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Título: Análise e projeto de antenas de microfita em substratos cerífereos para aplicações em sistemas IEEE 802.11ax
Autor(es): Magno, José de Arimatéia Pinto
Orientador: Silva Neto, Valdemir Praxedes da
Palavras-chave: Cera de carnaúba;Antena de microfita;IEEE 802.11ax;Miniaturização
Data do documento: 10-Dez-2021
Editor: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Referência: MAGNO, José de Arimatéia Pinto. Análise e projeto de antenas de microfita em substratos cerífereos para aplicações em sistemas IEEE 802.11ax. 2021. 137f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.
Resumo: As necessidades de novos sistemas de comunicações sem fio exigem que os dispositivos radiantes sejam cada dia mais estáveis e confiáveis. Nos últimos anos, várias propostas de soluções são observadas na literatura para melhorar o desempenho das antenas planares aplicadas nos sistemas modernos de comunicações sem fio. Esse trabalho propõe de maneira inovadora o uso de substratos ceríferos como uma solução biodegradável, de baixo custo e com diversas possibilidades de aplicações para o desenvolvimento de antenas de microfitas miniaturizadas. Foram desenvolvidas antenas planares para aplicações em serviços do protocolo IEEE 802.11 ax. Ao longo deste trabalho será apresentado o processo de caracterização do material proposto, confecção dos substratos, projeto e fabricação das antenas propostas, análise numérica e caracterização experimental. Foram selecionados 4 tipos de substratos ceríferos baseados na cera de carnaúba, e determinadas as principais características por meio de análises das propriedades elétricas do material, difração de Raios-x e termogravimetria. Com os resultados da caraterização dos substratos os dispositivos radiantes foram projetados e numericamente analisados pelo método dos Elementos Finitos, utilizando o software Ansys HFSS®. As antenas foram experimentalmente caracterizadas na faixa frequência de 1 GHz a 8,5 GHz, onde foi possível constatar que o material empregado como substrato apresentou estabilidade e boas propriedades para aplicações em circuitos planares como o caso de antenas de microfita. Acrescenta-se ainda a possibilidade de miniaturização dos elementos radiantes com o uso da cera de carnaúba como substrato, quando comparadas com a mesma estrutura projetada em um substrato comercial padrão como o FR4, foi alcançado um fator de miniaturização de 44,5% no volume da antena A1 e uma redução de 70% na área de cobre da antena A2.
Abstract: The needs of new wireless communication systems demand radiating devices with increasingly stable and reliable. In recent years, several proposed solutions are observed in the literature to improve the performance of planar antennas applied in modern wireless communication systems. This work proposes, in an innovative way, the use of wax substrates as a biodegradable and low-cost solution, with many application possibilities for the development of miniaturized microstrip antennas. Planar antennas were developed for applications in IEEE 802.11 ax protocol. Throughout this work, the process of characterization of the proposed material, fabrication of substrates, design and manufacture of the proposed antennas, numerical analysis and experimental characterization will be presented. Four types of wax substrates based on carnauba wax were selected, and the main characteristics were determined through analysis of the material's electrical properties, X-ray diffraction and thermogravimetry. With the results of the characterization of the substrates, the radiating devices were designed and numerically analyzed by the Finite Element method, using Ansys HFSS® software. The antennas were experimentally characterized in the frequency range from 1 GHz to 8.5 GHz, where it was possible to verify that the material used as substrate showed stability and good properties for applications in planar circuits such as microstrip antennas. It is also added the possibility of miniaturization of the radiant elements with the use of carnauba wax as a substrate, when compared with the same structure designed in a standard commercial substrate such as FR4, a miniaturization factor of 44.5% in volume was achieved of A1 antenna, and a 70% reduction in the copper area of A2 antenna.
URI: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/48525
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