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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-07032017-151327
Document
Author
Full name
Marcus Grilo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Correra, Fatima Salete (President)
Bianchi, Ildefonso
Consonni, Denise
Pouzada, Eduardo Victor dos Santos
Trintinalia, Luiz Cezar
Title in Portuguese
Antenas têxteis de micro-ondas.
Keywords in Portuguese
Acoplamento por proximidade
Antenas
Banda dupla
Bandas ISM
Cavidade de um quarto de modo
Sistemas vestíveis
SIW
Tecnologia de micro-ondas
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, foram desenvolvidas antenas têxteis de micro-ondas para aplicação em sistemas vestíveis, operando nas bandas ISM de 2,45 GHz e 5,8 GHz. Foram compiladas informações sobre o estado da arte em antenas têxteis, sendo realizado um estudo sobre antenas planares de micro-ondas e técnicas de alimentação das mesmas. Foi feita uma prospecção dos processos de fabricação de antenas têxteis de micro-ondas, definindo-se o processo e materiais têxteis usados na construção das antenas desenvolvidas. Procedeu-se à caracterização do tecido usado como substrato das antenas determinando-se suas características eletromagnéticas, utilizadas no projeto das antenas. Foram desenvolvidas antenas de microfita com plaqueta retangular e alimentação por sonda coaxial, para banda ISM de 2,45 GHz. Investigou-se o efeito da espessura do substrato da antena, tendo-se obtido experimentalmente larguras de banda de 4,8% e 6,0% para substratos com 0,7 mm e 1,4 mm de espessura, respectivamente. Foi proposta uma antena de microfita alimentada via acoplamento por proximidade que integra um transformador de um quarto de comprimento de onda ao circuito de alimentação, resultando em alargamento de banda da antena. Essa configuração foi utilizada no projeto de quatro antenas, que demonstraram experimentalmente larguras de banda de 11,2%, 13,4%, 17,0% e 24,0%. Uma configuração de antena têxtil empregando cavidade de um quarto de modo foi proposta para operação em banda dupla, sendo a tecnologia de guia de ondas integrado ao substrato - SIW, empregada em sua fabricação. Foi desenvolvido um procedimento de projeto para essa antena, o qual foi aplicado ao projeto de uma antena de banda dupla para as faixas ISM e 2,45 GHz e 5,8 GHz. Os resultados experimentais demostraram operação em banda dupla, com largura da banda inferior de 9,3%, e largura da banda superior de 9,2%. A antena de cavidade de quarto de modo apresentou as vantagens de maior ganho e menores dimensões relativamente às antenas têxteis de microfita desenvolvidas. De forma geral, os resultados experimentais dos protótipos construídos apresentaram boa concordância com os resultados fornecidos por simulação, demonstrando que as configurações de antenas propostas atenderam a seus objetivos, e a efetividade dos procedimentos de projeto adotado.
Title in English
Textile microwave antennas.
Keywords in English
Coupling proximity
Dual band
ISM bands
Microwave
Quarter mode cavity
SIW
Textile antennas
Wearable systems
Abstract in English
In this work, textile microwave antennas for use in wearable systems operating at 2.45 GHz and 5.8 GHz ISM bands were developed. Information on the state of art in textile antennas were compiled, and a study on microwave planar antennas and feeding techniques was performed. Processes for manufacturing textile microwave antennas were presented, and the fabrication process and textile materials used in this work were defined. The electromagnetic characteristics of the fabric used as antenna substrate were experimentally obtained, and used in the antenna design. Microstrip antennas using rectangular patch and coaxial probe feed were designed to operate at the 2.45 GHz ISM band. The effect of the antenna substrate thickness on the antenna characteristics was investigated, and experimental bandwidths of 4,8% and 6% were demonstrated for antennas with 0.7 mm and 1.4 mm thick substrates, respectively. A microstrip antenna fed by proximity coupling, including a quarter wavelength transformer at the feeding circuit, was proposed, resulting in the widening of the antenna bandwidth. This configuration was used to design four antennas, which experimentally demonstrated bandwidths of 11.2%, 13.4%, 17.0% and 24.0%. A textile antenna configuration employing a fourth mode cavity was proposed for dual band operation. Substrate integrated waveguide technology - SIW, was used for the antenna manufacturing. A design procedure was developed for this antenna, which has been applied to the design of a dual band antenna for the 2.45 GHz and 5.8 GHz ISM bands. The experimental results of this antenna demonstrated dual band operation, with 9.3% bandwidth at the lower band and 9.2% bandwidth at the higher band. The quarter mode cavity antenna presented the advantages of increased gain and smaller area than the designed textile microstrip antennas. In general, the experimental results of the fabricated prototypes exhibited good agreement with the results provided by simulation, demonstrating that the textile antenna configurations proposed met their expected performance and validating the design procedures adopted.
 
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Publishing Date
2017-03-10
 
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