Superfícies seletivas em frequência como superstrato para aumento de ganhos em antenas

As modernas antenas de microfitas são adequadas para aplicações nos sistemas de telecomunicações, a exemplo das comunicações móveis e na biomedicina, no diagnóstico de tumores. Porém apresenta baixo ganho em torno de 5 dB e fraca irradiação endfire. Para torna-las mais eficiente é necessário aumenta...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: LUCENA, Francisco Ariaildo da Costa Sá
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2018
País:Brasil
Institución:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)
Repositorio:Repositório Institucional da UFPE
Idioma:portugués
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Acceso en línea:https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/31685
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Palabra clave:Engenharia Elétrica
Dispositivos de micro-ondas
Superfície Seletiva em Frequência
Superstrato da Antena
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description As modernas antenas de microfitas são adequadas para aplicações nos sistemas de telecomunicações, a exemplo das comunicações móveis e na biomedicina, no diagnóstico de tumores. Porém apresenta baixo ganho em torno de 5 dB e fraca irradiação endfire. Para torna-las mais eficiente é necessário aumentar o ganho. Este trabalho apresenta oito projetos de antenas de microfita e superfícies seletivas em frequência (FSS, do inglês Frequency Selective Surface), reconfiguráveis e não reconfiguráveis, usadas para o aumento e controle de ganho e diretividade das antenas de microfita. As FSSs são usadas como superstratos das antenas de microfita, suas geometrias variam podendo ser do tipo dipolo, dipolo cruzado, Cruz de Jerusalém, espira quadrada e espira triangular. As simulações foram realizadas no CST Microwave StudioTM. Os resultados medidos foram obtidos no Analisador de Redes Vetorial (Agilent E5071B). A equação de transmissão de Friis foi utilizada no cálculo do ganho da antena aplicando o método de ganho absoluto de antenas idênticas. Os resultados simulados e medidos são comparados. O modelamento apresenta o cálculo da distância de ressonância adequada entre a antena de microfita e a FSS, além do aumento na diretividade da antena. O primeiro projeto apresenta uma FSS dipolo sendo usada como superstrato para controle do aumento do ganho e controle da polarização da antena. O segundo projeto apresenta uma antena de microfita dual band com alto ganho. A antena funciona em 9,25 e 11,00 GHz (Banda-X). O alto ganho da antena é obtido utilizando uma FSS como superstrato que é formado por uma matriz 5×5 de espiras quadradas. O terceiro projeto reproduz uma antena de microfita na forma de um triângulo equilátero passiva. O quarto projeto apresenta uma antena de microfita de alto ganho que opera em 2,37 GHz. O alto ganho da antena é obtido empregando uma FSS rejeita-banda e outra FSS passa-banda como superstrato. O quinto projeto apresenta uma antena de microfita com ganho e diretividade controlados. O controle do ganho da antena é obtido empregando uma superfície seletiva em frequência reconfigurável (RFSS, do inglês Reconfigurable Frequency Selective Surface) como superstrato que é formada por uma matriz 2×2 de espiras quadradas. O sexto projeto apresenta o controle do ganho de uma antena UWB (UWB, do inglês Ultra-Wideband) utilizando uma RFSS que é formada por uma matriz 4×4 de elementos de dipolo cruzado. As características da RFSS são variáveis e dependem da polarização dos diodos PIN.
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As simulações foram realizadas no CST Microwave StudioTM. Os resultados medidos foram obtidos no Analisador de Redes Vetorial (Agilent E5071B). A equação de transmissão de Friis foi utilizada no cálculo do ganho da antena aplicando o método de ganho absoluto de antenas idênticas. Os resultados simulados e medidos são comparados. O modelamento apresenta o cálculo da distância de ressonância adequada entre a antena de microfita e a FSS, além do aumento na diretividade da antena. O primeiro projeto apresenta uma FSS dipolo sendo usada como superstrato para controle do aumento do ganho e controle da polarização da antena. O segundo projeto apresenta uma antena de microfita dual band com alto ganho. A antena funciona em 9,25 e 11,00 GHz (Banda-X). O alto ganho da antena é obtido utilizando uma FSS como superstrato que é formado por uma matriz 5×5 de espiras quadradas. O terceiro projeto reproduz uma antena de microfita na forma de um triângulo equilátero passiva. O quarto projeto apresenta uma antena de microfita de alto ganho que opera em 2,37 GHz. O alto ganho da antena é obtido empregando uma FSS rejeita-banda e outra FSS passa-banda como superstrato. O quinto projeto apresenta uma antena de microfita com ganho e diretividade controlados. O controle do ganho da antena é obtido empregando uma superfície seletiva em frequência reconfigurável (RFSS, do inglês Reconfigurable Frequency Selective Surface) como superstrato que é formada por uma matriz 2×2 de espiras quadradas. O sexto projeto apresenta o controle do ganho de uma antena UWB (UWB, do inglês Ultra-Wideband) utilizando uma RFSS que é formada por uma matriz 4×4 de elementos de dipolo cruzado. As características da RFSS são variáveis e dependem da polarização dos diodos PIN.The modern microstrip antennas are rigorous for applications in telecommunications systems, an example of mobile and biomedical communication, without diagnosis of tumors. Machine the low gain around 5 dB and weak endfire irradiation. To become more efficient you need to increase the gain. This work presents eight designs of reconfigurable and non-reconfigurable antennas and Frequency Selective Surfaces (FSS). The FSSs are used to control and increase antenna’s gain and directivity. The FSSs are also used as antenna’s superstrate and their geometry can be dipole cross, Jerusalem cross, square loop and triangular loop. The simulations were performed in the CST Microwave StudioTM. The measured results were obtained and analyzed with the Vector Network Analyzer Agilent E5071B. The Friis equation and the method of absolute gain of identical antennas were used to calculate the antenna’s gain. The resonance between the antenna and the FSS, and the antenna’s directivity were calculated with these methods. The simulated and measured results were compared. The first design was a multiband reconfigurable aperture antenna that controls gain and return loss. The second design was a dual-band microstrip antenna with high gain. This antenna operates at 9.25 and 11.00 GHz (X-band). The antenna’s gain was increased using a FSS as a superstrate. This FSS is a 5×5 matrix of square loop. The third project reproduced a microstrip passive antenna that has the shape of an equilateral triangle. The fourth design presented a high gain microstrip antenna that operates at 2.37 GHz. The high gain of the antenna is obtained by employing a band-stop FSS and another band-pass FSS as a superstrate. The fifth design was a microstrip antenna with controlled gain and directivity. A Reconfigurable Frequency Selective Surface (RFSS) with a 2×2 matrix of square loop geometry used as superstrate is used to control the gain. The RFSS’s resonance frequency is variable and depends on the polarization of the PIN diode. The sixth project presented the gain control of a UWB antenna using an RFSS with the geometry of a 4×4 matrix of cross-dipole elements. The filter characteristics of the FSS are variable and depend on the polarization of the PIN diodes.Universidade Federal de PernambucoUFPEBrasilPrograma de Pos Graduacao em Engenharia EletricaMELO, Marcos Tavares dehttp://lattes.cnpq.br/8776518379588934http://lattes.cnpq.br/49336357478609062019-08-08T18:58:51Z2019-08-08T18:58:51Z2018-07-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/31685ark:/64986/001300000q6jxporAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPELUCENA, Francisco Ariaildo da Costa Sá2019-10-26T06:09:02Zoai:repositorio.ufpe.br:123456789/31685Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpe.br/oai/requestattena@ufpe.bropendoar:22212019-10-26T06:09:02Repositório Institucional da UFPE - Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)false
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