Esse trabalho de pesquisa apresenta um estudo detalhado sobre guias de ondas integrados ao substrato (SIW) operando em frequências de micro-ondas com base na teoria de guias de ondas retangulares (RWG). O estudo sobre guias SIW associa equações apresentadas na literatura e utiliza simulações eletromagnéticas para desenvolver um procedimento de projeto bem definido. É considerada a integração entre guias SIW e linhas de transmissão de microfita, projetando-se transições entre essas duas estruturas com o propósito de prover casamento de impedância e de viabilizar a caracterização em frequências de micro-ondas. São apresentadas considerações sobre processos de fabricação de circuitos SIW em substratos constituídos por laminados de alta frequência. Uma vez estabelecidos os procedimentos de fabricação e os critérios de projeto, a tecnologia SIW é aplicada ao projeto de três guias de ondas SIW nas bandas S e X, que foram fabricados empregando laminados de alta-frequência. Foram projetados dois filtros SIW passa-faixa empregando cavidades ressonantes e postes metálicos indutivos. Os dois filtros operam na frequência central de 10,61 GHz, sendo que um deles tem banda de passagem de 7,5%e é de 3ª ordem e o outro filtro tem banda de passagem de 15%, sendo de 5ª ordem. Foram realizadas comparações entre o desempenho simulado e experimental das estruturas SIW projetadas. Os resultados de simulações eletromagnéticas e experimentais demonstraram boa concordância. Os projetos em tecnologia SIW apresentados neste trabalho de pesquisa possuem perdas de retorno melhores que 10 dB na banda de operação e perdas por inserção de 1,0 dB a 1,5 dB. É apresentada a análise da sensibilidade do desempenho dos guias de ondas e filtros SIW projetados a desvios dimensionais típicos do processo de fabricação por microfresagem mecânica. Com os resultados experimentais e de simulação foi possível validar os procedimentos de projeto e de fabricação de circuitos SIW operando em frequências de micro-ondas. / This research work presents a detailed study about substrate integrated waveguide (SIW) operating in microwave frequencies based on rectangular waveguides (RWG) theory. The study about SIW associates equations presented at the literature and uses electromagnetic simulations to develop a well-defined design procedure. Is considered the integration between substrate integrated waveguides and microstrip line, designing transitions between these two structures with the aim to provide impedance matching and make possible the characterization in microwave frequencies. Considerations are made about the manufacturing process of the SIW circuits on planar dielectric substrate. Once established a manufacturing process and a design procedure, the SIW technology is applied in three waveguides to operate in S and X bands. Was designed two band-pass filters with central frequency of 10,61 GHz, where one of them has band-pass of 7,5% and it is third order filter and the another one has band-pass of 15,0% and it is five order filter. Was made comparison between simulated results and experimental results for the all designed structures. The simulated results and the experimental results shown good agreement. The projects in SIW technology shown in this research work has return loss better than 10dB in the operation band and insertion loss between 1,0 dB and 1,5dB. Is shown a sensibility analysis of the waveguides and filters performance in SIW technology to evaluate the layout differences caused by manufacturing process. With the experimental results and simulation results was possible validate the design procedures and the manufacturing process of the SIW circuits operating in microwave frequencies.

