Nesta seção do foram colocados os pinos na antena apresentada na seção 2.7.2. Inicialmente os pinos na antena foram colocados com raio de0,05mm e a uma distância D de1,40mm entre eles.
Os resultados obtidos com tais configurações não apresentaram um bom resultado, com o parâmetro S11e a diretividade da antena ficando com resultados fora do esperado. Com o intuito de melhorar a performance da antena foram feitas parametrizações utilizando a ferramentaOptimetricsdo HFSS.
A primeira parametrização feita foi na posição dos pinos no patch. Nesse caso duas varíaveis foram utilizadas, ox1representando a posição dos pinos no eixo X ex2representando a posição dos pinos
35
28 28.5 29 29.5 30 30.5 31 31.5 32
Frequência [GHz]
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60
Impedância []
Parte Real Parte Imaginária
Figura 26 –ParâmetroZ11da antena projetada sem os pinos.
Fonte: Elaborado pelo autor.
-180 -150 -100 -50 0 50 100 150 180
Theta [deg]
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
Diretividade [dBi]
Phi = 0 deg Phi = 90 deg
Figura 27 –Diretividade da antena projetada sem os pinos.
Fonte: Elaborado pelo autor.
no eixo Y. A parametrização da posição dos pinos pode de ser vista na Figura 29, com a melhor configuração com x1 = 1,3 e x2 = 1,7.
A próxima variável a ser verificada é o raio dos pinos. A Figura 30 representa os valores obtidos. A melhor configuração encontrada foi com os raio dos pinos com 0,2 mm. Aqui é possível constatar que quanto maior o raio dos pinos melhor fica o parâmetroS11e a diretividade, para a antena projetada.
Após as parametrizações a antena com os pinos é mostrada na Figura 31. O raio utilizado nos pinos é de 0,2 mm, e a distância dos pinos no eixo X é de 1,82 mm e no eixo Y de 2,38 mm (x1 = 1.3 e x2 = 1.7). O ponto de alimentação foi colocado a uma distância de 0,14 mm da borda do patch na direção do eixo Y e de 0,84 mm da borda do patch na direção do eixo X.
Simulando a antena da Figura 31 foi obtido o parâmetroS11observado na Figura 32. O coeficiente de reflexão da antena está em 59,70 GHz em -28,15 dB. A banda de transmissão está entre 59,53 GHz e 59,86 GHz. Um outro importante parâmetro a ser analisado é oZ11, ou a impedância de entrada da antena. Na Figura 33 é possível verificar que a frequência encontrada anteriormente de 59,70 GHz está
36
Figura 28 – Distribuição de campo em fase da antena projetada.
Fonte: Elaborado pelo autor.
coincidindo com 50Ωde impedância de entrada para a curva real e a parte imaginária passa por zero quando chega na frequência central de 59,70 GHz.
A diretividade da antena, vista na Figura 34, está em 10,51 dBi representando um aumento de 2,78 dBi comparado com a antena sem os pinos da seção 2.7.2.
Para ver o efeito que os pinos causam na antena a Figura 35 representa a distribuição em fase do campo para 0º, 130º e 150º. Aqui fica evidente que os pinos causam uma perturbação no campo da antena, sendo esse o motivo do aumento da diretividade.
37
57 58 59 60 61 62 63
Frequência [GHz]
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0
|S11| [dB]
x1 = 1.1 x2 = 1.1 x1 = 1.4 x2 = 1.1 x1 = 1.7 x2 = 1.1 x1 = 1.1 x2 = 1.4 x1 = 1.4 x2 = 1.4 x1 = 1.7 x2 = 1.4 x1 = 1.1 x2 = 1.7 x1 = 1.3 x2 = 1.7 x1 = 1.7 x2 = 1.7
Figura 29 –Parametrização posição dos pinos para a antena projetada.
Fonte: Elaborado pelo autor.
57 58 59 60 61 62 63
Frequência [GHz]
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0
|S11| [dB]
raio pino = 0,04 mm raio pino = 0,08 mm raio pino = 0,12 mm raio pino = 0,16 mm raio pino = 0,20 mm
Figura 30 –Parametrização raio dos pinos para a antena projetada.
Fonte: Elaborado pelo autor.
38
Figura 31 –Vista superior da antena projetada com os pinos.
Fonte: Elaborado pelo autor.
57 58 59 60 61 62 63
Frequência [GHz]
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0
|S11| [dB]
Figura 32 –ParâmetroS11da antena projetada com os pinos.
Fonte: Elaborado pelo autor.
39
57 58 59 60 61 62 63
Frequência [GHz]
-10 0 10 20 30 40 50 60 70
Impedância []
Parte Real Parte Imaginária
Figura 33 –ParâmetroZ11da antena projetada com os pinos.
Fonte: Elaborado pelo autor.
-180 -150 -100 -50 0 50 100 150 180
Theta [deg]
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15
Diretividade [dBi]
Phi = 0 deg Phi = 90 deg
Figura 34 –Diretividade da antena projetada com os pinos.
Fonte: Elaborado pelo autor.
40
Figura 35 – Distribuição de campo em fase da antena projetada com os pinos.
Fonte: Elaborado pelo autor.
41
4 CONCLUSÕES
O espectro de frequência está escasso devido ao uso de várias aplicações diferentes. Com o surgimento de novas tecnologias, como o 5G, novas frequências devem ser exploradas e essas variam de 30 GHz até 100 GHz, as chamadas ondas milimétricas. Com o uso de frequências altas o sinal sofre grandes atenuações não conseguindo alcançar longas distâncias. Para tais aplicações é necessário que as antenas de microstrip sejam mais diretivas. Com isso esse trabalho faz uma revisão de antenas de microstrip e posteriormente é feito um projeto de antena para uma frequência de 30 GHz. Com a ideia de aumentar a diretividade da antena foram introduzidos pinos em curto com intuito de verificar o efeito que estes produzem na diretividade da antena.
A antena projetada possui um tamanho bastante pequeno com oW =L= 2,81 mm,Wd= Ld = 7,58 mm e altura do substrato com 50um. O material do substrato usado foi o Rogers RO3003 (tm) com permissividade relativa 3 e altura tangente de perdas dielétricas de 0,0013. Após as simulações foram introduzidos pinos na antena e estes com raio de 0,2 mm. Ao colocar os pinos a frequência foi descolocada para valores superiores de 60 GHz. A diretividade da antena sem os pinos foi de 7,73 dBi e com os pinos de 10,51 dBi, apresentando uma diferença de 2,78 dBi. Essa diferença encontrada é bastante significante, pois, como citado anteriormente, para frequências tão altas é necessário de antenas mais diretivas. Para saber se a antena estava funcionando corretamente foram analisados alguns parâmetros como o coeficiente de reflexãoS11, a impedância de entradaZ11, a diretividade da antena e também a distribuição de campo em fase.
Os resultados encontrados no projeto apresentam um valor próximo ao teórico e também dos resultados reproduzidos. No artigo usado como inspiração para o desenvolvimento desse projeto a antena sem os pinos, com frequência de 1,52 GHz, possui uma diretividade de 8,1 dBi e a antena com os pinos, com frequência de 2,93 GHz, possui diretividade de 11 dBi, apresentando um aumento de 2,9 dBi.
Após as análises é possível concluir que com uma simples técnica de inserção de pinos na antena consegue-se aumentar o desempenho da antena.