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Previous issue date: 2014-09-08 / Neste trabalho, são apresentadas diferentes técnicas que possibilitam a obtenção de característica dupla-faixa para antenas de microfita especificamente voltadas para aplicações em estações rádio-base de telefonia móvel celular no Brasil. As faixas de frequência de interesse encontram-se no intervalo de 0,824 GHz a 0,960 GHz para a banda inferior e 1,710 GHz a 2,165 GHz para a banda superior. Além de atender as especificações técnicas de faixa de passagem, devem ser atendidos os requisitos de coeficiente de reflexão, polarização,
ganho, largura de feixe de irradiação e impedância de entrada na faixa de interesse. Primeiramente, para obtenção de antenas de microfita com característica multibanda, descreve-se a técnica em que são dispostas fendas nos elementos irradiadores, onde são estudadas três topologias de antenas, explicando-se os princípios de funcionamento e destacando-se as particularidades de cada geometria. As três antenas são analisadas e projetadas com o auxílio do software comercial de simulação eletromagnética Ansoft Designer ® , visando levantar os parâmetros elétricos através de diversos estudos paramétricos em função da variação das dimensões das antenas para compreender melhor o comportamento de cada estrutura simulada. A antena com elemento irradiador em forma de H foi a única que cumpriu os requisitos em termos de faixa de passagem e diagramas de irradiação para operação em sistemas de telefonia móvel celular. No entanto, esta geometria resultou em dimensões físicas consideráveis, pois necessita da utilização de múltiplas camadas dielétricas, acarretando em um protótipo de volume considerável e de elevado custo de produção. Outra técnica estudada foi a sobreposição de elementos irradiadores, porém a mesma não é
investigada detalhadamente em função de o custo de produção da antena ser mais elevado em comparação a topologias coplanares.
Em seguida, uma técnica com irradiadores em fenda anelar e dupla alimentação é proposta. A antena é projetada considerando-se duas portas independentes, uma para cada banda de operação, formando uma antena de dois acessos altamente isolados. Simulações com
o software HFSS TM mostraram que é possível satisfazer as especificações para operação em estações rádio-base de telefonia móvel celular. A grande vantagem desta estrutura é a possibilidade de utilização de apenas um laminado de micro-ondas, o que reduz o custo de produção em comparação a outras topologias. Protótipos foram construídos e caracterizados experimentalmente para validar o projeto realizado no simulador eletromagnético. Constatou-se a presença de discrepâncias entre os resultados simulados e medidos. Após simulações paramétricas, verificou-se que o processo de construção alterou a geometria do protótipo em relação ao modelo de simulação. Após a inclusão das imperfeições do processo construtivo no modelo, foi possível estimar as mudanças necessárias no protótipo. Após os devidos ajustes realizados em bancada, os resultados medidos exibiram boa concordância com a previsão
teórica. Por fim, realizou-se um estudo de viabilidade da utilização da antena em fenda anelar dupla-faixa para composição de uma rede de antenas para estações rádio-base. A análise teve como principal objetivo verificar a possibilidade de síntese de diagramas de irradiação em forma de cossecante ao quadrado em ambas as bandas de operação. Excelente resultado foi obtido para a banda inferior, enquanto que algumas limitações foram encontradas na banda superior. / In this work we present different techniques for achieving the dual-band feature for microstrip antennas aimed to be used in the mobile communication base stations of Brazil. The focused frequency range for lower and higher bands is in the 0.824-0.960 GHz and 1.710-2.165 GHz intervals, respectively. In addition to comply with the technical
specifications, the solution is also supposed to meet the requirements of return loss, polarization, gain, beamwidth radiation and input impedance in the focused frequency range. Initially, in order to obtain microstrip antennas with dual-band characteristic, we describe the technique in which slots are placed in the irradiating elements. Three antenna topologies are analyzed in its operation principles, emphasizing the particularities of each geometry. The antennas are designed with support of Ansoft Designer ® , a commercial software that simulates electromagnetic features, in order to find out the electrical parameters through parametric studies and to better understand the behavior of each simulated structure. These studies considered the variation in the dimensions of antennas. The H-shaped microstrip antenna was the only one able to fulfill the requirements of
bandwidth and irradiation diagrams for operation in mobile communication. However, this geometry originated an antenna of considerable physical dimensions, because it requires the
use of multiple dielectric layers, resulting in a prototype of considerable volume and high production cost. Another technique studied was the stacking of irradiating elements. However it isn’t
investigated in detail because of the production cost of the antenna, which is higher than the ones of coplanar topologies. After all that, we propose a technique based in annular-slot antennas and double feed.
The antenna is designed considering two independent ports, one for each band of operation, making an antenna of two highly insulated accesses. Simulations by the HFSS TM software have shown that it’s possible to comply with the specifications for operation in base stations
of the mobile communication. The biggest advantage of this structure over other topologies is that it may be made of only one microwave laminate, reducing the production cost. Prototypes were built and measured to validate the design in the electromagnetic simulator. It was noted the discrepancies between the simulated and measured results. After running parametric simulations, we found out that the building process of the prototype changed the geometry of the simulation model. We included these imperfections in the model
and it was possible to estimate the necessary changes in the prototype. After inclusion of the adjustments, the measured results behaved just alike the theoretical prediction. Finally, we’ve done a feasibility study on the use of the dual-band annular slot antenna
for making an array of antennas for base stations. The study aimed to verify the suitability of synthetizing squared-cosecant shaped pattern in both operation bands. We got excellent results for the lower band, although some limitations were found for the higher band.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:10.1.0.46:riu/250 |
| Date | 08 September 2014 |
| Creators | Farias, Roger Lorenzoni |
| Contributors | Heckler, Marcos Vinício Thomas |
| Publisher | Universidade Federal do Pampa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UNIPAMPA, instname:Universidade Federal do Pampa, instacron:UNIPAMPA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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