Metamateriais dielétricos foram utilizados na última década para a produção de dispositivos na área de micro-ondas e ondas milimétricas, incluindo pesquisa e produção de lentes dielétricas, dispositivos de transição entre seções e absorvedores. Na área de circuitos, esses materiais são explorados para a produção de substratos para filtros, acopladores, divisores, ou qualquer circuito que necessite de variação da constante dielétrica (r) do substrato. As técnicas atuais de construção de metamateriais dielétricos incluem a combinação de materiais com r distintos, com grandes variações nos valores de r ao longo do substrato. A produção de substratos com espaços vazios, como furos, também permite variar o gradiente dielétrico do material de forma gradual. Em tecnologias de manufatura aditiva, como a impressão 3D, diversos estudos relataram a produção de metamateriais dielétricos com intercalação de ar, através de padrões hachurados. Este trabalho propõe uma nova técnica envolvendo processos de impressão 3D, que são capazes de misturar materiais com r diferentes. Com isso, é possível produzir gradientes dielétricos sólidos sem a presença de furos, fornecendo uma nova abordagem para a produção deste tipo de dispositivo. Para confirmar a funcionalidade da técnica, foi produzida uma lente dielétrica com ação focalizadora, com ganhos de até 1,98 dBi em campo distante. Este trabalho também demonstrou que é possível incluir as geometrias internas para produzir fenômenos físicos de difração, refração e reflexão semelhantes aos produzidos pelas geometrias externas na forma de padrões internos, que podem ser incluídos como parâmetros de design no desenvolvimento de dispositivos de RF. Foi desenvolvido um protótipo de um absorvedor que utilizou um conjunto interno de geometrias com fractais. O protótipo foi medido e apresentou resultados compatíveis com sua versão sólida, utilizando uma menor quantidade de material na sua construção e com absorções superiores a 99,9% em diversas frequências. Neste trabalho foi explorado como filamentos condutivos podem ser utilizados na produção de protótipos de dispositivos construídos a partir de técnicas de impressão 3D. Circuitos de transferência de energia podem ser explorados utilizando-se as técnicas desenvolvidas nesta pesquisa. Um circuito de transferência capacitiva de energia foi modelado, seu protótipo foi impresso e suas propriedades de transferência de energia foram analisadas. Foi identificado que a transferência de energia capacitiva pode ser conseguida utilizando-se apenas de materiais e tecnologias de impressão 3D. O trabalho finaliza apresentando novas oportunidades de pesquisa utilizando as técnicas desenvolvidas no trabalho.

Dielectric metamaterials have been used in the last decade for the production of devices in the microwave and millimeter wave area, including research and production of dielectric lenses, transition devices between sections and absorbers. In the area of circuits, these materials are explored for the production of substrates for filters, couplers, dividers, or any circuit that requires variation of the dielectric constant (r) of the substrate. Current techniques for building dielectric metamaterials include the combination of materials with distinct r with large variations in the values of r along the substrate. The production of substrates with voids, such as holes, also allows the dielectric gradient of the material to be varied gradually. In additive manufacturing technologies, such as 3D printing, several studies have reported the production of dielectric metamaterials with air intercalation, through hatching patterns. This work proposes a new technique involving 3D printing processes, which are able to mix materials with different r. With this, it is possible to produce solid dielectric gradients without the presence of holes, providing a new approach for the production of this type of device. To confirm the functionality of the technique, a dielectric lens with a focusing action was produced, with gains of up to 1.98 dBi in the far field. This work also demonstrated that it is possible to include internal geometries to produce physical phenomena of diffraction, refraction and reflection similar to those produced by external geometries in the form of internal patterns, which can be included as design parameters in the development of RF devices. A prototype of an absorber was developed that used an internal set of geometries with fractals. The prototype was measured and showed results compatible with its solid version, using a smaller amount of material in its construction and with absorptions greater than 99.9% at different frequencies. In this work, it was explored how conductive filaments can be used in the production of prototype devices built using 3D printing techniques. Energy transfer circuits can be explored using the techniques developed in this research. A capacitive energy transfer circuit was modeled, its prototype was printed and its energy transfer properties were analyzed. It has been identified that capacitive energy transfer can be achieved using only 3D printing materials and technologies. The work ends by presenting new research opportunities using the techniques developed in the work.