ANÁLISE DE ANTENAS UTILIZANDO SUBSTRATO CERÂMICO, ZPT, PRODUZIDO POR SÍNTESE AUTO PROPAGANTE PARA APLICAÇÕES EM SISTEMAS DE MICRO-ONDAS

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇAO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E COMPUTAÇÃO ANÁLISE DE ANTENAS UTILIZANDO SUBSTRATO CERÂMICO, ZPT, PRODUZIDO POR SÍNTESE AUTO PROPAGANTE PARA APLICAÇÕES EM SISTEMAS DE MICRO-ONDAS DOUTORANDA: JOÊMIA LEILANE GOMES DE MEDEIROS MARTINS ORIENTADOR: PROF. DR. LAÉRCIO MARTINS DE MENDONÇA CO-ORIENTADOR: PROF. DR. JOÃO BOSCO LUCENA DE OLIVEIRA NATAL RN JUNHO DE 2013

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇAO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E COMPUTAÇÃO Análise de Antenas utilizando Substrato Cerâmico, ZPT, produzido por Síntese Auto Propagante para Aplicações em Sistemas de Micro-Ondas Joêmia Leilane Gomes de Medeiros Martins Orientador: Prof. Dr. Laércio Martins de Mendonça Co- Orientador: Prof. Dr. João Bosco Lucena de Oliveira Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação da UFRN (área de concentração: Telecomunicações) como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciências. Natal RN Junho de

3 Análise de Antenas utilizando Substrato Cerâmico, ZPT, produzido por Síntese Auto Propagante para Aplicações em Sistemas de Micro-Ondas Joêmia Leilane Gomes de Medeiros Martins Tese de Doutorado aprovada em 07 de junho de 2013 pela banca examinadora composta pelos seguintes membros: Orientador e presidente: Prof. Dr. Laércio Martins de Mendonça...UFRN Co-orientador: Prof. Dr. João Bosco Lucena de Oliveira...UFRN Membro interno da banca: Prof. Dr. Adaildo Gomes d Assunção...UFRN Membro externo da banca: Prof. Dr. Alfredo Gomes Neto...IFPB Membro externo da banca: Prof. Dr. Marcos Tavares de Melo...UFPE 3

4 Dedico Ao meu esposo Leonardo Martins Caetano, aos meus pais, José Costa de Medeiros e Maria de Lourdes Gomes de Medeiros, às minhas irmãs Suzane, Lilliane e Diane, por todo amor e incentivos dedicados à minha formação. 4

5 Se eu vi mais longe, foi por estar de pé sobre ombros de gigantes. Isaac Newton 5

6 Agradecimentos Agradeço a Deus, por ter me dado força durante a realização de mais uma etapa da minha vida! Sem a luz divina, eu nada seria. Agradeço ao meu esposo, Leonardo Martins Caetano, por todo amor e incentivo durante a realização deste trabalho e concretização de mais uma etapa de nossas vidas. Agradeço carinhosamente aos meus pais, José Costa e Maria de Lourdes, por terem sido o contínuo apoio em todos estes anos, ensinando-me, principalmente, a importância da construção e coerência de meus próprios valores. Ao professor Dr. Laércio Martins de Mendonça por ter me acolhido no seu grupo de pesquisa e pelo apoio prestado. Ao professor Dr. Adaildo Gomes d Assunção por todo o seu comprometimento, apoio e, sobretudo orientação prestados na realização deste trabalho. Ao professor Dr. João Bosco Lucena de Oliveira, do Instituto de Química da UFRN, pela orientação e pelas grandes contribuições prestadas a este trabalho. Aos colegas da pós-graduação pelo companheirismo e amizade prestados no decorrer destes anos de pesquisa, tornando esta tese um grande incentivo para a superação dos nossos próprios limites. Em especial, agradeço às contribuições de todos os colegas que direta ou indiretamente contribuíram para a conclusão deste trabalho. Por fim, um agradecimento especial à CAPES pelo apoio financeiro e ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação da UFRN pela formação. 6