Esse trabalho de pesquisa apresenta um estudo detalhado sobre guias de ondas integrados ao substrato (SIW) operando em frequências de micro-ondas com base na teoria de guias de ondas retangulares (RWG). O estudo sobre guias SIW associa equações apresentadas na literatura e utiliza simulações eletromagnéticas para desenvolver um procedimento de projeto bem definido. É considerada a integração entre guias SIW e linhas de transmissão de microfita, projetando-se transições entre essas duas estruturas com o propósito de prover casamento de impedância e de viabilizar a caracterização em frequências de micro-ondas. São apresentadas considerações sobre processos de fabricação de circuitos SIW em substratos constituídos por laminados de alta frequência. Uma vez estabelecidos os procedimentos de fabricação e os critérios de projeto, a tecnologia SIW é aplicada ao projeto de três guias de ondas SIW nas bandas S e X, que foram fabricados empregando laminados de alta-frequência. Foram projetados dois filtros SIW passa-faixa empregando cavidades ressonantes e postes metálicos indutivos. Os dois filtros operam na frequência central de 10,61 GHz, sendo que um deles tem banda de passagem de 7,5%e é de 3ª ordem e o outro filtro tem banda de passagem de 15%, sendo de 5ª ordem. Foram realizadas comparações entre o desempenho simulado e experimental das estruturas SIW projetadas. Os resultados de simulações eletromagnéticas e experimentais demonstraram boa concordância. Os projetos em tecnologia SIW apresentados neste trabalho de pesquisa possuem perdas de retorno melhores que 10 dB na banda de operação e perdas por inserção de 1,0 dB a 1,5 dB. É apresentada a análise da sensibilidade do desempenho dos guias de ondas e filtros SIW projetados a desvios dimensionais típicos do processo de fabricação por microfresagem mecânica. Com os resultados experimentais e de simulação foi possível validar os procedimentos de projeto e de fabricação de circuitos SIW operando em frequências de micro-ondas. / This research work presents a detailed study about substrate integrated waveguide (SIW) operating in microwave frequencies based on rectangular waveguides (RWG) theory. The study about SIW associates equations presented at the literature and uses electromagnetic simulations to develop a well-defined design procedure. Is considered the integration between substrate integrated waveguides and microstrip line, designing transitions between these two structures with the aim to provide impedance matching and make possible the characterization in microwave frequencies. Considerations are made about the manufacturing process of the SIW circuits on planar dielectric substrate. Once established a manufacturing process and a design procedure, the SIW technology is applied in three waveguides to operate in S and X bands. Was designed two band-pass filters with central frequency of 10,61 GHz, where one of them has band-pass of 7,5% and it is third order filter and the another one has band-pass of 15,0% and it is five order filter. Was made comparison between simulated results and experimental results for the all designed structures. The simulated results and the experimental results shown good agreement. The projects in SIW technology shown in this research work has return loss better than 10dB in the operation band and insertion loss between 1,0 dB and 1,5dB. Is shown a sensibility analysis of the waveguides and filters performance in SIW technology to evaluate the layout differences caused by manufacturing process. With the experimental results and simulation results was possible validate the design procedures and the manufacturing process of the SIW circuits operating in microwave frequencies.

[pt] Este trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de uma antena HAIA (Holographic Artificial Impedance Antenna) para potenciais aplicações em sistemas de satélites nas bandas X (8 - 12 GHz) e Ku (12 - 18 GHz), bem como na frequência de terahertz. Como prova de conceito, o protótipo é criado para operar na banda K (18 - 27 GHz), especificamente na frequência de 18,4 GHz. O HAIA é um tipo de antena com ondas vazadas, com um princípio operacional único para radiação de feixe controlado. Devido às suas amplas propriedades de radiação, o grau de liberdade do projeto nos permite explorar o comportamento de resposta da antena e diferentes parâmetros para sua modelagem são estudados. O projeto da antena obedece à teoria estabelecida para a radiação de ondas vazadas na conversão de uma onda de superfície para uma onda com vazamento, onde uma AIS (Artificial Impedance Surface) é caracterizada e distribuída em um substrato dielétrico usando o princípio holográfico desenvolvido no sistema óptico. A fim de minimizar as dimensões da antena, uma fonte planar é estudada para gerar uma onda de superfície e comparada com o desempenho da alimentação de onda de superfície convencional neste tipo de estrutura. Os diferentes projetos são avaliados para a conclusão do melhor resultado e comparados com outros trabalhos. O protótipo final é fabricado para testes experimentais, onde os resultados provam que a antena projetada responde às características modeladas, com uma boa concordância entre os resultados simulados e medidos. / [en] This work aims to present the development of a holographic artificial impedance antenna (HAIA) for potential applications in satellite systems in the X (8 - 12 GHz) and Ku (12 - 18 GHz) bands, as well as in the frequency of terahertz. As a proof of concept, the prototype is created to operate in the K (18 - 27 GHz) band, specifically at the design frequency of 18.4 GHz. HAIA is a kind of leaky-wave antenna (LWA) with a unique operating principle for controlled beam radiation. Due to their radiation characteristics are broad, and the degree of design freedom allows us to explore the antenna performance, different parameters are studied for modeling. The antenna design obeys the established theory for the leaky-wave radiation in the conversion of a surface wave into a leaky-wave, where an artificial impedance surface (AIS) is characterized and distributed on a dielectric substrate using the holographic principle developed in the optical system. In order to minimize the dimensions of the HAIA, a planar surface wave launcher is studied and compared with the performance of conventional surface wave feeding used in this type of structure. A series of designs are evaluated for the conclusion of the best result and compared with other works. The final prototype is manufactured for experimental tests, where the results show that the designed antenna responds to the modeled characteristics with a good agreement between the simulated and measured results.