCLUSÃO:

A aplicação da geometria fractal para o projeto de filtros com tocos fractais do tipo H em linhas de microfita para a faixa de micro-ondas centrada em 2,45 GHz apresentou vantagens em relação as suas contrapartidas Euclidianas, possibilitando a fabricação de filtros mais compactos e com largura de banda de rejeição maiores. Estas características são difíceis de alcançar utilizando estruturas convencionais e pode ser desejável em certas aplicações. Devido a dificuldade de fabricação, apenas uma iteração do fractal do tipo H foi considerada para a fabricação dos filtros fractais em linhas de microfita. A excelente concordância obtida entre os resultados teóricos e experimentais obtidos validou a metodologia usada no desenvolvimento desta pesquisa.

Palavras-chave: Geometria Fractal, Eletrodinâmica Fractal, Filtros de Microfita.