7 Resumo Substratos cerâmicos têm sido investigados por pesquisadores de todo o mundo e tem despertado um grande interesse na comunidade científica, pelo fato de apresentarem altas constantes dielétricas e um excelente desempenho nas estruturas empregadas. Tais cerâmicas resultam em estruturas miniaturizadas, com dimensões bem reduzidas e de alta eficiência de radiação. Neste trabalho, utilizou-se um novo material cerâmico, chamado de titanato de zinco chumbo, na forma de Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3, capaz de ser utilizado como substrato dielétrico na construção de diversas estruturas de antenas. O método utilizado na construção da cerâmica foi a Síntese por Combustão Auto-Sustentada a Alta Temperatura (SHS Self-Propagating High-Temperature Synthesis ) que é definido como um processo que utiliza reações altamente exotérmicas para produzir os mais diversos materiais. Uma vez iniciada a reação numa área da mistura reagente, o calor gerado é suficiente para tornar a combustão auto-sustentável, na forma de uma onda que se propaga convertendo a mistura reagente no produto de interesse. Foram analisados os aspectos da formação do compósito Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3 por SHS e os pós obtidos, foram caracterizados. A análise consistiu na determinação dos parâmetros da reação para a formação do compósito, como a temperatura de ignição e os mecanismos de reação. A produção do compósito Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3 por SHS, realizada em laboratório, foi resultado de um controle total da temperatura de combustão e após a obtenção do pó 7

8 iniciou-se o desenvolvimento das cerâmicas. O produto foi obtido na forma de camadas regulares e alternância de porosidades e as cerâmicas foram obtidas por prensagem uniaxial. O produto foi caracterizado através de análises de dilatometria, difração de raios-x e análise de microscopia de varredura eletrônica. Uma das contribuições principais deste trabalho foi o desenvolvimento de um novo material dielétrico, não obstante apresentado anteriormente na literatura. Portanto, as estruturas das antenas apresentadas neste trabalho foram constituídas por novas cerâmicas dielétricas à base de Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3, geralmente utilizado como substrato dielétrico. Os materiais desenvolvidos foram caracterizados na faixa de micro-ondas. São substratos dielétricos de alta permissividade relativa e baixa tangente de perda. O software comercial empregado, Ansoft HFSS, baseado no método dos elementos finitos, foi utilizado na análise das antenas estudadas neste trabalho. Palavras-chave: Antenas Ressoadoras Dielétricas, DRA, Cerâmicas, Titanato de Zinco Chumbo, ZPT, Combustão, HFSS, Micro-ondas. 8

9 Abstract Ceramic substrates have been investigated by researchers around the world and has achieved a high interest in the scientific community, because they had high dielectric constants and excellent performance in the structures employed. Such ceramics result in miniaturized structures with dimensions well reduced and high radiation efficiency. In this work, we have used a new ceramic material called lead zinc titanate in the form of Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3, capable of being used as a dielectric substrate in the construction of various structures of antennas. The method used in constructing the ceramic combustion synthesis was Self- Sustained High Temperature (SHS - "Self-Propagating High-Temperature Synthesis") which is defined as a process that uses highly exothermic reactions to produce various materials. Once initiated the reaction area in the reaction mixture, the heat generated is sufficient to become self-sustaining combustion in the form of a wave that propagates converting the reaction mixture into the product of interest. Were analyzed aspects of the formation of the composite Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3 by SHS powders and characterized. The analysis consisted of determining the parameters of the reaction for the formation of the composite, as the ignition temperature and reaction mechanisms. The production of composite Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3 by SHS performed in the laboratory, was the result of a total control of combustion temperature and after obtaining the powder began the development of ceramics. The product was obtained in the form of regular, alternating layers of porous ceramics and was obtained by uniaxial pressing. 9

10 The product was characterized by analysis of dilatometry, X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy. One of the contributions typically defined in this work is the development of a new dielectric material, nevertheless presented previously in the literature. Therefore, the structures of the antennas presented in this work consisted of new dielectric ceramics based Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3 usually used as dielectric substrate. The materials produced were characterized in the microwave range. These are dielectrics with high relative permittivity and low loss tangent. The Ansoft HFSS, commercial program employee, using the finite element method, and was used for analysis of antennas studied in this work. Keywords: Dielectric Resonator Antennas, DRA, Ceramics, Lead Zinc Titanate, ZPT, Combustion, HFSS, Microwaves. 10

