Design de arranjo em série de antenas patch retangular para a faixa de 60 GHz

Abstract

Este trabalho apresenta uma análise, projeto e construção por método de simulação de antenas de microfita com patches retangulares em torno da frequência de 60 GHz, essenciais para as tecnologias emergentes de comunicações móveis como radares, satélites, antenas altamente diretivas devido as altas perdas que esta faixa de frequência recebe do ambiente e 5G. As antenas de microstrip são amplamente utilizadas por serem de baixo custo, fácil fabricação e de tamanhos pequenos, entretanto, possuem uma banda estreita e baixa diretividade. No início do projeto, foi dimensionado uma antena na faixa de 60 GHz, com um patch, espessura do substrato (h) de 50 μm, com uma constante dielétrica de 6,7 e loss tangent de 0,015. Inicialmente foram realizadas parametrizações no software HFSS no tamanho da linha de alimentação, largura da linha, a fim de encontrar os melhores valores das dimensões da antena, garantindo melhor transmissão e melhor impedância de entrada e coeficiente de reflexão. Após o projeto de um patch, foram realizadas simulações em antenas de 2,4 e 8 patches, respectivamente, a fim de verificar o funcionamento de uma antena leaky-wave, capaz de alterar a direção do feixe de radiação realizando uma varredura na frequência. As mesmas parametrizações foram realizadas, a fim de melhorar o desempenho da antena. Após os resultados dos parâmetros S11, impedância de entrada, ganho e diretividade, foi possível notar que, com a adição dos patches, o desempenho da antena foi superior aos anteriores, entretanto, foi necessário realizar inúmeras parametrizações para encontrar os melhores valores para a antena

This works presents an analyze, project and construction in a simulation model of microstrip antennas with retangular patches in 60 GHz, a frequency that is essential for emergent technologies on mobile communications systems like radars, sattelites, high directives antennas because their high losses in natural environment and 5G. Microstrip antennas are widely used for being low cost, easy fabrication and small size, meantime, this antennas have a narrow band and low directivity. At the beginning of the project was dimensioned an antenna in the range of 60 GHz, with a patch, 50$\mu $ substrate thickness (h) , with a 6,7 dieletric constant and a 0,015 loss tangent. Inittialy, was realized parametric analysis on HFSS software in power line size, linewidth and CPW, in order to find better values ensuring better input impedance and reflection coefficient. After the project with one patch, was realized many simulations in antennas with two, four and eight elements, respectively, in order to verify the operation of a Leaky-wave antenna, capable to change the radiation beam direction realizing a scan frequency. Same parametric analisys was realized in order to give a better antenna performance. After the results of $S_{11}$ parameter, input impedance, gain and directivity, it was possible to check that, with the addition of the elements, the antenna performance was superior to the previous ones, however, it was necessary to perform countless optimizations in order to find better values for the antenna.