Alcançar altas taxas de dados em comunicações sem fio é difícil. Altas taxas de dados para redes locais sem fio tornou-se comercialmente um sucesso por volta do ano de 2000. Redes de longa distância sem fio ainda são projetados e utilizados principalmente para serviços de voz em baixas taxas. Apesar de muitas tecnologias promissoras, a realidade de uma rede de área ampla que atenda muitos usuários com altas taxas de dados e largura de banda e consumo de energia razoáveis, além de uma boa cobertura e qualidade no serviço ainda é um desafio. O objetivo do IEEE 802.16 é projetar um sistema de comunicação sem fio para obter uma internet de banda larga para usuários móveis em uma área metropolitana. É importante perceber que o sistema WIMAX tem que enfrentar desafios semelhantes aos existentes sistemas celulares e seu desempenho eventual será delimitado pelas mesmas leis da física e da teoria da informação. Em muitas áreas da engenharia elétrica, tem-se direcionado atenção à miniaturização de componentes e equipamentos. Em particular, antenas não são exceções. Desde que Wheeler iniciou estudos sobre os limites fundamentais de miniaturização de antenas, o assunto tem sido discutido por muitos estudiosos e várias contribuições nesse sentido foram feitas desde então. Os avanços das últimas décadas na área de microeletrônica permitiram a miniaturização dos demais componentes empregados no desenvolvimento de equipamentos eletrônicos e disponibilizaram o uso de aparelhos compactos, leves e com diversas funcionalidades e aplicações comerciais. No entanto, ainda que a integração de circuitos seja uma realidade, a integração completa de um sistema de comunicação sem fio, incluindo a antena, é ainda um dos grandes desafios tecnológicos. No caso de antenas impressas procura-se continuamente desenvolver antenas que, além de compactas, apresentem maior largura de banda, ou operação em múltiplas bandas dada sua inerente característica de banda estreita em projetos convencionais. Neste trabalho, o foco está na miniaturização de antenas impressas através da aplicação de fractais. São apresentadas comparações entre antenas fractais quadradas de Minkowski e fractais triangulares de Koch. Inicialmente, antenas 6 impressas com geometrias convencionais quadradas e triangulares foram projetadas para ter a mesma frequência de ressonância. Depois disso, as estruturas fractais de Minkowski Island e Koch Loop foram implementadas nas antenas quadrada e triangular, respectivamente, até a terceira iteração. As frequências escolhidas foram as de 2,4 GHz, 3,5 GHz, 5,0 GHz e 5,8 GHz. Diversos protótipos foram construídos em dois substratos de permissividade diferentes, o FR-4 e o DUROID 5870. Para validar os resultados foram construídas antenas na frequência de 3,5 GHz para as geometrias quadrada e triangular e suas iterações fractais. A contribuição deste trabalho está na análise sobre as vantagens e desvantagens de cada uma das estruturas propostas. Dependendo dos requisitos de um projeto, a opção pode ser por antenas miniaturizadas com maior largura de banda, como normalmente acontece em alguns projetos comerciais. Entretanto, o interesse por bandas estreitas muitas vezes pode ser um requisito, principalmente para emprego militar, onde por vezes a máxima discrição na transmissão é uma exigência. Além disso, também foi feita uma análise sobre as geometrias que atingiram maior miniaturização. / Achieving high data rates in wireless communication is difficult. High data rates for wireless local area networks became commercially successful only around 2000. Wide area wireless networks are still designed and used primarily for low rate voice services. Despite many promising technologies, the reality of a wide area network that services many users at high data rates with reasonable bandwidth and power consumption, while maintaining high coverage and quality of service has not been achieved. The goal of the IEEE 802.16 was to design a wireless communication system processing to achieve a broadband internet for mobile users over a wide or metropolitan area. It is important to realize that WIMAX system have to confront similar challenges as existing cellular systems and their eventual performance will be bounded by the same laws of physics and information theory. In many areas of electrical engineering, miniaturization has been an important issue. Antennas are not an exception. After Wheeler initiated studies on the fundamental limits for miniaturization of antennas, this subject has been extensively discussed by several scholars and many