11 Sumário Capítulo Introdução Introdução Motivação e Objetivos Organização do Texto Capítulo Antenas de Microfita Introdução Antenas de Microfita Estrutura das Antenas de Microfita Métodos de Excitação das Antenas de Microfita Métodos de Análise de Antenas de Microfita Conclusões Capítulo Antenas de Ressoador Dielétrico Introdução Antenas de Ressoador Dielétrico Métodos de Excitação aplicados às Antenas de Ressoador Dielétrico Geometrias de DRA Largura de Banda das Antenas de Ressoador Dielétrico Conclusões Capítulo Construção de Substrato Cerâmico através da Síntese Auto-Propagante em Alta Temperatura Introdução Síntese Auto-Propagante em Alta Temperatura (SHS) Cálculos Estequimétricos dos Reagentes utilizados na Reação de SHS para obtenção do composto ZPT Procedimento Experimental Conclusões Capítulo Caracterização Estrutural e Elétrica do Compósito Cerâmico ZPT Introdução Caracterização Estrutural das Cerâmicas Caracterização Elétrica das Cerâmicas Processo de Determinação da Permissividade Elétrica e Tangente de Perdas da Cerâmica ZPT Método de Nicholson-Ross-Weir para obtenção dos valores de Permissividade Elétrica e Tangente de Perdas da Cerâmica ZPT Resultados das Medições para obtenção dos Valores de Permissividade Elétrica e Tangente de Perdas da Cerâmica ZPT Conclusões Capítulo

12 Modelagem e Análise dos Resultados das Antenas Propostas Introdução Método dos Elementos Finitos Projeto das Antenas Conclusões Capítulo Conclusões Referências Bibliográficas

13 Lista de Figuras Figura 2.1: Estrutura padrão de uma antena de microfita Figura 2.2: Formatos mais comuns adotados para o elemento irradiador Figura 2.3: Alimentação através de probe coaxial Figura 3.1: Blocos de cerâmicas dielétricas desenvolvidas em laboratório Figura 3.2: Excitação de DRA utilizando probe coaxial Figura 3.3: Excitação da DRA hemisférica utilizando acoplamento por abertura Figura 3.4: Excitação da DRA utilizando linha de microfita Figura 3.5: Antena de ressoador dielétrico hemisférica Figura 4.1: Nitrato de zinco Figura 4.2: Nitrato de chumbo Figura 4.3: Dióxido de titânio Figura 4.4: Uréia (CO(NH 2 ) Figura 4.5: Temperatura de ignição do processo de síntese de combustão Figura 4.6: Cerâmicas de Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3 construídas para a utilização de substrato dielétrico na aplicação em antenas para a faixa de micro-ondas Figura 5.1: Pó da amostra de Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3 utilizado para o resultado de dilatometria.60 Figura 5.2: Dilatometria da amostra de Zn 0,8 Pb 0,2 TiO Figura 5.3: Difratograma de raios-x da cerâmica de Zn 0,8 Pb 0,2 TiO Figura 5.4: Amostras da cerâmica Zn 0,8 Pb 0,2 TiO 3 utilizadas para a análise do MEV Figura 5.5: Equipamento utilizado na análise de microscopia eletrônica de varredura. 64 Figura 5.6: MEV do pó no modo secundário e retroespalhado Figura 5.7: Medidas dos grãos nanométricos do pó após a síntese de combustão Figura 5.8: MEV da cerâmica sinterizada no modo secundário e retroespalhado Figura 5.9: Medidas dos grãos densificados e com um aumento de tamanho Figura 5.10: Vista geral do sistema montado, com o porta amostra localizado entre o adaptador da porta 1 e da porta Figura 5.11: Configuração mais detalhada do sistema de medição do guia de onda Figura 5.12: Detalhes da inserção da amostra no corpo de prova do guia de onda Figura 5.13: Porta amostra com o corpo de prova da cerâmica ZPT Figura 5.14: Permissividade elétrica do substrato cerâmico ZPT em função da frequência Figura 5.15: Tangente de perdas do substrato cerâmico ZPT em função da frequência. 73 Figura 6.1: Representação das dimensões da antena de microfita com patch retangular. Substrato cerâmico (a), vista superior (b) Figura 6.2: Estrutura da antena de microfita com patch retangular utilizando substrato cerâmico ZPT simulada no Ansoft HFSS Figura 6.3: Setup de medição da antena de microfita com patch retangular utilizando substrato ZPT

