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, IFPBRafaela Gomes Gonçalves Carvalho - Depto. Engenharia Elétrica / GTEMA, IFPBAlfrêdo 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 emvárias faixas de frequência, correspondentes a serviços TV digital, Wi-Fi, entre outros, têm exigido dosengenheiros um grande esforço para o desenvolvimento de estruturas (filtros, antenas, etc.) que atendam àscaracterísticas requeridas, tais como largura de banda, dimensões reduzidas, etc. Por outro lado, os recursoscomputacionais têm favorecido o surgimento de estruturas com geometrias complexas, muitas das quaisbaseadas na geometria fractal. A geometria, dimensões e materiais de fabricação das antenas estão relacionadosao comprimento de onda correspondente à frequência de operação. Entre os diversos tipos de antenas, o patchretangular em microfita atrai um especial interesse por apresentar características tais como baixo peso, pequenovolume, facilidade de montagem, custo reduzido de fabricação e a facilidade de integração com outroscomponentes de circuito. A técnica da inserção de fendas aplicada à este tipo de antena propõe uma forma maissimples na construção geométrica da estrutura. A técnica possibilita alterar apenas da frequência de ressonânciado modo fundamental, deixando praticamente fixa frequência de ressonância do segundo modo de ordemsuperior.

OBJETIVO DO TRABALHO:Utilizar a técnica de ajuste de frequência de ressonância da antena tipo patch retangular, possibilitando a reduçãoda frequência de ressonância do modo fundamental, inserindo fendas e corte perpendicular. De modo a realizar acaracterização 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 eotimização de antenas tipo patch retangular em microfita, a fim de compreender os princípios básicos da Técnicada Inserção de Fendas, TIF. Posteriormente caracterizaram-se numericamente antenas tipo patch retangular emmicrofita com a aplicação da TIF, foram feitas simulações de várias antenas através da utilização do softwareAnsoft 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, asfrequências de seus modos ressonantes e as distribuições de corrente. Simultaneamente, começou-se a projetar ea fabricar antenas tipo patch retangular em microfita com a aplicação da TIF para validar os resultados numéricosanteriormente obtidos. Depois da fabricação, foi realizada a caracterização experimental no Laboratório do Grupode Telecomunicações e Eletromagnetismo Aplicado, GTEMA, do IFPB, tendo sido utilizado um analisador de redesvetorial Agilent, N5230A. Os quais resultaram em um elenco de opções, com antenas desenvolvidas, resultanteda melhor situação encontrada.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:Para avaliar a técnica proposta foram fabricadas quatro antenas tipo patch retangular em microfita, utilizando umsubstrato de fibra de vidro, FR-4, de espessura h=1,5 mm, W=36 mm, L=30 mm, y0 = 10 mm e constantedielétrica &épsilonr =4,4. Introduzimos duas fendas laterais no patch, nas quais estas mantêm a frequência deressonância de segundo modo; com um corte no patch perpendicular as fendas, observou-se que ocorreu umaalteração da primeira frequência de ressonância e alterando a posição deste corte, fazendo com que o primeiromodo 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 doMétodo dos Momentos, do programa comercial ANSOFT DESIGNER de acordo com a variação das dimensões dasfendas e ainda a diferença entre esses resultados. A caracterização experimental foi realizada no Laboratório doGrupo de Telecomunicações e Eletromagnetismo Aplicado, GTEMA, do IFPB, tendo sido utilizado um analisador deredes vetorial Agilent, N5230A. Tais resultados foram comparados e observou-se uma boa concordância entre osmesmos.

CONCLUSÕES:

Neste trabalho foi apresentada uma técnica de ajuste da frequência de ressonância de uma antena tipo patchretangular 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 ecaracterização numérica de antenas tipo patch retangular em microfita, obedecendo às características requeridasde bom desempenho x tamanho reduzido. As antenas simuladas podem ser vistas como uma transição entre aonda guiada e a onda não guiada, ou, na definição oficial do IEEE, o dispositivo responsável por transmitir ereceber ondas eletromagnéticas, sendo essas características adequadas para uso em equipamentos portáteis. Dosresultados obtidos pode-se concluir que as antenas desenvolvidas atendem aos objetivos iniciais do projeto, poroperarem na faixa de frequência desejada e por possuírem pequenas dimensões, sendo adequadas ao uso emdispositivos de comunicação portáteis. Os resultados obtidos confirmaram que a aplicabilidade da técnicaproposta que, além do ajuste da frequência, aplica-se à redução das dimensões da antena. Este trabalhopretende também contribuir com o processo de inovação tecnológica na área de dispositivos de comunicaçãomóveis.

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