contributions have been made. The advances of recent decades in the field of microelectronics enabled the miniaturization of components and provided the use of compact, lightweight, equipments with many features in commercial applications. Although circuit integration is a reality, the integration of a complete system, including its antenna, is still one of the major technological challenges. In the case of patch antennas, the search is for compact structures with increased bandwidth, due to the inherent narrowband characteristic of this type of antenna. In this work the focus is on a comparison between the Minkowski and the Koch Fractal Patch Antennas. Initially, patch antennas with conventional square and triangular geometries were simulated to present the same resonance frequency. After that, fractal Minkowski and Koch Island Loop antennas were implemented in the square and triangular geometries, respectively, to the third iteration. A comparison was made for two substrates of different permittivities FR-4 and DUROID 5870 at the frequencies of 2,4 GHz; 3,5 GHz; 5,0 GHz and 5,8 GHz. 8 Prototype antennas were built using FR-4 and DUROID 5870 to resonate at a frequency of 3,5 GHz to validate simulation results. The contribution of this work is the analysis of the advantages and disadvantages of each proposed fractal structure. According to the project requirements, the best option can be use a miniaturized antenna with a wider band, as in commercial projects. Particularly in military applications, a narrow band antenna can be a requirement, as sometimes maximum discretion in transmission is a paramount. An additional analysis was performed to verify which of the geometries fulfilled the miniaturization criteria of Hansen.

Alcançar altas taxas de dados em comunicações sem fio é difícil. Altas taxas de dados para redes locais sem fio tornou-se comercialmente um sucesso por volta do ano de 2000. Redes de longa distância sem fio ainda são projetados e utilizados principalmente para serviços de voz em baixas taxas. Apesar de muitas tecnologias promissoras, a realidade de uma rede de área ampla que atenda muitos usuários com altas taxas de dados e largura de banda e consumo de energia razoáveis, além de uma boa cobertura e qualidade no serviço ainda é um desafio. O objetivo do IEEE 802.16 é projetar um sistema de comunicação sem fio para obter uma internet de banda larga para usuários móveis em uma área metropolitana. É importante perceber que o sistema WIMAX tem que enfrentar desafios semelhantes aos existentes sistemas celulares e seu desempenho eventual será delimitado pelas mesmas leis da física e da teoria da informação. Em muitas áreas da engenharia elétrica, tem-se direcionado atenção à miniaturização de componentes e equipamentos. Em particular, antenas não são exceções. Desde que Wheeler iniciou estudos sobre os limites fundamentais de miniaturização de antenas, o assunto tem sido discutido por muitos estudiosos e várias contribuições nesse sentido foram feitas desde então. Os avanços das últimas décadas na área de microeletrônica permitiram a miniaturização dos demais componentes empregados no desenvolvimento de equipamentos eletrônicos e disponibilizaram o uso de aparelhos compactos, leves e com diversas funcionalidades e aplicações comerciais. No entanto, ainda que a integração de circuitos seja uma realidade, a integração completa de um sistema de comunicação sem fio, incluindo a antena, é ainda um dos grandes desafios tecnológicos. No caso de antenas impressas procura-se continuamente desenvolver antenas que, além de compactas, apresentem maior largura de banda, ou operação em múltiplas bandas dada sua inerente característica de banda estreita em projetos convencionais. Neste trabalho, o foco está na miniaturização de antenas impressas através da aplicação de fractais. São apresentadas comparações entre antenas fractais quadradas de Minkowski e fractais triangulares de Koch. Inicialmente, antenas 6 impressas com geometrias convencionais quadradas e triangulares foram projetadas para ter a mesma frequência de ressonância. Depois disso, as estruturas fractais de Minkowski Island e Koch Loop foram implementadas nas antenas quadrada e triangular, respectivamente, até a terceira iteração. As frequências escolhidas foram as de 2,4 GHz, 3,5 GHz, 5,0 GHz e 5,8 GHz. Diversos protótipos foram construídos em dois substratos de permissividade diferentes, o FR-4 e o DUROID 5870. Para validar os resultados foram construídas antenas na frequência de 3,5 GHz para as geometrias quadrada e triangular e suas