Este trabalho é parte do estudo sobre antenas para GPS que vem sendo realizado no Laboratório de Antenas e Propagação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica, objetivando ampliar os conhecimentos na área de antenas de microfita circularmente polarizadas, para futuras aplicações em redes do tipo phased array. A parte que coube ao presente trabalho contempla a análise de uma rede circularmente polarizada com comutação de feixe e controle de nível de lóbulos secundários, para emprego em um pseudo-satélite GPS. Inicialmente é realizado um estudo para estabelecer o elemento irradiador que deverá compor a rede. Elementos linearmente polarizados, dispostos adequadamente em rede e com alimentação apropriada, são analisados. Além destes, elementos circularmente polarizados são também avaliados. Destes estudos conclui-se pela utilização do elemento quadrado com dupla alimentação. Definido o elemento, realiza-se o projeto do circuito alimentador visando estabelecer as correntes nos elementos irradiadores necessárias para gerar a irradiação circularmente polarizada para a direita. Uma vez estabelecida a estrutura irradiante, inicia-se o processo de síntese da rede através da técnica de multiplicação de diagramas. Como a aplicação desta técnica só é viável em situações particulares que não possibilitam prever o comportamento da irradiação na região traseira da rede, parte-se para realizar a simulação da rede com plano de terra finito. Entretanto, este procedimento mostra-se inviável frente à atual capacidade computacional do LAP. Para viabilizar os cálculos, um método alternativo, capaz de estimar o diagrama de irradiação da rede com plano de terra finito, é proposto. Testes são realizados com uma rede constituída por elementos com cantos truncados, disponível no LAP e desenvolvida em trabalhos anteriores, cujos resultados confirmam a adequação do método proposto. Comprovada a eficácia do método, a síntese da rede com comutação de feixe e controle de nível dos lóbulos secundários é realizada. O trabalho é finalizado com uma proposta para o sistema alimentador da rede sintetizada.

este trabalho são analisadas antenas de microfita retangulares, alimentadas por prova de corrente e moldadas sobre superfícies cilíndricas, utilizando-se o modelo da cavidade ressonante e a técnica da transformada dupla de Fourier. Inicialmente, expressões gerais para os campos irradiados por uma abertura eletromagnética em um cilindro perfeitamente condutor e de comprimento infinito são estabelecidas no domínio de Fourier. Formas assintóticas para os campos distantes são também determinadas empregando-se o método da fase estacionária. Os campos eletromagnéticos irradiados por uma antena de microfita retangular conformada sobre uma superfície cilíndrica são determinados usando-se um modelo equivalente constituído por uma rede de quatro fendas retangulares localizadas ao longo de sua circunferência. Diagramas de irradiação para os dois modos dominantes TM10 e TM01 são traçados e discutidos. Utilizando-se a formulação desenvolvida são determinadas expressões para o cálculo da impedância de entrada e da razão axial da onda irradiada pela antena. Equações para a síntese de antenas circularmente polarizadas são também estabelecidas. Um exemplo de aplicação é apresentado para o caso de uma antena operando em 2,25 GHz, que se encontra dentro da faixa alocada para telemetria de veículos espaciais. Em seguida apresenta-se a análise de redes de antenas moldadas em superfícies cilíndricas. O efeito do acoplamento entre duas antenas linearmente polarizadas é estudado através do cálculo da impedância mútua entre dois desses elementos. As expressões para os campos irradiados por redes de antenas conformadas são estabelecidas e diagramas de irradiação são traçados para várias configurações de redes circularmente polarizadas. Experimentos realizados na freqüência de 2,25 GHz são discutidos e seus resultados comparados com a teoria. São apresentadas medidas de impedância de entrada e de diagramas de irradiação para o caso de uma antena retangular circularmente polarizada moldada sobre uma superfície cilíndrica, verificando-se boa concordância entre resultados teóricos e experimentais. O projeto e a medida da impedância de entrada de duas redes circularmente polarizadas conformadas sobre uma superfície cilíndrica são descritos. Fotografias dos protótipos construídos são apresentadas ao longo do trabalho.

