Desenvolvimento de uma antena impressa sub-GHz encapsulada com dimensões reduzidas

• Autor(a) principal: Ribeiro, Maurício Carlotto
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNISINOS (RBDU Repositório Digital da Biblioteca da Unisinos)
• Texto Completo: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/10291
• topic: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Elétrica; Antena encapsulada; UHF; Fractal; Miniaturização; Internet das coisas; Sub-GHz; Antena impressa; Encapsulated antenna; Miniaturization; Internet of things; Printed antenna

Desde a realização da primeira efetiva comunicação entre dispositivos sem fios muitas tecnologias surgiram para atender os mais diversos mercados e oportunidades, o que tornou o termo “portátil” cada vez mais frequente e necessário entre o desenvolvimento de produtos. Neste percurso as antenas sempre estiveram presentes por serem parte essencial do conjunto que permite a transmissão e recepção de sinais. Contudo, as tecnologias utilizadas no desenvolvimento de antenas não acompanharam a mesma velocidade de evolução que os circuitos de RF (Rádio Frequência), que ficaram cada vez mais reduzidos. Desta forma, as antenas impressas começaram a receber maior importância por ser possível incluí-las ao restante do dispositivo sem ocupar uma área significativamente grande. Não obstante, se verifica que o desenvolvimento de rádios com antenas integradas representa uma proposta potencialmente viável no sentido de proporcionar em um único pacote a estrutura de comunicação sem fios pronta. Neste contexto, o presente trabalho visa o desenvolvimento de uma antena encapsulada de reduzidas dimensões para produtos destinados à Internet das Coisas, com foco em tecnologias que utilizam frequências sub-GHz. A proposta consiste em contornar as limitações físicas através de metodologias de miniaturização de antenas, de modo a produzir um modelo de antena impressa que possa ser encapsulada com o circuito ao qual faz parte. A primeira etapa do trabalho consistiu na avaliação de diferentes designs de antenas através de simulações eletromagnéticas, o que permitiu estabelecer as características elétricas destas e escolher aquela que apresenta melhor possibilidade de ser encapsulada e oferecer um bom desempenho. Duas metodologias de miniaturização foram escolhidas e testadas separadamente através de simulações: a utilização de substratos com alta constante dielétrica e a aplicação de geometrias Fractais. Os resultados de simulação demonstraram que a substituição de meandros comuns pela geometria Fractal do tipo Hilbert em uma Antena F invertida foi capaz de obter uma redução de até 44,45 % das dimensões originais, porém com algumas reduções pontuais de performance. Protótipos foram fabricados para avaliar os resultados obtidos em software, contudo, as medições mostraram incoerência com valores verificados em simulação. Desta forma, foi necessário ajustar as características dos protótipos através de ajustes físicos e da adição de redes de casamento, permitindo assim o alcance do desempenho esperado e até a melhora em algumas características. Avaliações de comunicação foram conduzidos com a utilização das antenas fabricadas e equipamentos de teste, os quais permitiram concluir que o processo de miniaturização permitiu o desenvolvimento de antenas V de reduzidas dimensões, inclusive artesanalmente encapsuladas, que são capazes de efetuar a transmissão e recepção de sinais de RF com sucesso.