14 Figura 6.4: Comparativo da perda de retorno em função da frequência para a antena patch retangular com substrato cerâmico ZPT Figura 6.5: Carta de Smith com representação da frequência de ressonância inferior de 7,32 GHz Figura 6.6: Comparativo do VSWR medido e simulado para a antena patch de microfita com substrato ZPT Figura 6.7: Diagrama de irradiação 2D da diretividade total para os planos φ = 0 e φ = 90 para a antena patch de microfita com substrato ZPT Figura 6.8: Diagrama de Radiação 3D para o ganho total da antena patch de microfita com substrato ZPT Figura 6.9: Representação das dimensões da antena de microfita com patch retangular utilizando inset-fed. Substrato (a) vista superior, (b) vista inferior Figura 6.10: Estrutura da antena de microfita com inset fed simulada no Ansoft HFSS. 86 Figura 6.11: Setup de medições da antena de microfita com patch retangular utilizando substrato ZPT Figura 6.12: Comparativo da perda de retorno em função da frequência para a antena patch com inset fed utilizando substrato cerâmico ZPT Figura 6.13: Carta de Smith com representação da frequência de ressonância inferior de 7,59 GHz Figura 6.14: Comparativo do VSWR medido e simulado para a antena patch de microfita com inset-fed utilizando substrato ZPT Figura 6.15: Diagrama de irradiação 2D da diretividade total para os planos φ = 0 e φ = 90 para a antena patch com inset fed Figura 6.16: Diagrama de Radiação 3D para o ganho total da antena patch de microfita com inset fed utilizando substrato cerâmico ZPT Figura 6.17: Geometria da CDRA depositada sobre um plano de terra e excitada por probe coaxial Figura 6.18: Estrutura da CDRA simulada no Ansoft HFSS Figura 6.19: Medições da CDRA utilizando o analisador de redes Figura 6.20: Comparativo da perda de retorno em função da frequência para a CDRA.95 Figura 6.21: Carta de Smith com representação da frequência de ressonância de 4,58 GHz Figura 6.22: Ganho Total 3D para a CDRA constituída de material cerâmico ZPT

15 Lista de Tabelas Tabela 2. 1: Formatos mais comuns adotados para o elemento irradiador Tabela 4.1: Materiais utilizados na obtenção de pós por reação de combustão Tabela 4.2: Massa dos reagentes, em gramas, empregadas na produção de 20 gramas de Zn 0,8 Pb 0,2 TiO Tabela 4.3: Duração do processo de síntese de combustão Tabela 6.1: Dimensões da antena patch de microfita com substrato cerâmico ZPT Tabela 6. 2: Resultados simulados e medidos para as frequências de ressonância apresentadas para a antena patch retangular com substrato cerâmico ZPT Tabela 6.3: Dimensões da antena patch de microfita com inset-fed utilizando substrato cerâmico ZPT Tabela 6.4: Resultados simulados e medidos para as frequências de ressonância apresentadas para a antena patch retangular com inset fed utilizando substrato cerâmico ZPT Tabela 6.5: Resultados simulados e medidos para as frequências de ressonância apresentadas para CDRA utilizando substrato cerâmico ZPT

