Análise de perfomance de antenas de microfita patch retangular com polarização circular
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Date
Authors
Advisor
Penchel, Rafael Abrantes 
Coadvisor
Graduate program
Undergraduate course
São João da Boa Vista - FESJBV - Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Type
Undergraduate thesis
Access right
Acesso aberto
Abstract
Abstract (portuguese)
A demanda por inovações tecnológicas na área de telecomunicações tem aumentado consideravelmente.
À medida em que os sistemas de micro-ondas avançam, a utilização de múltiplas aplicações em um
único aparelho e a expansão das redes de comunicação sem fio resultaram na necessidade de criar novas
antenas, com custos reduzidos, dimensões compactas e características fundamentais que permitem
atender todos os requisitos necessários. Nesse cenário, as antenas planares, também conhecidas como
antenas de microfita patch são utilizadas em grande escala e oferecem uma solução eficaz em termos
de desempenho para os sistemas de comunicação modernos. As antenas de microfita têm se destacado
significativamente e podem ser empregadas em diversas aplicações, como em sistemas de radares,
satélites e Wi-Fi. Dentre os tipos de polarização existente, a polarização circular tem sido muito
empregada nesses modelos de antena. Isso ocorre porque esse tipo de polarização permite a redução
de problemas de desempenho quando situadas em condições climáticas desfavoráveis e viabiliza a
mobilidade tanto do transmissor quanto do receptor. A fim de analisar o desempenho de antenas e sua
polarização, foram projetadas três antenas distintas de microfita patch retangulares, utilizando substrato
de Rogers RT/Duroid 5580 com permissividade relativa de εr = 2.2, com casamento de impedância e
para operar na frequência de 5,8 GHz. Para o primeiro caso, foi utilizada uma única alimentação através
de um conector SMA, pois a vantagem de utilizar esse método é devido a sua simplicidade, facilidade
de fabricação e baixo custo. No segundo caso, foi utilizado novamente um conector SMA, porém com
truncamento nas duas extremidades dos patch. Essa configuração permite a criação de campo elétrico
em dois modos ortogonais com amplitude iguais e deslocamento de fase de 90 graus. Já o último caso
utiliza uma alimentação dupla, por meio de linha de transmissão. Os braços da linha de transmissão são
assimétricos justamente para permitir que o primeiro esteja atrasado em 45 graus, enquanto o segundo
esteja adiantado em 45 graus, fazendo com que tenha um deslocamento de 90 graus. Foram realizadas
simulações no software Ansys HFSS dos parâmetros de coeficiente de reflexão |S11|, impedância de
entrada, ganho, diretividade e razão axial, sendo este um parâmetro importante para identificar o tipo
de polarização. Em seguida, foram realizadas para cada caso, análises paramétricas, para otimização
da antena com o objetivo de melhorar o desempenho e a qualidade da polarização circular. Foram
confeccionados protótipos das antenas projetadas, e medidas em laboratório seu coeficiente de reflexão,
para comparação de resultados simulados e experimentais.
Abstract (english)
The demand for technological innovations in the telecommunications field has increased significantly.
As microwave systems advance, the use of multiple applications in a single device and the expansion
of wireless communication networks have led to the need to create new antennas with reduced costs,
compact dimensions, and essential features to meet all necessary requirements. In this scenario, planar
antennas, also known as microstrip patch antennas, are widely used and offer an effective performance
solution for modern communication systems. Microstrip antennas have gained significant prominence
and can be employed in various applications, such as radar systems, satellites, and Wi-Fi. Among the
existing polarization types, circular polarization has been widely used in these antenna models. This is
because circular polarization helps reduce performance issues in unfavorable weather conditions and
enables mobility for both the transmitter and receiver. To analyze the performance of antennas and
their polarization, three distinct rectangular microstrip patch antennas were designed using Rogers
RT/Duroid 5580 substrate with a relative permittivity of εr = 2.2, impedance matching, and designed
to operate at a frequency of 5.8 GHz. In the first case, a single feed through an SMA connector was
used, as the advantage of this method lies in its simplicity, ease of fabrication, and low cost. In the
second case, an SMA connector was again used, but with truncation at both ends of the patch. This
configuration allows the creation of an electric field in two orthogonal modes with equal amplitude
and a phase shift of 90 degrees. The last case uses a dual feed through a transmission line. The arms
of the transmission line are asymmetrical to ensure that the first is delayed by 45 degrees, while the
second is advanced by 45 degrees, resulting in a 90-degree phase shift. Simulations were carried
out in the Ansys HFSS software for parameters such as reflection coefficient |S11|, input impedance,
gain, directivity, and axial ratio – an important parameter for identifying the type of polarization.
Subsequently, parametric analyses were conducted for each case to optimize the antenna with the goal
of improving performance and circular polarization quality. Prototypes of the designed antennas were
fabricated, and their reflection coefficients were measured in the laboratory to compare simulated and
experimental results.
Description
Keywords
Antenas de microondas, Ondas eletromagnéticas Polarização, Ondas milimétricas, Telecomunicações
Language
Portuguese
Citation
MIRANDA, R. M. Análise de perfomance de antenas de microfita patch retangular com polarização circular. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações) — Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", São João da Boa Vista, 2023.
