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Title: Análise de estruturas inspiradas em fractais aplicadas em antenas e superfícies seletivas de frequência
Authors: Batista, Yuri Max Vieira
Keywords: Fractais;Fractais modificados;Antena fractal;FSS fractal;Antena de microfita;Superfície seletiva de frequência
Issue Date: 13-Jul-2018
Citation: BATISTA, Yuri Max Vieira. Análise de estruturas inspiradas em fractais aplicadas em antenas e superfícies seletivas de frequência. 2018. 90f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Abstract: The development of new fractal-based structures applied to planar technology has motivated many researchers around the world, who are very interested in the design of compact, stable, efficient, and low cost microwave devices and circuits for wideband and multiband frequency applications, with enhanced filtering (transmission or rejection), radiation or rejection characteristics, for example. Specifically, the geometry of traditional fractals have been widely used in the development of integrated circuits for microwaves and antennas because they have enhanced their frequency responses. However, in order to extract more advantages from the potential of these geometries, they must be changed according to particular applications. In addition, due to external interference, spatial filters, such as frequency selective surfaces (FSS), have become increasingly popular with the large growth in the use of wireless technologies, as they appear to be an excellent solution for predetermined frequency filtering. In addition, the use of traditional or new fractal geometries in these structures always brings particular contributions in improving their frequency responses. Therefore, the main objective of this work is to improve current FSS technology using known fractal geometries, which are modified, to take more advantage of the use of these geometries’ characteristics. Thus, using some different configurations of the same architecture, inspired by the Hilbert fractal, one can configure the structure of the FSS to obtain improved bandwidth, multi-band operations, good angular stability, and compactness, for example. In addition, these fractal-based structures exhibit characteristics to be investigated with respect to the size reduction of the patch element of the periodic array and to the modification of the antenna resonate frequencies. This work compiles the experiment of several fractal inspired antennas and FSS structures that resonate in different frequencies. Several prototypes are fabricated and measured to validate the simulation results. This work presents FSS geometries inspired on the Hilbert fractal, the infinite mirror fractal, and the Sierpinski triangle geometry, with additional modifications to ensure angular and multiband stability. In addition, the developed antennas are inspired on Sierpinski fractal geometries enabling multiband frequency behavior and gain increase.
Portuguese Abstract: O desenvolvimento de novas estruturas, inspiradas em fractais, aplicadas à tecnologia planar tem motivado muitos pesquisadores em todo o mundo, interessados no projeto de dispositivos e circuitos de micro-ondas mais compactos, mais eficientes e de baixo custo, para operar em banda larga ou múltiplas bandas, com melhores condições de filtragem (transmissão ou rejeição), radiação ou recepção, e estabilidade angular, por exemplo. Especificamente, os fractais tradicionais têm sido utilizados no desenvolvimento de circuitos integrados de micro-ondas e antenas porque têm possibilitado a melhoria de suas respostas em frequência. Entretanto, para extrair mais vantagens do potencial dessas geometrias, elas devem ser alteradas, de acordo com as aplicações desejadas. Além disso, devido às interferências externas, filtros espaciais, como as superfícies seletivas de frequência (FSS), se tornaram cada vez mais populares com o crescimento no uso de tecnologias de comunicação sem fio, pois aparecem como uma excelente solução para filtrar frequências previamente especificadas. Portanto, o uso de geometrias fractais tradicionais ou novas, nessas estruturas, traz contribuições específicas na melhoria das suas respostas em frequência. O objetivo principal deste trabalho consiste em melhorar a tecnologia atual de FSS, usando geometrias fractais conhecidas, as quais são modificadas, para melhor aproveitar o uso das características dessas geometrias. Assim, utilizando algumas configurações diferentes da mesma geometria, inspiradas no fractal de Hilbert, pode-se configurar a estrutura de FSS para obter maior largura de banda, operações em multibandas, boa estabilidade angular e miniaturização, por exemplo. Adicionalmente, essas estruturas baseadas em fractais exibem características a serem investigadas em relação à redução do tamanho do patch, elemento do arranjo periódico, e à modificação das frequências de ressonância das antenas. Este trabalho apresenta estruturas de antenas e FSS inspiradas em fractais que ressonam em multifrequências. Cinco protótipos foram fabricados e medidos para comparar com os resultados obtidos através de simulações. Neste trabalho são propostas geometrias de FSS inspiradas no fractal de Hilbert, no fractal do espelho infinito e no triângulo de Sierpinski, com modificações adicionais para garantir estabilidade angular e multibanda. Adicionalmente, são propostas antenas de microfita com alimentação coaxial, com o elemento radiador inspirado no fractal de Sierpinski triangular, obtendo operação em multibanda e aumento do ganho.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26257
Appears in Collections:PPGEE - Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação

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