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Previous issue date: 2018-04-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / As antenas de microfita têm atraído a atenção de pesquisadores no mundo inteiro por
possuírem características interessantes a diversas aplicações. Contudo, desvantagens
como baixo ganho, estreita largura de banda e baixa eficiência de radiação podem
limitar o seu uso em um determinado sistema. Além disso, esse tipo de antena pode
excitar modos de ordem superior em adição ao fundamental. Essa característica é
particularmente importante para sistemas que possuem múltiplas frequências de
operação, nos demais casos, faz-se necessário o uso de filtros para eliminar os modos
indesejados. Alternativamente, pode-se adicionar arranjos de defeitos ao plano de terra
ou ao substrato da antena para cumprir esse mesmo objetivo, sendo tais estruturas
denominadas de Defected Ground Structure (DGS) e Photonic Band Gap (PBG),
respectivamente. Entretanto, o desenvolvimento de projetos eficientes envolvendo esses
tipos de estruturas apresenta grande dependência da correta especificação dos
parâmetros físicos do arranjo utilizado. Nesse contexto, objetivando eliminar e/ou
atenuar os modos de ordem superior, sem afetar significativamente o desempenho da
antena em operação para o modo fundamental, o presente trabalho estudou a aplicação
de um Algoritmo Genético (AG) no desenvolvimento de novos modelos de estruturas
DGS e PBG. Os modelos propostos são constituídos de furos circulares, preenchidos
com ar, nos padrões hexagonal e retangular, para a configuração periódica, e com
padrão micro estruturado, para a configuração quase periódica. O AG proposto foi
responsável por especificar os seguintes parâmetros dos arranjos analisados: diâmetro
dos furos, distância de separação entre os mesmo e o posicionamento do arranjo ao
longo do comprimento da antena. Todas as antenas analisadas foram construídas
manualmente, através do uso de uma fresadora e/ou corrosão por percloreto de ferro.
Com base nos resultados simulados e medidos, verificou-se que o AG proposto foi
capaz de otimizar as estruturas estudadas de maneira a preservar o modo fundamental,
ao passo que os de ordem superior foram eliminados e/ou consideravelmente atenuados.
Verificou-se que para o mesmo tipo de arranjo, as antenas com DGS apresentaram
melhor desempenho em relação às com PBG, considerando o coeficiente de reflexão do
modo fundamental. Além disso, as estruturas otimizadas não provocaram variações
significativas no valor do ganho total ou na forma do diagrama de radiação e, no caso
dos DGS, exibiram características importantes para miniaturização das antenas. Os
resultados obtidos são particularmente importantes, partindo do pressuposto de que as
estruturas otimizadas podem ser utilizadas para eliminar modos indesejados em
aplicações com antenas de microfita passivas ou ativas, que operam também como
ressoadores. / Microstrip antennas have attracted the attention of researchers worldwide because of
their interesting features for various applications. However, disadvantages such as low
gain, narrow bandwidth and low radiation efficiency can limit its use in a given system.
Besides, this type of antenna can excite higher order modes in addition to the
fundamental. This feature is particularly important for systems with multiple operating
frequencies, in other cases, it is necessary to use filters to eliminate the unwanted
modes. Alternatively, arrangement of defects can be added to the antenna‟s ground
plane or substrate to achieve the same aim, such structures are called Defected Ground
Structure (DGS) and Photonic Band Gap (PBG), respectively. However, the
development of really efficient projects involving these types of structures presents
great dependence on the correct specification of the physical parameters of the used
arrangement. In this context, aiming at eliminating and/or attenuating higher order
modes, without significantly affecting the performance of the antenna to the
fundamental mode, the present work studied the application of a Genetic Algorithm
(GA) in the development of new models of DGS and PBG structures. The proposed
models consist of circular holes, filled with air, in the hexagonal and rectangular
patterns, for the periodic configuration, and with micro structured pattern, for the quasi
periodic configuration. The proposed AG was responsible for specifying the following
parameters of the analysed arrangements: diameters of the holes, distance among them
and the location of the arrangement along the length of the antenna. All the analysed
antennas were constructed manually, by using a milling machine and/or corrosion by
iron perchloride. Based on the simulated and measured results, was verified that the
proposed GA was able to optimize the studied structures in order to preserve the
fundamental mode, while the higher ones were eliminated and/or considerably
attenuated. It was verified that for the same type of arrangement, the antennas with DGS
presented better performance in relation to those with PBG, considering the reflection
coefficient of the fundamental mode. In addition, the optimized structures did not cause
significant changes in the total gain value or in the shape of the radiation pattern and, in
the case of the DGS, exhibited important characteristics for miniaturization of the
antennas. The obtained results are particularly important, assuming that the optimized
structures can be used to eliminate unwanted modes in applications with passive or
active microstrip antennas, which also operates as resonators.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/25608 |
| Date | 13 April 2018 |
| Creators | Sena, Francisco das Chagas Barbosa de |
| Contributors | 67160042468, Campos, Antonio Luiz Pereira de Siqueira, 79090095420, Andrade, Humberto Dionisio de, 91620040425, Sousa Júnior, Vicente Angelo de, 26550455804, Guimarães, Ádller de Oliveira, 07614216458, Silva, José Patrocínio da |
| Publisher | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO, UFRN, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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