Aplicação de superfície seletiva de frequência como refletor reconfigurável para otimização do desempenho de antena de microfita para aplicações em 5G
dc.contributor.advisor | Silva Neto, Valdemir Praxedes da | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0003-3867-3297 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/4160231554601828 | pt_BR |
dc.contributor.author | Sousa, Thayuan Rolim de | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/3138846318611230 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | D'Assunção, Adaildo Gomes | |
dc.contributor.referees2 | Mendonça, Laercio Martins de | |
dc.contributor.referees3 | Gomes Neto, Alfredo | |
dc.contributor.referees4 | Silva, Jefferson Costa e | |
dc.date.accessioned | 2025-03-26T19:42:49Z | |
dc.date.available | 2025-03-26T19:42:49Z | |
dc.date.issued | 2024-11-29 | |
dc.description.abstract | This work presents the development of reconfigurable frequency-selective surfaces (RFSS) as a reflector to optimize the performance of microstrip antenna for 5G applications. Frequency-selective surfaces (FSS) are structures widely used in communication systems, with applications in the microwave to terahertz range. The research in this doctoral thesis includes computation analysis and experimental characterizations to evaluate the effectiveness of RFSS in different propagation scenarios. The initial analysis is performed by characterizing the FSS in its ideal form to predict the behavior of the reconfigurable structure. Then the proposed RFSS is designed and evaluated. The proposed structure consists of a single dielectric substrate with a conductive layer. The RFSS unit cell is based on a V-shaped element and only a single PIN diode is used as an active device per unit cell. The PIN diode on each line of the RFSS is connected in parallel with a very simple biasing network. These structures were designed, optimized, manufactured and experimentally characterized to validate the numerical results, with good agreement between them. Three biasing state configurations are analyzed: off state, on state and intermediate state. Depending on the biasing state, the RFSS can exhibit single- or multi- resonance frequency(ies). The proposed RFSS exhibits independently switchable characteristics that make it suitable for a variety of applications, in its single-band or multi-band configuration. After this analysis, the RFSS were applied to a system with a dual-band rectangular microstrip antenna. The system consists of placing the RFSS in front of the microstrip antenna, acting as a reflector. The antenna used is of the microstrip type with a rectangular patch, which is modified by inserting two T-shaped slots to provide dual-band response at 1.7 GHz and 3.7 GHz. Numerical results were obtained through simulations using the commercial software ANSYS HFSS. By changing the state of the PIN diode, the system increases the antenna gain and reconfigures its radiation pattern, reaching values of 5.6-dB and 5.5-dB gain increase for the first and second resonance frequencies, respectively. The final results demonstrate that implementing RFSS can significantly increase the gain and steering capability of microstrip antennas. It is demonstrated that the proposed approach is viable and offers substantial improvements in antenna performance, making it a promising solution and contributing to the evolution of 5G networks. | pt_BR |
dc.description.resumo | Este trabalho apresenta o desenvolvimento de estruturas reconfiguráveis de superfícies seletivas de frequência (Reconfigurable Frequency-Selective Surface – RFSS) como refletor para otimizar o desempenho de antena de microfita para aplicações 5G. As superfícies seletivas de frequência (Frequency-Selective Surface – FSS) são estruturas amplamente utilizadas nos sistemas de comunicação, com aplicações na faixa de microondas até terahertz. A pesquisa inclui simulações computacionais e experimentos práticos para avaliar a eficácia da RFSS em diferentes cenários de propagação. A análise inicial é realizada com a caracterização da FSS em sua forma ideal para prever o comportamento da estrutura reconfigurável. Em seguida a RFSS proposta é projetada e avaliada. A estrutura proposta consiste em um único substrato dielétrico com uma superfície condutora. A célula unitária da RFSS é baseada em elemento em forma de V e um único diodo PIN é utilizado como dispositivo ativo por célula unitária. O diodo PIN em cada linha da RFSS é conectado em paralelo pela rede de alimentação. Essas estruturas foram projetadas, otimizadas, fabricadas e caracterizadas experimentalmente para validar os resultados numéricos, sendo observada uma boa concordância entre eles. Três configurações de estado de alimentação são analisadas: estado desligado, estado ligado e estado intermediário. Dependendo do estado de alimentação, a RFSS pode exibir frequência de ressonância em banda única ou múltipla. A RFSS proposta exibe características comutáveis de forma independente que a torna adequada para uma variedade de aplicações, em sua configuração de banda única ou multibanda. Após essa análise, as RFSS foram aplicadas em um sistema com uma antena de microfita retangular de banda dupla reconfigurável. O sistema consiste em colocar a RFSS na frente da antena de microfita, atuando como refletor. A antena utilizada é do tipo microfita com elemento retangular, que é modificado pela inserção de duas fendas em forma de T para fornecer resposta de banda dupla em 1,7 GHz e 3,7 GHz. Os resultados numéricos foram obtidos através de simulações usando o software comercial ANSYS HFSS. Ao mudar o estado do diodo PIN, o sistema aumenta o ganho da antena e reconfigura seu padrão de radiação, atingindo os valores de 5,6 dB e 5,5 dB de aumento de ganho para a primeira e segunda frequência de ressonância, respectivamente. Os resultados finais demonstram que a implementação de RFSS pode aumentar significativamente o ganho e a capacidade de direcionamento das antenas de microfita. Conclui-se que a abordagem proposta é viável e oferece melhorias substanciais no desempenho das antenas, tornando-se uma solução promissora e contribuindo para a evolução das redes 5G. | pt_BR |
dc.identifier.citation | SOUSA, Thayuan Rolim de. Aplicação de superfície seletiva de frequência como refletor reconfigurável para otimização do desempenho de antena de microfita para aplicações em 5G. Orientador: Dr. Valdemir Praxedes da Silva Neto. 2024. 90f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63250 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Antena de Microfita | pt_BR |
dc.subject | Superfícies seletivas de frequência | pt_BR |
dc.subject | Reconfiguração | pt_BR |
dc.subject | Diodo PIN | pt_BR |
dc.subject | 5G | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | pt_BR |
dc.title | Aplicação de superfície seletiva de frequência como refletor reconfigurável para otimização do desempenho de antena de microfita para aplicações em 5G | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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