Dissertação de Mestrado

Este trabalho aborda o desenvolvimento de antenas impressas de micro-ondas com banda larga de operação, projetadas para atender a especificações de sistemas modernos de comunicação sem fio. A teoria de antenas de microfita, juntamente com a busca por novas geometrias de radiadores para antenas impressas, resultou na proposição de três antenas originais, sendo: (1) antena monopolo com em formato cardioide; (2) uma antena Bow-Tie auto complementar usando radiadores gerados pelo fractal Ilha de Koch; e (3) antena monopolo com radiador com geometria fractal Triângulo de Sierpinski e curva de Koch aplicada ao plano terra. O processo de desenvolvimento das antenas propostas incluiu a seleção de equações para projeto das dimensões iniciais dos radiadores. Na sequência realizou-se análises paramétricas das antenas empregando simulação eletromagnética, cujos resultados foram então usados para definir as dimensões otimizadas das antenas considerando as bandas de operação especificadas para elas. Os resultados das análises paramétricas indicaram adicionalmente a presença de múltiplas de bandas de operação em duas das antenas propostas, e permitiram investigar como essas bandas se relacionam com as dimensões das antenas. Após a construção de protótipos, foram realizadas medições do coeficiente de reflexão e dos diagramas de radiação dos três modelos de antena propostos. Os dados experimentais foram gerados em câmara semi-anecoica por meio de medidas em campo distante. Os resultados simulados e experimentais apresentaram boa concordância entre si, validando o procedimento de projeto utilizado. A Antena Monopolo Cardioide Impressa demonstrou experimentalmente banda de operação de 2,94 a 26,5 GHz com coeficiente de reflexão de entrada menor que -8,6 dB. A Antena Bow-tie Auto-complemetar Ilha de Koch apresentou banda de operação de 3,25 a 9 GHz com coeficiente de reflexão menor que -8,4 dB. Foram projetadas duas versões da Antena Monopolo Triângulo De Sierpinski com Fractal de Koch no Plano Terra, sendo as bandas de impedância das versões da antena de 7,25 a 9,5 GHz e de 5 a 9,3 GHz com coeficientes de reflexão menor que -10 dB. As antenas desenvolvidas neste trabalho atendem de forma satisfatória às necessidades dos sistemas UWB e de outros sistemas de comunicação sem fio, podem ser adaptadas para atuar como antenas retificadoras para coleta de energia de RF, sendo uma contribuição ao campo de antenas impressas de micro-ondas.

This work addresses the development of printed microwave antennas with wide operational bandwidth, designed to meet the specifications of modern wireless communication systems. Microstrip antenna theory, combined with the search for new radiator geometries for printed antennas, led to the proposal of three original antennas: (1) a cardioid-shaped monopole antenna, (2) a self-complementary Bow-Tie antenna using Koch Island fractal radiators, and (3) a monopole antenna with a radiator featuring a Sierpinski Triangle fractal geometry and a Koch curve applied to the ground plane. The development process of the proposed antennas included selecting equations for the initial dimensions of the radiators. Subsequently, parametric analyses of the antennas were conducted using electromagnetic simulation, which results were used to define the optimized dimensions of the antennas according to their specified operational bands. Parametric analysis results additionally indicated the presence of multiple operational bands in two of the proposed antennas, allowing for investigation into how these bands relate to the antennas' dimensions. After prototyping, reflection coefficient measurements and radiation patterns of the three proposed antenna models were taken. Experimental data were obtained in a semi-anechoic chamber through far-field measurements. The simulated and experimental results showed good agreement, validating the design procedure used. The Cardioid Printed Monopole Antenna demonstrated an experimental operational bandwidth from 2.94 to 26.5 GHz with an input reflection coefficient below -8.6 dB. The Self-Complementary Bow-Tie Koch Island Antenna presented an operational bandwidth from 3.25 to 9 GHz with a reflection coefficient below -8.4 dB. Two versions of the Sierpinski Triangle Monopole Antenna with Koch Fractal Ground Plane were designed, with impedance bandwidths for these antenna versions ranging from 7.25 to 9.5 GHz and 5 to 9.3 GHz with an input reflection coefficient below -10 dB. The antennas developed in this work satisfactorily meet the needs of UWB systems and other wireless communication systems, can be adapted to act as rectifier antennas for RF energy harvesting, and are a contribution to the field of printed microwave antennas.