Marka farkındalığı

Esta seção apresenta resultados de uma nova proposta de FSS desenvolvida neste trabalho. As novas estruturas consistem em um arranjo formado pela junção de dois elementos de patches na mesma célula unitária; uma espira quadrada e um dipolo cruzado foram acoplados e as novas estruturas criadas foram denominadas FSSs de Espira Cruzada. Tais estruturas foram desenvolvidas com o objetivo de aumentar a

largura de banda apresentada por arranjos periódicos de espiras quadradas e/ou dipolos cruzados, quando analisados separadamente.

Geralmente, as superfícies seletivas de frequência apresentam pequena largura de banda, sendo necessária a otimização das estruturas para aplicações que requeiram larguras de banda maiores. Existem basicamente duas formas de se conseguir isso: i) usar duas ou mais superfícies seletivas em cascata, uma após a outra sem camada dielétrica; ii) usar camadas dielétricas entre as superfícies, formando estruturas híbridas (MUNK, 2000).

Para a nova proposta, o arranjo de FSS de espiras cruzadas é impresso no substrato dielétrico de fibra de vidro para analisar o comportamento em frequência, com ênfase na largura de banda das estruturas. Os resultados simulados foram obtidos

através do Ansoft DesignerTM e alguns protótipos foram construídos para medição e

validação do estudo proposto.

Os arranjos de espiras cruzadas apresentam características de filtros rejeita-faixa, refletindo as ondas eletromagnéticas neles incidentes. As dimensões dos elementos de dipolo cruzado e espira quadrada utilizados são mostradas nas Figs. 5.12 e 5.14, respectivamente. As dimensões das células unitárias são as mesmas para os dois

elementos (tx = ty = 15 mm). O dipolo cruzado foi projetado para a frequência de 10

GHz (Fig. 5.13) e a espira quadrada para operar no intervalo de 6 GHz a 9 GHz, dependendo do seu comprimento l (em mm). Cada variação de l é, portanto, responsável pela obtenção de uma frequência de ressonância e, consequentemente, uma largura de banda diferente. Por fim, a configuração de um elemento de patch do tipo espira cruzada é mostrado na Fig. 5.15.

Fig. 5.13. Coeficiente de transmissão em dB para a FSS de dipolo cruzado com fr = 10 GHz.

Fig. 5.14. Célula unitária da FSS de espira quadrada utilizada.

Fig. 5.15. Célula unitária da FSS de espira cruzada desenvolvida.

A Fig. 5.16 mostra o comportamento do coeficiente de transmissão para as FSSs de espiras quadradas, com frequências variando de 6 GHz a 9 GHz, em função do

comprimento l. Pode-se observar que os parâmetros eletromagnéticos analisados (fr e

BW) são inversamente proporcionais ao parâmetro geométrico l. Consequentemente, um

aumento nas dimensões das aberturas das espiras implica na redução da frequência de ressonância e largura de banda apresentadas pelas estruturas, conforme mostrado na Tab. 5.3.

Fig. 5.16. Coeficientes de transmissão em dB para as FSSs de espiras quadradas, em função de l.

Tab. 5.3. Valores de frequência e largura de banda, obtidos com as FSSs de espiras quadradas.

Comprimento l (mm) fr (GHz) BW (GHz) BW (%)

6,25 8,97 4,07 45,37

7,00 8,06 3,51 43,55

8,00 7,01 2,89 41,23

9,00 6,16 2,36 38,31

A Fig. 5.17 apresenta simulações dos coeficientes de transmissão para as novas estruturas de FSS desenvolvidas (Fig. 5.15), também em função do comprimento l. Novamente, a variação do parâmetro l é responsável por uma variação na frequência de operação e largura de banda das estruturas. Observa-se que, em relação aos resultados da Fig. 5.16 (referentes às espiras quadradas), a junção dipolo cruzado + espira quadrada permite um aumento considerável na largura de banda apresentada (cerca de 10% maior), tornando as espiras cruzadas estruturas típicas de aplicações UWB. A Tab. 5.4 mostra os valores obtidos para a frequência de ressonância e largura de banda com as novas estruturas.

