65ª Reunião Anual da SBPC

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

TÉCNICA DA INSERÇÃO DE FENDAS APLICADA À ANTENA TIPO PATCH RETANGULAR

Deisy Formiga Mamedes - Depto. Engenharia Elétrica / GTEMA, IFPB Rafaela Gomes Gonçalves Carvalho - Depto. Engenharia Elétrica / GTEMA, IFPB Alfrêdo Gomes Neto - Prof. Dr./Orientador Depto. de Engenharia Elétrica / GTEMA, IFPB

INTRODUÇÃO:

Hoje em dia, a diversidade dos serviços de comunicação, nos quais um mesmo equipamento deve operar em várias faixas de frequência, correspondentes a serviços TV digital, Wi-Fi, entre outros, têm exigido dos engenheiros um grande esforço para o desenvolvimento de estruturas (filtros, antenas, etc.) que atendam às características requeridas, tais como largura de banda, dimensões reduzidas, etc. Por outro lado, os recursos computacionais têm favorecido o surgimento de estruturas com geometrias complexas, muitas das quais baseadas na geometria fractal. A geometria, dimensões e materiais de fabricação das antenas estão relacionados ao comprimento de onda correspondente à frequência de operação. Entre os diversos tipos de antenas, o patch retangular em microfita atrai um especial interesse por apresentar características tais como baixo peso, pequeno volume, facilidade de montagem, custo reduzido de fabricação e a facilidade de integração com outros componentes de circuito. A técnica da inserção de fendas aplicada à este tipo de antena propõe uma forma mais simples na construção geométrica da estrutura. A técnica possibilita alterar apenas da frequência de ressonância do modo fundamental, deixando praticamente fixa frequência de ressonância do segundo modo de ordem superior.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Utilizar a técnica de ajuste de frequência de ressonância da antena tipo patch retangular, possibilitando a redução da frequência de ressonância do modo fundamental, inserindo fendas e corte perpendicular. De modo a realizar a caracterização numérica de antenas, em busca de uma estrutura de pequeno volume e com pequenas dimensões, visando sua instalação interna em dispositivos portáteis.

MÉTODOS:

Inicialmente revisou-se a bibliografia específica, destacando os principais métodos utilizados no projeto e otimização de antenas tipo patch retangular em microfita, a fim de compreender os princípios básicos da Técnica da Inserção de Fendas, TIF. Posteriormente caracterizaram-se numericamente antenas tipo patch retangular em microfita com a aplicação da TIF, foram feitas simulações de várias antenas através da utilização do software Ansoft Designer , ferramenta CAD para circuitos e simulações de micro-ondas, baseado no Método dos Momentos (MoM). Realizou-se o levantamento de alguns parâmetros das mesmas, tais como a largura de faixa, as frequências de seus modos ressonantes e as distribuições de corrente. Simultaneamente, começou-se a projetar e a fabricar antenas tipo patch retangular em microfita com a aplicação da TIF para validar os resultados numéricos anteriormente obtidos. Depois da fabricação, foi realizada a caracterização experimental no Laboratório do Grupo de Telecomunicações e Eletromagnetismo Aplicado, GTEMA, do IFPB, tendo sido utilizado um analisador de redes vetorial Agilent, N5230A. Os quais resultaram em um elenco de opções, com antenas desenvolvidas, resultante da melhor situação encontrada.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Para avaliar a técnica proposta foram fabricadas quatro antenas tipo patch retangular em microfita, utilizando um substrato de fibra de vidro, FR-4, de espessura h=1,5 mm, W=36 mm, L=30 mm, y0 = 10 mm e constante dielétrica &épsilonr =4,4. Introduzimos duas fendas laterais no patch, nas quais estas mantêm a frequência de ressonância de segundo modo; com um corte no patch perpendicular as fendas, observou-se que ocorreu uma alteração da primeira frequência de ressonância e alterando a posição deste corte, fazendo com que o primeiro modo de ressonância aproxima-se do segundo modo, ocasionando uma ressonância entre as duas freqüências. Assim, conseguiu-se aumentar a largura de banda. Essa caracterização foi obtida numericamente através do Método dos Momentos, do programa comercial ANSOFT DESIGNER de acordo com a variação das dimensões das fendas e ainda a diferença entre esses resultados. A caracterização experimental foi realizada no Laboratório do Grupo de Telecomunicações e Eletromagnetismo Aplicado, GTEMA, do IFPB, tendo sido utilizado um analisador de redes vetorial Agilent, N5230A. Tais resultados foram comparados e observou-se uma boa concordância entre os mesmos.

CONCLUSÕES:

Neste trabalho foi apresentada uma técnica de ajuste da frequência de ressonância de uma antena tipo patch retangular em microfita, baseada na inserção de duas fendas simétricas e um corte perpendicular a elas, com as quais pode ser feito o ajuste da frequência de ressonância do modo fundamental. Apresentando o estudo e caracterização numérica de antenas tipo patch retangular em microfita, obedecendo às características requeridas de bom desempenho x tamanho reduzido. As antenas simuladas podem ser vistas como uma transição entre a onda guiada e a onda não guiada, ou, na definição oficial do IEEE, o dispositivo responsável por transmitir e receber ondas eletromagnéticas, sendo essas características adequadas para uso em equipamentos portáteis. Dos resultados obtidos pode-se concluir que as antenas desenvolvidas atendem aos objetivos iniciais do projeto, por operarem na faixa de frequência desejada e por possuírem pequenas dimensões, sendo adequadas ao uso em dispositivos de comunicação portáteis. Os resultados obtidos confirmaram que a aplicabilidade da técnica proposta que, além do ajuste da frequência, aplica-se à redução das dimensões da antena. Este trabalho pretende também contribuir com o processo de inovação tecnológica na área de dispositivos de comunicação móveis.

Palavras-chave: Alteração da frequência de ressonância de modo fundamental, Antenas com geometria simplificada, Aumento da largura de banda.