16 Lista de Símbolos e Abreviaturas f τ r Frequência de ressonância Espessura do condutor µ Permeabilidade magnética µ Permeabilidade magnética do vácuo 0 µ Permeabilidade relativa r ε 0 Permissividade elétrica do vácuo Z 0 Impedância característica da linha de microfita ε Permissividade efetiva eff w 0 h Largura da linha de microfita Espessura do substrato de microfita ε Permissividade elétrica no meio 1 r1 ε Permissividade elétrica no meio 2 r 2 TLM FDTD HFSS TLMM ITS DR DRA Q CDRA Modelo da linha de transmissão Método das diferenças finitas no domínio do tempo Simulador estrutural de alta frequência produzido pela Ansoft Modelo da linha de transmissão matricial Sistemas de transporte inteligente Ressoador dielétrico Antenas de ressoador dielétrico Fator de qualidade Antena de ressoador dielétrico cilíndrico 16

17 a BW VSWR SHS IPT K Zn(NO 3 ) 2. 6H 2 O Pb(NO 3 ) 2 TiO 2 CO(NH 2 ) 2 ABO 3 α MEV Γ Ω y 0 W p L p W a ZPT W L L a Raio do cilindro Largura de banda Relação de onda estacionária Síntese auto-propagante de alta temperatura Instituto de pesquisas tecnológicas do estado de São Paulo Unidade de temperatura em kelvin Nitrato de zinco Nitrato de chumbo Dióxido de titânio Uréia Estrutura de uma perovskita Dilatação térmica Microscopia de varredura eletrônica Coeficiente de reflexão Ohms Comprimento do inset-feed Largura do patch Comprimento do patch Largura da linha de alimentação Titanato de Zinco Chumbo Largura do patch da antena Altura do patch da antena Comprimento da linha de alimentação 17

18 Trabalhos publicados pelo autor [1] Medeiros, J. L. G.; Araújo, W.C., d'assunção, A. G.; Mendonça, L. M., Oliveira, J. B. L. "Investigation on ZPT ceramics applied as dielectric resonator antenna for ultra wideband systems", Microwave and Optical Technology Letters (Print), v. 55, p , [2] Medeiros, J. L. G., Neto, V. P. S., d'assunção, A. G.; Mendonça, L. M; Oliveira, J. B. L., Analysis of Microstrip Patch Antennas on Nanostructured Ceramic Substrate by an Iterative Method Based on Transversal Wave Concept, Conference on the Computation of Electromagnetic Fields, 2013, Budapest. 19th International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields - COMPUMAG [3] Medeiros, J. L. G. ; A. G. d Assunção ; L. M. Mendonça. Microstrip Fractal Patch Antennas Using High Permittivity Ceramic Substrate. IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC/URSI National Radio Science Meeting, 2012, Chicago, USA. Proceedings of AP-S [4] Medeiros, J. L. G., W. C. de Araújo, A. G. d Assunção, L. M. Mendonça, J. B. L. de Oliveira. Simulation and Measurement of Microstrip Antennas on a ZPT Perovskite Ceramic Substrate. CEFC 2012, 2012, Oita. 15th Biennial Conference on Electromagneti Fieldd Compuation (CEFC2012), [5] Medeiros, J. L. G., W. C. de Araújo, Lins, H. W. C., A. G. d Assunção ; L. M. Mendonça. A Hybrid Optimization Technique for the Synthesis of a FSS with 18

19 Integrated Ring and Dipole Elements. CEFC 2012, 2012, Oita. 15th Biennial Conference on Electromagneti Fieldd Compuation (CEFC2012), [6] Medeiros, J. L. G., d Assunção, A. G., Mendonça, L. M. Desenvolvimento de Substratos Cerâmicos para Dispositivos de Microondas. Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 2010, Campos do Jordão - SP. CBECIMAT,

