Projeto De Uma Antena De Microfita De Alto Ganho

Título Completo: Projeto De Uma Antena De Microfita De Alto Ganho Operando No Modo TM100 Para Aplicações Em 5G.

Orientado: José David Vargas de Melo Neto

Categoria: Antenas de microfita

Data de Conclusão: 2022

Link: Repositório UFU

Como já mencionado em posts anteriores, antenas de microfita são muito utilizadas em diversas aplicações dada sua versatilidade e facilidade de projeto, além de serem bem baratas. Pensando então em aplicações para a Quinta Geração de Telefonia Móvel (5G), o aluno José David desenvolveu uma antena de tal tipo com alto ganho.

Algo a se melhorar para as tecnologias atuais e futuras de internet móvel é a capacidade de transmissão de dados. Entretanto, uma grande barreira para um transporte efetivo de dados é a atenuação do espaço livre, causada por obstáculos como montanhas, prédios, e outros objetos. Para contornar esse problema, é possível aumentar o ganho das antenas utilizando algumas técnicas que serão mencionadas posteriormente.

Em qualquer projeto de antenas de microfita, e necessário que se saiba previamente a frequência a qual essa antena será projetada para operar, e para o 5G existem faixas de frequência diferentes de acordo com a velocidade de transmissão, como mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Faixas do 5G.

Fonte: Nokia, Modificado

Para esse caso, foi projetada uma antena na faixa de 3,5 GHz e formato retangular. A alimentação é feita por sonda coaxial, permitindo um melhor casamento de impedâncias e sendo uma forma mais simples de se alimentar a antena, como mostrado na Figura 2.

Figura 2 - Alimentação por sonda coaxial.

Fonte: O Autor.

A antena opera no modo TM100, o que significa que o campo elétrico propagado no substrato varia apenas na direção do eixo x, conforme visto na Figura 3, além de ser máximo nas extremidades do elemento ressonador.

Figura 3 - Dimensões da antena projetada.

Fonte: O Autor.

Um ponto importante é que antenas de microfita geralmente operam com ganhos abaixo de 8 dBi, e o ganho é uma função da diretividade da antena, que por sua vez mede a capacidade de concentração de energia em determinada direção do espaço. Sendo assim, a solução adotada como forma de melhorar a diretividade e consequentemente o ganho foi adicionar 4 pinos metálicos colocados simetricamente nas duas diagonais do ressonador, conforme mostrado na Figura 4, o que cria um curto-circuito com o plano terra.

Figura 4 - Antena com a adição dos 4 pinos metálicos simétricos.

Fonte: O Autor.

Com o trabalho, foi possível verificar que a adição dos pinos deslocou a frequência de ressonância para valores superiores, possibilitando que uma antena que seja projetada em uma frequência menor opere de fato numa frequência mais elevada, além de aumentar o ganho da antena dos 8 dBi máximos para valores de até 10,14 dBi para a frequência de 3,5 GHz, e sem comprometer a largura de banda.