Arranjo de antenas reconfigurável para 5G utilizando metamateriais

• Autor(a) principal: ALVES, Andreia Aparecida de Castro
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)
• Texto Completo: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2210
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; 5G; Arranjo de antenas; Antenas reconfiguráveis; Metamateriais; Ondas milimétricas; Reconfigurável

Os dispositivos portáteis de quinta geração (5G) suportarão diversos serviços usando diferentes faixas de frequência, incluindo a segunda faixa de frequência (FR2), de 24,25 GHz a 52,60 GHz. O FR2 fornecerá altas taxas de dados, ≈2,15 Gbit/s para downlink e ≈2,37 Mbit/s para uplink, no entanto, a característica dispersiva dos canais, a complexidade na fabricação dos dispositivos e a alta perda na propagação no espaço livre, são alguns dos fatores limitantes dessa faixa de frequência. O desempenho da rede dependerá do uso de antenas de alto desempenho, dispositivos reconfiguráveis, custos reduzidos, entre outros aspectos. Esta tese apresenta um arranjo de antenas operando em ondas milimétricas, leve, de baixo custo (protótipo inicial no valor de ≈250 reais) e com reconfiguração de feixe em azimute e elevação. A principal inovação é a rede de alimentação eletricamente reconfigurável baseada em metamateriais com baixa perda de inserção, operação linear e número reduzido de estágios. Essa rede modifica a direção do feixe por meio da reconfiguração de fase sem interferir no desempenho do arranjo de antenas. Adicionalmente, uma técnica de elementos parasitas foi aplicada para melhorar a largura de faixa e o ganho do arranjo. O projeto baseia-se em cálculos analíticos e simulações numéricas conduzidas pelo software ANSYS HFSS. O desempenho do arranjo em termos de acoplamento mútuo foi investigado para avaliar a aplicabilidade da abordagem em sistemas de múltiplas antenas. A abordagem tem um tamanho total de 6×6 cm, compacto o suficiente para operar dentro de um aparelho de telefonia móvel. Todos os pré-requisitos estabelecidos de projeto foram alcançados, resultando em um arranjo de antenas com um ganho de 12,5 dBi, largura de faixa de 2,8 GHz, reconfigurabilidade do feixe de ≈20∘, tamanho total de 6x6 cm, lobos secundários abaixo de -10 dB e acoplamento mútuo de -50 dB.