Análise da permissividade efetiva de antenas de microfita retangulares com arranjo PBG hexagonal

Análise da permissividade efetiva de antenas de microfita retangulares com arranjo PBG hexagonal

• Autor
• José Ivan Valentim da Silva
• Co-autores
• Francisco das Chagas Barbosa de Sena , José Patrocínio da Silva , Hugo Michel Câmara de Azevedo Maia
• Resumo

• As antenas de microfita retangulares (RMSAs) consistem em duas superfícies metálicas finas separadas por um substrato dielétrico e são geralmente empregadas para a transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas. Entre suas vantagens, destacam-se baixo peso, pequeno volume e facilidade de fabricação. Entretanto, esses dispositivos também apresentam inúmeras desvantagens que restringem as suas aplicações. Em substratos com elevada constante dielétrica, por exemplo, as RMSAs sofrem com larguras de banda muito estreitas e baixa eficiência. Dada a importância da permissividade elétrica do substrato no projeto de RMSAs, diversos trabalhos têm sido desenvolvidos na tentativa de compreender esse parâmetro, objetivando otimizar o funcionamento desses dispositivos. Nesse sentido, as RMSAs com o substrato perfurado PBG (“Photonic Band Gap”) têm sido bastante estudadas. Essas estruturas são formadas pela inserção de furos no dielétrico da antena. A inclusão dos furos inibe a propagação de ondas eletromagnéticas em certas frequências e modifica a permissividade efetiva do material. Consequentemente, as características eletromagnéticas das RMSAs são diretamente afetadas. Dessa forma, alguns parâmetros de desempenho desses dispositivos podem ser otimizados, tais como a largura de banda, o ganho e a eficiência. Vale ressaltar que as relações clássicas presentes na literatura para o dimensionamento e projeto das RMSAs não se aplicam aos modelos com substrato PBG, devido à mudança significativa na permissividade elétrica. Assim sendo, entender o comportamento da constante dielétrica do substrato é crucial para o desenvolvimento de RMSAs com substrato perfurado. Diante disso, o presente projeto de pesquisa objetiva analisar o comportamento da permissividade efetiva de RMSAs com substrato PBG hexagonal, de modo a propor uma metodologia para a determinação da permissividade elétrica efetiva das estruturas analisadas. Para atingir o objetivo geral da presente pesquisa, realizou-se inicialmente uma revisão bibliográfica acerca das RMSAs para compreender o seu princípio de funcionamento e os seus parâmetros de desempenho. Além disso, foi investigada a aplicação de arranjos PBG nas antenas de microfita para examinar as implicações ocasionadas. Com isso, verificou-se que substratos PBG podem atingir permissividade elétrica e permeabilidade magnética negativas. Esses efeitos foram considerados extremamente importantes pois representam que as estruturas PBG se comportam como estruturas metamateriais. Posteriormente, foram executadas análises computacionais com o intuito de verificar a influência das estruturas PBG nos parâmetros de desempenho das RMSAs, com maior foco na determinação da sua permissividade elétrica efetiva. Os estudos realizados apontaram para a possibilidade de determinar a permissividade efetiva do substrato PBG com arranjo hexagonal através da obtenção dos parâmetros S (coeficientes de reflexão e transmissão), abordagem comumente utilizada para a análise de estruturas metamateriais. A partir dessa metodologia, diversas simulações computacionais foram desenvolvidas para verificar o comportamento dos parâmetros S em virtude da variação espacial do arranjo, tais como a distância entre os furos, raio dos furos e quantidade de furos. Com isso, foram observadas evidências que relacionam a permissividade do material à mudança dos parâmetros dimensionais. Em estudos futuros, pretende-se correlacionar as permissividades efetivas da estrutura metamaterial e da RMSA, além de observar possíveis alterações no desempenho da antena devido à variação física do arranjo PBG.

• Palavras-chave
• Antenas de microfita, permissividade elétrica, estruturas PBG, simulação.
• Área Temática
• Engenharias

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