Resultados das Antenas com Estruturas EBG

Para a antena padrão e para as configurações propostas para a estrutura EBG descritas na subseção anterior, foram realizadas simulações visando obter valores das perdas de retorno em função da frequência, bem como valores das larguras de banda e dos diagramas de radiação visando obter o ganho. Todos esses valores obtidos foram comparados a fim de se verificar as características de todas as configurações.

A Figura 6.59 mostra os valores das perdas de retorno em função da frequência de operação para a antena padrão e para as configurações propostas para a estrutura EBG. É possível perceber o deslocamento na frequência de operação da antena quando se utiliza as estruturas EBG, em que a medida que o raio do cilindro vai aumentando a frequência de operação da antena também segue aumentando, visto o decréscimo da constante dielétrica. Os valores das perdas retorno, das frequências de operação e das larguras de bandas absolutas para a antena padrão e demais configurações estão mostradas na Tabela 6.11.

Figura 6. 59 – Perda de retorno da antena padrão e configurações propostas.

Tabela 6. 11 – Valores das perdas de retorno, frequências de operação e largura de banda para a antena padrão e demais configurações.

Estrutura Perda de retorno (dB) Frequência de operação (GHz) Largura de banda (MHz) Antena padrão -12.8 28 525 EBG com r = 0,2 mm -13.9 28.9 632 EBG com r = 0,3 mm -17 30.4 760 EBG com r = 0,4 mm -24.7 34 998

Tendo em vista a diminuição da constante dielétrica, seus valores foram calculados para as estruturas EBG e a antena foi redimensionada para que a resposta seja uma frequência de 28 GHz para qualquer configuração. A Tabela 6.12 mostra os valores da permissividade, bem como das novas dimensões como função do raio do cilindro de ar na estrutura.

Tabela 6. 12 – Permissividade e dimensões das novas antenas como função do raio do cilindro de ar

r (mm) ε W(mm) L(mm) y(mm) z(mm) w(mm)

0 10,2 2,26 1,57 0,585 0,84 0,16

0,2 9,5 2,34 1,62 0,603 0,87 0,16

0,3 8,5 2,46 1,78 0,632 0,92 0,16

0,4 6,6 2,76 2,11 0,692 1 0,16

As antenas foram simuladas novamente e a resposta de frequência para qualquer configuração é 28 GHz. A Figura 6.60 mostra a perda de retorno em função da frequência, onde se pode perceber que com o aumento do raio do cilindro de ar, ocorre um aumento na largura de banda, bem como no casamento de impedância.

Figura 6. 60 – Perda de retorno das novas antenas projetadas para 28 GHz.

As Figuras 6.61 a 6.64 mostram os diagramas de radiação em 2D e em 3D da antena padrão e das configurações propostas. A antena padrão apresentou ganho de 5,096 dB. As estruturas EBG com raios 0,2mm, 0,3mm e 0,4 mm apresentaram os seguintes ganhos, respectivamente: 5,128 dB, 5,275 dB e 5,838 dB. Com esses valores observa-se uma melhoria no ganho da antena para qualquer configuração proposta da estrutura EBG, sendo a configuração com raio r=0,4 mm a que apresentou o melhor ganho.

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Capítulo 7 - Conclusões

Neste trabalho, foi apresentado um estudo de substratos anisotrópicos em antenas de microfita, bem como alguns resultados numéricos e experimentais de antenas com patch circular. Após um levantamento teórico a respeito das antenas de microfita e arranjos, foi discutido a anisotropia dos substratos do ponto de vista da permissividade elétrica e permeabilidade magnética, em especial ferrimagnéticos e metamateriais, visto que estes substratos reduzem significativamente as dimensões da antena. Então foi desenvolvido um formalismo matemático, o Método da Linha de Transmissão Transversa, onde foi considerada a permissividade e permeabilidade como tensores de ordem dois com termos não necessariamente nulos. Como exemplo de aplicações, este trabalho mostrou resultados comparados com outros trabalhos já encontrados na literatura. Embora tenha abordado diversas frequências, o estudo concentrou-se principalmente na frequência de 2,5 GHz, tecnologia 4G.

Quanto aos resultados, o estudo desenvolvido neste trabalho apresentou resultados numéricos oriundos do LTT, simulações e resultados experimentais. O método LTT já havia alcançado sua validade para diversas estruturas e dessa vez, foi validado para um substrato ferrimagnético. Visto a validação, o LTT foi usado para determinar as dimensões do patch para vários projetos de antena para a frequência de 2,5 GHz. Simulações foram feitas usando ferrita e um substrato convencional. Houve uma redução no volume de 2808,96 mm3 para 0,39 mm3. Quanto aos metamateriais, a validação do LTT se deu em trabalhos anteriores e neste trabalho o método foi usado para determinar as dimensões para a frequência de interesse, 2,5GHz, que quando comparadas com substrato convencional, FR4, a redução na área do patch é de 85%. As simulações para o substrato Metamaterial e substrato RO3006 mostraram que o primeiro leva a redução de 86,2% na área e 45,7% no volume.

Outras miniaturizações foram alcançadas com substrato convencional ao considerar o plano de terra truncado. Esta alteração também levou a uma melhor faixa de passagem e as simulações foram validadas com medições em protótipos construídos.

Os patchs circulares também foram estudados e diversas simulações computacionais foram realizadas. Medições foram feitas em protótipos construídos a fim de validar as simulações. Um maior ganho foi obtido numa antena em disco projetada para a frequência de 2,5 GHz ao considerar o plano de terra disposto em raios e uma banda larga foi obtida ao considerar um plano de terra retangular alterado. Simulações em 1 THz foram feitas e uma banda larga também foi obtida nessa frequência. A ideia foi utilizada em frequências de GHz para obter uma antena planar UWB que também foi conseguida com um plano de terra truncado.

Os arranjos também foram utilizados e protótipos foram construídos para o arranjo linear e circular, os quais se mostraram interessantes quando ganhos elevados são desejados.

Dessa forma, este trabalho apresentou aplicações do LTT, bem como resultados de simulações e experimentos. Como expectativa de continuação deste trabalho, pode-se citar:

a) Uso do LTT para o projeto de antenas de microfita com outros substratos; b) Desenvolvimento do LTT em outros sistemas de coordenadas, como por