Nesse trabalho são avaliadas antenas impressas e de microfita, linearmente e circularmente polarizadas, objetivando empregá-las em sistemas de comunicações móveis. Contrapondo a tendência usual de se utilizar laminados de microondas importados de baixas perdas, porém excessivamente caros para os padrões nacionais, optou-se pela sua substituição, sempre que possível, por material mais barato e de fabricação nacional, porém com perdas acentuadas. Para viabilizar esta opção, problemas de engenharia, como o aumento da eficiência de irradiação em materiais com perdas elevadas e técnicas de compensação da reatância de entrada de antenas espessas alimentadas por pontas de prova coaxiais, tiveram que ser abordados. Como resultado, diversas antenas com desempenhos elétricos muito bons foram desenvolvidas. Inicialmente é estabelecida uma nova estratégia para o projeto de antenas de microfita linearmente polarizadas, excitadas por pontas de prova coaxiais. O modelo da linha de transmissão é utilizado na formalização desta estratégia. Em seguida é realizado um estudo, agora com auxílio do método da cavidade ressonante, da eficiência de irradiação dessas antenas, concluindo pela possibilidade de se construir irradiadores em substratos com perdas elevadas e eficiência de irradiação aceitável, desde que espessos. Este fato aumenta substancialmente a reatância indutiva da impedância de entrada de antenas linearmente polarizadas ou não. Para contornar esse problema, diversas soluções são consideradas. No caso de antenas circularmente polarizadas, o capacitor impresso com ranhura fractal e a geometria retangular com cantos truncados são duas importantes soluções. Esta última resolveu, de forma original, o problema relacionado ao casamento da antena espessa, que há muito vinha dificultando a sua utilização. Esta é, portanto, uma importante contribuição ao desenvolvimento de antenas espessas, sejam elas de baixo custo ou não. As antenas impressas também são analisadas para aplicações específicas do sistema GSM/GPRS. Monopolo impresso e rede Yagi-Uda destes elementos são avaliados. Em ambos os casos, a ênfase recai em estruturas faixa-larga. Resultados experimentais para diagramas de irradiação e impedâncias de entrada das antenas projetadas, são apresentados e discutidos. Aborda-se também um método de medição da eficiência de irradiação de antenas de microfita circularmente polarizadas.

Este trabalho aborda o estudo de redes de antenas de microfita que apresentam características de funcionamento específicas, como desempenho em largura de banda de impedâncias e razão axial, maiores que as habituais, além de baixos níveis de polarização cruzada e lóbulos laterais. Neste contexto, foram realizados projetos de redes, cujas características de funcionamento sugerem que as mesmas apresentam alto desempenho nos parâmetros considerados. Para levar a cabo tais projetos, são utilizadas técnicas de alargamento de banda de impedâncias, controle de nível de polarização cruzada e lóbulos laterais, bem como técnicas de geração de ondas circularmente polarizadas a partir de redes de elementos linearmente polarizados. Problemas, como a deterioração do comportamento dos diagramas com o aumento da largura de banda, comprometimento do nível de lóbulos laterais segundo a geometria da rede e definição de circuitos de alimentação que oferecesse maior estabilidade com a frequência, foram contornados através de técnicas, métodos e procedimentos, desenvolvidos ou aprimorados neste trabalho. Protótipos dos projetos realizados foram construídos e ensaiados, cujos resultados são analisados e comparados aos de simulação.

Estruturas com múltiplas camadas dielétricas cilíndricas concêntricas, excitadas por fontes de natureza elétrica, são analisadas neste trabalho. Utilizando a capacidade de cálculo simbólica do Mathematica, expressões fechadas para os campos eletromagnéticos transformados e respectivas funções de Green, são determinadas. A flexibilidade do procedimento empregado possibilita avaliar as expressões disponíveis na literatura em busca de possíveis erros. Um modelo circuital para a estrutura em análise é desenvolvido mostrando-se promissor no cálculo numérico de funções de Green transversais. Formas assintóticas dos campos eletromagnéticos distantes são estabelecidas e validadas através dos programas MCES e Cylindrical desenvolvidos. A degradação da razão axial de antenas circularmente polarizadas, ocasionada pelo raio de curvatura do cilindro, é compensada atuando-se nas amplitudes e fases das correntes de alimentação. Este procedimento, aplicado ao projeto de uma rede circunferencial de quatro antenas de microfita circularmente polarizadas, produz resultados concordantes com os simulados no HFSS. Seu circuito de alimentação, projetado no HFSS utilizando tecnologia de microfita e realizado com auxílio da matriz de Butler, é analisado detalhadamente. Diagramas de dipolo girante, simulados no MCES e no HFSS na condição estabelecida para as correntes de alimentação, pela matriz de Butler, estão em excelente concordância e apresentam o apontamento desejado. Exemplo de projeto de antena wraparound embutida no corpo do modelo do míssil Sparrow também é realizado. Efeitos das empenas e da posição da antena no diagrama de irradiação são analisados. Impedâncias de entrada de antenas de microfita cilíndricas são analisadas com auxílio do método dos momentos. Especial atenção é dedicada ao pré-tratamento analítico das funções de Green e à utilização de formas assintóticas no cálculo numérico das funções de Bessel-Hankel de pequenos e grandes argumentos. Resultados são condizentes com os simulados no HFSS e os obtidos experimentalmente. Protótipos construídos validam os projetos realizados. Modelo em escala é utilizado na medição em câmara anecóica dos diagramas de irradiação de uma antena para GPS posicionada sobre a fuselagem da aeronave EMB-120. Resultados experimentais estão em excelente concordância com os simulados no HFSS, Cylindrical e MCES.