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

Abstract

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.