Doz ve Zaman İnteraksiyonu

Para uma melhor compreensão foram construídos dois protótipos de antena, sendo uma cilíndrica retangular e outra cilíndrica circular, tipo anel. O substrato utilizado é o ULTRALAM® 3850, da Rogers Corporation, que tem permissividade

48 elétrica relativa = 2,9, uma espessura de 0,05 mm e uma tangente de perda, δ = 0,0025.

Tendo em vista as considerações feitas por [2,23], em relação à utilização do modelo desenvolvido para as antenas planares também ser utilizado como uma aproximação para as cilíndricas, pois as frequências de ressonância não diferem substancialmente, então foram utilizadas: a equação (4.1), o método LTT e o programa

Ansoft Design para modelar uma antena retangular cilíndrica para operar na frequência

de 2,29 GHz. As dimensões modeladas foram aproximadamente: 2l = 38 mm por w = 39

mm e o ponto de alimentação localizada em z = -13 mm e φ 14 mm, como visualizado

na figura 6.1:

Figura 6.1 - Geometria da antena retangular de comprimento 2l e largura w e o ponto de alimentação definida pela intercessão entre z e φ.

Para a simulação da antena retangular cilíndrica foi projetado no HFSS™ o protótipo da antena conforme apresentado na Figura 6.2.

49 A figura 6.3 apresenta o protótipo da antena retangular cilíndrica que foi construído utilizando-se uma chapa de alumínio de 14,5 cm de largura, apoximadamente, 32 cm de comprimento, 1 mm de espessura e um raio de, aproximadamente, 5 cm. Para o ponto de alimentação utilizou-se um conector SMA nas duas extremidades e um cabo microondas flexível.

Figura 6.3 – Protótipo da Antena Retangular Cilíndrica.

As medições foram realizadas no Laboratório de Telecomunicações da UFRN, através dos analisadores de rede vetorial disponíveis, dentre os quais destacamos o ZVB

14 Vector Network Analyzer da Rodhe & Schwar e o E5071C ENA da Agilent

50 Figura 6.4 – Medições realizadas pelo analisador de rede vetorial E5071C.

A figura 6.5 apresenta o resultado da medição do coeficiente de reflexão (S11) da

antena retangular cilíndrica na faixa de frequência de 1 a 5 GHz. Analisando os resultados obtidos observa-se uma boa ressonância na frequência de 2,293 GHz a um nível de -18,20 dB.

51 Com os dados apresentados, a antena atingiu o objetivo deste trabalho, no que se refere a sua utilização em telemetria, ou seja, 2,29 GHz, dentro da Banda S.

Fazendo um comparativo com o simulado no HFSS™ temos uma aproximação muito boa do coeficiente de reflexão, pois o resultado é 2,2946 GHz a um nível de - 16,9340 dB, conforme ilustrado na figura 6.6:

Figura 6.6 – Resultado do coeficiente de reflexão (S11) no HFSS™. Através do HFSS foi simulado o ganho, em 3D, na frequência de 2,29 GHz.

52 A figura 6.8 apresenta o resultado da medição da curva de impedância de entrada na carta de Smith para a frequência de 2,293 GHz na faixa de frequência de 1 a 5 GHz.

Figura 6.8 – Resultado da medição da impedância de entrada na carta de Smith. De acordo com a figura 6.8 temos a impedância de entrada na carta de Smith com uma resposta de 47,3 – j 2,81 Ω, ou seja, uma antena com uma resposta próxima de 50 Ω, facilitando um bom casamento de impedância.

Outro ponto de interesse neste capítulo é a frequência de 2,5 GHz, após alguns ajustes no ponto de alimentação foram realizadas duas medições e a simulação no HFSS™ e feito um comparativo, conforme apresentado na figura 6.9.

53 Figura 6.9 – Comparativo da medição do coeficiente de reflexão (S11), entre o Simulado no

HFSS™ e as Medições.

Observa-se na figura 6.9 que o valor simulado no HFSS™ apresentou uma ressonância na frequência de 2,51 GHz a um nível de -11,31 dB, a primeira medição em 2,53 GHz e um nível de -14,41 dB e a segunda medição 2,585 GHz a um nível de - 25,32 dB, ou seja, uma boa aproximação dos resultados medidos com o simulado.