iterações fractais. A contribuição deste trabalho está na análise sobre as vantagens e desvantagens de cada uma das estruturas propostas. Dependendo dos requisitos de um projeto, a opção pode ser por antenas miniaturizadas com maior largura de banda, como normalmente acontece em alguns projetos comerciais. Entretanto, o interesse por bandas estreitas muitas vezes pode ser um requisito, principalmente para emprego militar, onde por vezes a máxima discrição na transmissão é uma exigência. Além disso, também foi feita uma análise sobre as geometrias que atingiram maior miniaturização. / Achieving high data rates in wireless communication is difficult. High data rates for wireless local area networks became commercially successful only around 2000. Wide area wireless networks are still designed and used primarily for low rate voice services. Despite many promising technologies, the reality of a wide area network that services many users at high data rates with reasonable bandwidth and power consumption, while maintaining high coverage and quality of service has not been achieved. The goal of the IEEE 802.16 was to design a wireless communication system processing to achieve a broadband internet for mobile users over a wide or metropolitan area. It is important to realize that WIMAX system have to confront similar challenges as existing cellular systems and their eventual performance will be bounded by the same laws of physics and information theory. In many areas of electrical engineering, miniaturization has been an important issue. Antennas are not an exception. After Wheeler initiated studies on the fundamental limits for miniaturization of antennas, this subject has been extensively discussed by several scholars and many contributions have been made. The advances of recent decades in the field of microelectronics enabled the miniaturization of components and provided the use of compact, lightweight, equipments with many features in commercial applications. Although circuit integration is a reality, the integration of a complete system, including its antenna, is still one of the major technological challenges. In the case of patch antennas, the search is for compact structures with increased bandwidth, due to the inherent narrowband characteristic of this type of antenna. In this work the focus is on a comparison between the Minkowski and the Koch Fractal Patch Antennas. Initially, patch antennas with conventional square and triangular geometries were simulated to present the same resonance frequency. After that, fractal Minkowski and Koch Island Loop antennas were implemented in the square and triangular geometries, respectively, to the third iteration. A comparison was made for two substrates of different permittivities FR-4 and DUROID 5870 at the frequencies of 2,4 GHz; 3,5 GHz; 5,0 GHz and 5,8 GHz. 8 Prototype antennas were built using FR-4 and DUROID 5870 to resonate at a frequency of 3,5 GHz to validate simulation results. The contribution of this work is the analysis of the advantages and disadvantages of each proposed fractal structure. According to the project requirements, the best option can be use a miniaturized antenna with a wider band, as in commercial projects. Particularly in military applications, a narrow band antenna can be a requirement, as sometimes maximum discretion in transmission is a paramount. An additional analysis was performed to verify which of the geometries fulfilled the miniaturization criteria of Hansen.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarceloRS.pdf: 2073600 bytes, checksum: e2793a47da1f2a66e002106dee02b631 (MD5) Previous issue date: 2008-12-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The characteristic properties of the fractal geometry have shown to be very useful for the construction of filters, frequency selective surfaces, synchronized circuits and antennas, enabling optimized solutions in many different commercial uses at microwaves frequency band. The fractal geometry is included in the technology of the microwave communication systems due to some interesting properties to the fabrication of compact devices, with higher performance in terms of bandwidth, as well as multiband behavior. This work describes the design, fabrication and measurement procedures for the Koch quasi-fractal monopoles, with 1 and 2 iteration levels, in order to investigate the bandwidth behavior of planar antennas, from the use of quasi-fractal elements printed on their rectangular patches. The electromagnetic effect produced by the variation of the fractal iterations