Fig. 5.17. Coeficientes de transmissão em dB para as FSSs de espiras cruzadas, em função de l. Tab. 5.4. Valores de frequência e largura de banda, obtidos com as FSSs de espiras cruzadas.

Comprimento l (mm) fr (GHz) BW (GHz) BW (%)

6,25 12,55 6,58 52,43

7,00 11,35 6,12 53,92

8,00 10,15 5,42 53,40

9,00 9,12 4,78 52,41

Dois protótipos de FSS de espiras cruzadas foram construídos para medição e validação dos resultados simulados. Cada arranjo consiste em uma placa com 20 cm de altura por 15 cm de largura. A Fig. 5.18 mostra uma fotografia das duas FSSs fabricadas. A largura e o comprimento do dipolo cruzado foram mantidos (W = 0,9 mm e L = 9 mm).

Os resultados das medições com os dois protótipos são apresentados na Fig. 5.19, na qual se pode observar uma boa concordância entre os resultados medidos e simulados. A Tab. 5.5 mostra uma comparação entre os valores medidos e simulados de frequência de ressonância e largura de banda, obtidos com as novas estruturas.

Fig. 5.18. Fotografia dos dois protótipos de FSS de espiras cruzadas fabricados: a) l = 6,25 mm; b) l = 9 mm.

Fig. 5.19. Comparação entre os resultados medidos e simulados do coeficiente de transmissão em dB, para as duas FSSs fabricadas.

Tab. 5.5. Valores de frequência e largura de banda, medidos e simulados com as duas FSSs fabricadas.

l (mm) fr (GHz) BW (GHz) BW (%) 6,25 (medido) 11,77 6,00 50,97 6,25 (simulado) 12,55 6,58 52,43 9,00 (medido) 9,37 4,05 43,22 9,00 (simulado) 9,12 4,78 52,41

Como pode ser visto na Fig. 5.13, a FSS de dipolo cruzado, projetada para ressoar em 10 GHz, apresenta uma pequena largura de banda (0,56 GHz; cerca de

5,6%). Para fins de otimização, foram realizadas variações na largura do dipolo (W) e projetadas novas estruturas de FSSs de espira cruzada, com base nesta modificação. Os resultados são mostrados na Fig. 5.20. Pode-se observar que, para uma mesma estrutura (l = 6,25 mm), a variação da largura do dipolo também proporciona um aumento considerável na largura de banda apresentada. Os valores de frequência de ressonância e largura de banda são diretamente proporcionais ao parâmetro geométrico, neste caso, e são mostrados na Tab. 5.6.

Fig. 5.20. Coeficientes de transmissão em dB para as FSSs de espiras cruzadas, em função de W. Tab. 5.6. Valores de frequência de ressonância e largura de banda, obtidos com as FSSs de espiras

cruzadas, em função de W. W (mm) fr (GHz) BW (GHz) BW (%) 0,90 12,29 6,45 52,48 1,10 12,54 6,49 51,75 1,30 12,80 6,50 50,78 1,50 13,13 7,63 58,11 2,00 13,66 8,08 59,15

Pelos resultados mostrados nesta seção, confirmou-se que o uso do patch composto em uma mesma célula possibilita um aumento significativo na largura de banda apresentada pelas FSSs. Isto permite concluir que foi proposta uma forma simples de análise e obtenção de estruturas seletivas em frequência que apresentam curvas de ressonância favoráveis a aplicações UWB.

Os resultados medidos validaram a nova proposta, de acordo com a boa concordância apresentada entre estes resultados e as simulações. As variações dos parâmetros l e W transformou-se em uma solução atrativa para o ajuste da frequência de ressonância e da largura de banda apresentada pelas novas estruturas. Estes parâmetros devem ser levados em consideração, portanto, nas especificações de projetos de filtros rejeita-faixa com características de banda ultralarga.

5.3. Caracterização de Filtros em Linhas de Microfita com