62ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

ANTENAS FRACTAIS DE MICROFITA ALIMENTADAS POR CABO COAXIAL

Diego Ramalho Minervino 1 Paulo Henrique da Fonseca Silva 1

1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba / IFPB

INTRODUÇÃO:

Nas últimas duas décadas as antenas fractais despertaram grande interesse da comunidade científica devido as suas características únicas em relação as suas contrapartidas Euclidianas. Em particular, as propriedades dos fractais, como a auto-similaridade e a dimensão fractal possibilitam a produção de antenas compactas com boas características de radiação e com respostas em muitas faixas de frequência ou em banda larga. Neste trabalho, algumas antenas fractais de microfita alimentadas por cabo coaxial foram caracterizadas visando a produção de antenas compactas para operação na faixa de 2,4 GHz, que é uma faixa de frequências bastante utilizada nas aplicações para Internet sem fio. Alguns protótipos de antenas fractais de microfita foram construídos com base nos fractais geométricos do tipo T-square e quadric Koch (ou teragons). O estudo desta tecnologia de antenas é relevante devido ao avanço dos sistemas de comunicação sem fio e à tendência cada vez maior para a fabricação de aparelhos de comunicação sem fio portáteis cada vez menores, mais leves e de baixo-perfil.

METODOLOGIA:

Neste trabalho, o desenvolvimento das antenas fractais de microfita teve início com o estudo da antena do tipo patch quadrada (chamada de antena geradora) a partir da qual foram projetadas as antenas fractais propostas. Através de um modelo analítico aproximado fez-se o projeto inicial das dimensões da antena geradora. Contudo, o programa comercial Ansoft DesignerTM foi usado para o projeto ótimo da antena geradora e para a caracterização precisa das antenas fractais abordadas. Após a fase de caracterização numérica, alguns protótipos foram construídos e medidos utilizando-se um laminado de baixo custo com dupla face de cobre e um substrato de fibra de vidro com espessura de 1,5 mm e permissividade elétrica relativa de 4,4. Neste caso, uma face de cobre funciona como plano de terra e na outra é impressa a geometria do patch fractal, que funciona como elemento irradiante. Para desenhar os leiautes das antenas fractais foram utilizados os programas AutoCad e CorelDraw. No ponto de alimentação, escolhido para obter o melhor casamento de impedâncias, foi feito um furo de diâmetro igual a 1/16" para soldagem do conector para cabo coaxial. A perda de retorno, a impedância de entrada e SWR dos protótipos construídos foram os parâmetros medidos com um analisador de redes vetorial.

RESULTADOS:

Após a caracterização de cada antena fractal de microfita estudada, os resultados numéricos de simulação e de medição obtidos foram comparados com o auxílio de gráficos gerados com o uso do programa Matlab (Matriz Laboratory). Verificou-se que as antenas fractais de microfita alimentadas por cabo coaxial apresentam um comportamento multibanda com respostas em até cinco faixas de frequências. Em geral, cada faixa de operação apresenta uma resposta em banda estreita. Os diagramas de radiação nestas faixas foram analisados e os resultados indicaram uma característica de radiação para as antenas fractais que são semelhantes aos das antenas convencionais do tipo patch quadrado. Em relação ao posicionamento do ponto de alimentação para o correto casamento de impedâncias entre a antena e o cabo coaxial, os resultados teóricos obtidos foram verificados na prática e as impedâncias de entrada das antenas medidas ficaram bem próximas do valor ideal de 50 Ω. Em relação à produção de antenas fractais compactas, os estudos demonstraram que uma redução de até 46% da área ocupada pela antena fractal de Koch em relação a uma antena patch convencional.

CONCLUSÃO:

Com base nos resultados obtidos, verificou-se que as antenas fractais de microfita alimentadas por cabo coaxial apresentam respostas em vária faixas de frequências, boas características de radiação e facilidade para alimentação e casamento de impedâncias. Além disso, considerando-se uma mesma frequência de operação, as antenas fractais podem ser utilizadas para projetos de antenas de microfita mais compactas que as antenas convencionais do tipo patch. Os estudos comparativos entre os resultados teóricos e experimentais indicaram erros para as frequências ressonantes simuladas e medidas entre 0,5% e 5%, validando a metodologia utilizada. Os resultados obtidos confirmaram que as antenas fractais de microfita apresentam vantagens que as tornam fortes candidatas para aplicações que requeiram a fabricação de dispositivos de comunicação sem fio compactos, leves, de baixo-perfil e custo reduzido.

Palavras-chave: Geometria Fractal, Antenas de Microfita, Antenas Fractais.