and the miniaturization of the structures is analyzed. Moreover, a parametric study is performed to verify the bandwidth behavior, not only at the return loss but also in terms of SWR. Experimental results were obtained through the accomplishment of measurements with the aid of a vetorial network analyzer and compared to simulations performed using the Ansoft HFSS software. Finally, some proposals for future works are presented / As propriedades ?nicas da geometria fractal t?m-se mostrado bastante ?teis para a constru??o de filtros, superf?cies seletivas em freq??ncia, circuitos sintonizados e antenas, possibilitando solu??es otimizadas para uma variedade de usos comerciais na faixa de microondas. A geometria fractal est? inclu?da na tecnologia dos sistemas de comunica??o por microondas devido a algumas propriedades interessantes para a fabrica??o de dispositivos compactos, com desempenho superior em termos de largura de banda, bem como, comportamento multibanda. Neste trabalho, descrevem-se os procedimentos para o projeto, constru??o e medi??o de monopolos quase-fractais de Koch, com n?veis 1 e 2, projetados para se investigar o efeito produzido na largura de banda de antenas planares, a partir da utiliza??o de estruturas quase-fractais nos seus patches retangulares. O efeito eletromagn?tico da varia??o do n?vel dos fractais, bem como, da miniaturiza??o das estruturas, foram avaliados. Tamb?m foram realizadas parametriza??es com o intuito de se verificar o comportamento da largura de banda, tanto para a perda de retorno quanto para o SWR. Os resultados foram obtidos atrav?s de medi??es realizadas por um analisador de redes vetorial e por meio de simula??es no Ansoft HFSS. Algumas propostas para trabalhos futuros foram citadas

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RobsonHCM.pdf: 3964230 bytes, checksum: b66d62a3ab0ff3d24888963581fbde31 (MD5) Previous issue date: 2009-08-12 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This work presents a theoretical and numerical analysis for the cascading of frequency selective surfaces, which uses rectangular patches and triangular Koch fractals as elements. Two cascading techniques are used to determine the transmission and reflection characteristics. Frequency selective surfaces includes a large area of Telecommunications and have been widely used due to its low cost, low weight and ability to integrate with others microwaves circuits. They re especially important in several applications, such as airplane, antennas systems, radomes, rockets, missiles, etc.. FSS applications in high frequency ranges have been investigated, as well as applications of cascading structures or multi-layer, and active FSS. Furthermore, the analyses uses the microwave circuit theory, with the Floquet harmonics, it allows to obtain the expressions of the scattering parameters of each structure and also of the composed structure of two or more FSS. In this work, numeric results are presented for the transmission characteristics. Comparisons are made with experimental results and simulated results using the commercial software Ansoft Designer? v3. Finally, some suggestions are presented for future works on this subject / Este trabalho apresenta uma an?lise te?rica e num?rica do cascateamento de superf?cies seletivas de frequ?ncia, que usa patches retangulares e fractais de Koch triangular como elementos. Para isto, s?o utilizadas duas t?cnicas de cascateamento, visando ? determina??o das caracter?sticas de transmiss?o e de reflex?o. Superf?cies seletivas de frequ?ncia abrangem uma grande ?rea das Telecomunica??es e t?m sido largamente utilizadas devido a seu baixo custo, peso reduzido e possibilidade de se integrar com outros circuitos de microondas. Elas s?o especialmente importantes em diversas aplica??es, como avi?es, sistemas de antenas, radomes, foguetes, m?sseis, etc. Aplica??es de FSS em faixas de freq??ncia elevadas t?m sido investigadas, assim como aplica??es destas estruturas em cascata ou multicamadas, e FSS ativas. Especificamente, as an?lises usam a teoria de circuitos de microondas, em conjunto com os harm?nicos de Floquet, permite a obten??o das express?es dos par?metros de espalhamento de cada estrutura e tamb?m da estrutura composta por duas ou mais FSS. Nesse trabalho, s?o apresentados resultados num?ricos para as caracter?sticas de transmiss?o. S?o feitas compara??es com resultados experimentais e tamb?m com resultados simulados utilizando o software comercial Ansoft Designer? v3. S?o apresentadas, ainda, sugest?es de continuidade do trabalho