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https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/7488
Tipo: | Trabalho de Conclusão de Curso |
metadata.dc.title: | Redes de antenas dielétricas ressoadoras de quarto de cilindro para operação nas bandas L e S |
Autor(es): | Paulena, Gabriel Pardinho |
Primeiro Orientador: | Heckler, Marcos Vinicio Thomas |
Coorientador: | Vieira, Juner M. |
Resumo: | Este trabalho apresenta o projeto e desenvolvimento de antenas dielétricas ressoadoras de quarto de cilindro para composição de duas redes planares de antenas: uma operando em Banda S, na frequência de 2,26 GHz, e outra operando em Banda L, na frequência de 1,575 GHz. O trabalho inicia-se com uma contextualização dos cenários a qual este projeto se aplica. Em seguida, uma revisão bibliográfica sobre os conceitos fundamentais de antenas, características de antenas dielétricas ressoadoras e os requisitos de antenas para o projeto CONASAT e GPS são abordados. No Capítulo 3, a aplicação de um método heurístico conhecido como Evolução Diferencial (DE) para otimização de uma rede linear de antenas de microfita é apresentada. Este método foi escolhido por ainda não ter sido amplamente empregado para otimização de redes de antenas, além de ser uma técnica não estudada no laboratório de Eletromagnetismo Micro-Ondas e Antenas (LEMA) da Universidade Federal do Pampa até o momento. Demonstra-se que a aplicação da DE foi eficaz para síntese de rede lineares de antenas, em que o lóbulo principal do diagrama de irradiação é apontado para uma direção desejada, enquanto o nível do lóbulos secundários permanecem abaixo de um limite pré-especificado. A fim de se obter uma geometria compacta, no Capítulo 4, técnicas de miniaturização são aplicadas para reduzir o tamanho físico da antena dielétrica ressoadora cilíndrica. A metodologia utilizada para o projeto das antenas consiste, inicialmente, em uma modelagem eletromagnética do elemento irradiante em simulador eletromagnético. Após aplicação e validação das técnicas de miniaturização da antena via simulação eletromagnética, obtém-se uma geometria compacta de quarto de cilindro. Para o projeto das antenas em Banda S e Banda L, verifica-se a necessidade da utilização de um elemento discreto no tôpo da antena, para garantir o casamento de impedância dessas estruturas. Esta técnica é analisada por meio de um estudo paramétrico que é empregado para encontrar os valores nominais dos componentes para obtenção do casamento de impedância. Após o projeto dos elementos simples, estes são utilizados para síntese de redes planares de antenas. Para a rede em Banda S, desenvolveu-se um sistema de alimentação baseado em híbridas em tecnologia stripline. No Capítulo 5, resultados experimentais referentes ao trabalho são apresentados. Um sistema de calibração tipo thru-reflect-line (TRL) é desenvolvido, para possibilitar a caracterização experimental dos indutores necessários para fabricação das antenas em Banda S e em Banda L. Por fim, protótipos das antenas dielétricas de quarto de cilindro são mostrados e os resultados experimentais são apresentados e discutidos. Como principal contribuição, este trabalho apresenta o projeto sistemático de antenas dielétricas de quarto de cilindro, incluindo seu emprego para sistemas de comunicação embarcados em nanossatélites. Palavras-chave: Antena Dielétrica Ressoadora, Redes de Antenas, Otimização, GPS, CONASAT. |
Abstract: | This work presents the design and development of quarter-cylinder dielectric resonator antennas to compose two planar antenna arrays: one operating in S-Band, at 2.26 GHz, and another operating in L-Band, at 1,575 GHz. The work begins with the description of the scenarios to which the presented designs can be applied. Then, a literature review on the fundamental concepts of antennas, characteristics of dielectric resonator antennas and on the requirements for the CONASAT and GPS systems are addressed. In Chapter 3, the application of a heuristic method known as differential evolution (DE) to optimize linear arrays of microstrip antennas is presented. This method was chosen because it has not been widely used for antenna array optimization yet. Also, the technique has not been studied in Laborat ́orio de Eletromagnetismo, Micro-Ondas e Antenas (LEMA) of Universidade Federal do Pampa up to now. It is demonstrated that the application of DE was effective for the synthesis of linear antenna array, in which the main lobe of the radiation pattern should point to a desired direction, while the side lobe level should be kept below a specified threshold. In order to obtain a compact geometry, in Chapter 4, miniaturization techniques are applied to reduce the physical size of the cylindrical dielectric resonator antenna. The methodology used for the design of the antennas consists, initially, on an electromagnetic modeling of the radiating element in an electromagnetic simulator. After application and validation of the antenna miniaturization techniques with simulations, a compact quarter-cylinder geometry is obtained. For the design of S-Band and L-Band antennas, the use of a discrete element at the top of the antenna has been investigated, to ensure the impedance matching. This technique is analyzed through a parametric study that is used to find the nominal values of the components that allow achieving proper impedance matching. The designed single elements are used to compose planar antenna arrays. For the S-Band array, a feeding system based on hybrids implemented in stripline technology was developed. In Chapter 5, experimental results concerning the work are presented. A thru-reflect-line (TRL) calibration kit is developed to enable the experimental characterization of the inductors needed to manufacture the S-Band and the L-Band antennas. Finally, prototypes of the quarter-cylinder dielectric resonator antennas are shown and the experimental results are presented and discussed. The main contribution of this work is the demonstration of the systematic design of a quarter-cylinder dielectric resonator antennas, including their use for communication systems installed onto nano-satellites. Key words: Dielectric Resonator Antennas, Antenna Array, Optimization, GPS, CONASAT. |
metadata.dc.subject: | Engenharia de telecomunicações Sistema de Posicionamento Global Antenas (Eletrônica) Telecomunication engeneering Antennas (Electronics) Global Positioning System |
CNPQ: | CNPQ::ENGENHARIAS |
Idioma: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
metadata.dc.publisher: | Universidade Federal do Pampa |
Sigla da Instituição: | UNIPAMPA |
Campus: | Campus Alegrete |
metadata.dc.identifier.citation: | PAULENA, Gabriel Pardinho. Redes de antenas dielétricas ressoadoras de quarto de cilindro para operação nas bandas L e S. Orientador: Marcos V.T. Heckler. 2022. 127p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Engenharia de Telecomunicações) - Universidade Federal do Pampa, Curso de Engenharia de Telecomunicações, Alegrete, 2022. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
metadata.dc.identifier.uri: | https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/7488 |
metadata.dc.date.issued: | 9-Aug-2022 |
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Gabriel_Paulena - 2022.pdf | 6.07 MB | Adobe PDF | ???org.dspace.app.webui.jsptag.ItemTag.view??? |
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