Figura 6.10 – Diagrama de Radiação para a frequência de 2,5 GHz em Phi = 0º e Phi = 90º.

-14.00 -8.00 -2.00 4.00 90 60 30 0 -30 -60 -90 -120 -150 -180 150 120

Ansoft LLC Radiation Pattern 3 HFSSDesign1 ANSOFT

Curve Info dB(GainTotal) Setup1 : LastAdaptive Freq='2.5GHz' Phi='0deg' dB(GainTotal) Setup1 : LastAdaptive Freq='2.5GHz' Phi='90deg'

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6.3. Antena Cilíndrica Circular

A antena cilíndrica circular foi construída com o mesmo substrato utilizado na antena retangular (ULTRALAM® 3850) e as dimensões modeladas foram: 2l = 39,1 mm, 32 cm de comprimento e o ponto de alimentação foi ajustado para, aproximadamente, z = -10 mm, como visualizado abaixo.

Figura 6.11 - Antena cilíndrica circular.

Para a simulação da antena cilíndrica circular foi projetado no HFSS™ o protótipo da antena conforme apresentado na Figura 6.12.

55 A figura 6.13 apresenta a medição do protótipo apresentado acima, sendo que a frequência de ressonância obtida foi 2,890 GHz e um nível de -32,649 dB, dentro da faixa de frequência para uso em telemetria.

Figura 6.13 – Resultado do coeficiente de reflexão (S11) da antena cilíndrica circular.

A figura 6.14 demonstra a curva de impedância de entrada na carta de Smith com uma resposta de 48,641 – j 2,3204 Ω, apresentando uma boa resposta de impedância, próxima de 50 Ω.

56 Figura 6.14 – Resultado da medição da impedância de entrada na carta de Smith para

antena cilíndrica circular para uma frequência de 2,89 GHz.

A Figura abaixo ilustra a distribuição do campo elétrico na antena cilíndrica circular, em Volt por metro.

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6.4. Conclusão

Neste capítulo foram apresentadas duas antenas, sendo uma retangular cilíndrica e outra cilíndrica circular, tipo anel, que tem como objetivo a aplicação em estruturas cilíndricas, como foguetes, mísseis e outras.

A faixa de frequência de interesse é a Banda S que variam de 2 a 4 GHz e para validar este trabalho as frequências obtidas nos dois protótipos estiveram dentro da mesma.

O material utilizado no substrato foi o ULTRALAM® 3850, da Rogers

Corporation, que possui uma permissividade elétrica relativa ( r1) = 2,9, uma espessura

(h) = 0,05 mm e uma tangente de perda, = 0,0025.

Para a confecção dos protótipos foram utilizados os dados fornecidos pelo Método de Linha de Transmissão Transversa retangular

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CAPÍTULO 7

CONCLUSÕES

Nesta dissertação foram apresentadas as análises teóricas desenvolvidas através do método da Linha de Transmissão Transversa – LTT no domínio da transformada de Fourier em conjunto com o método de Galerkin, em que foram usadas as funções de base adequadas à estrutura cilíndrica.

Realizou-se neste trabalho um estudo das aplicações do modelo da cavidade, para a obtenção da frequência de ressonância.

Os resultados dos cálculos numérico-computacionais e gráficos comparativos foram obtidos pela utilização de programas Fortran Power Station, Scilab e o Wolfram

Mathematica®.

As simulações, os coeficientes de reflexão, os diagramas de radiação das antenas retangulares cilíndricas e cilíndricas circulares, tipo anel, foram feitas através do programa HFSS™ (High Frequency Structural Simulator), validando os resultados

medidos.

As medições realizadas nas antenas cilíndricas atenderam o objetivo deste trabalho, no que se refere a sua utilização na Banda S para a utilização em telemetria e outras aplicações.

Como continuidade deste trabalho, sugere-se a determinação dos seguintes parâmetros:

 Diagrama de irradiação e largura de banda.

 Conclusão da frequência de ressonância utilizando o Método da Linha de Transmissão Transversa.

 Desenvolvimento do software para a obtenção da frequência de ressonância nas estruturas cilíndricas.

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