20 Capítulo 1 Introdução 1.1 Introdução As novas gerações da tecnologia vão surgindo e com esse crescente desenvolvimento, surge a busca incessante por novos materiais e dispositivos que consigam acompanhar a evolução da tecnologia e do mundo moderno. A rápida evolução da tecnologia e das comunicações sem fio tornou possível o desenvolvimento de diversas aplicações a algumas décadas atrás. O crescimento aponta para sistemas que se adequem as mais variadas aplicações, assim como, conjugadas a essa característica também possam atrair o interesse da comunidade científica, tornando-se um objeto de estudo para novas descobertas, tornando dispositivos de banda larga capazes de operar em diversos serviços, de acordo com o espectro de frequência de interesse. Atualmente, quase todos os dispositivos modernos e móveis possuem características sem fio. Isto se deve principalmente aos incansáveis esforços da indústria eletrônica e de telecomunicações para a melhora do desempenho e da funcionalidade dos dispositivos, ao mesmo tempo em que se reduzem seus tamanhos e custos. Assim, é muito importante o surgimento de novos materiais que conjugados possam criar novas antenas com características banda larga, com boas características elétricas e um ganho relativamente estável na banda de operação.. 20

21 1.2 Motivação e Objetivos A motivação descrita nesta tese iniciou a partir dos vários estudos envolvendo a linha de pesquisa que os compostos cerâmicos apresentam, assim, como suas mais diversas áreas de atuação [1-5]. Partindo deste princípio, existe na literatura um material cerâmico bastante conhecido, cuja nomenclatura é dada pela sigla PZT e é chamado de titanato zirconato de chumbo. Tal material possui uma estrutura perovskita que tem uma propriedade única de polarização espontânea, reversível quando aplicada a um campo elétrico. Esta cerâmica PZT tem sido utilizada em várias aplicações de alto desempenho tais como sistemas de ignição, sensores e atuadores e muitas aplicações de engenharia, tornando-a uma cerâmica muito importante de investigação e bastante útil nas eletrocerâmicas [1, 6-9]. Uma outra vantagem importante é que as cerâmicas PZT possuem uma resistência a elevadas temperaturas [10-13]. Embora vários estudos tenham sido conduzidos de modo a investigar as propriedades da cerâmica PZT [47-48], o objeto de estudo desta tese é inovar, criando a partir deste composto um novo material cerâmico, não citado anteriormente na literatura, e consequentemente, investigar as propriedades que esta nova cerâmica irá apresentar para as aplicações em antenas de microfita e antenas ressoadoras dielétricas que sejam capazes de operar na faixa de micro-ondas. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é a investigação de uma nova cerâmica capaz de operar nas mais diversas geometrias de antenas. Aqui, esta cerâmica terá uma nomenclatura similar às tão conhecidas cerâmicas PZT e será nomeada pelo acrônimo ZPT, ou titanato de zinco chumbo, que se difere das cerâmicas PZT na sua composição, devido a substituição da zircônia pelo zinco, sendo descrito nos capítulos posteriores 21

22 toda a estrutura estequiométrica necessária para a construção da mesma, assim, como toda a análise estrutural e elétrica desse novo material investigado. A linha de pesquisa aqui abordada é muito promissora e apresenta um rendimento muito satisfatório, sendo muito abordada por novos pesquisadores da área em busca de novos conhecimentos. 1.3 Organização do Texto Este trabalho encontra-se distribuído em 7 capítulos, buscando-se evidenciar todo o referencial teórico e bibliográfico para o estudo desta tese. O Capítulo 2 apresenta um referencial teórico a respeito da teoria de antenas de microfita, desde o seu surgimento até as vantagens que elas oferecem. É mostrado neste capítulo toda a estrutura destas antenas, assim como os métodos mais comuns de excitação e de análises fundamentados para estas estruturas. O Capítulo 3 descreve sobre as antenas ressoadoras dielétricas (DRA), suas geometrias e métodos mais comuns de excitação utilizados. O Capítulo 4 aborda a construção do substrato cerâmico através da síntese autopropagante em alta temperatura, descrevendo o procedimento teórico realizado neste tipo de reação, assim como todos os procedimentos utilizados para a construção da cerâmica ZPT, na investigação deste novo compósito não existente na literatura, e que possui alta constante dielétrica, sendo este aplicado na construção de geometrias de antenas de microfita e antenas DRA. O Capítulo 5 analisa as propriedades da cerâmica ZPT, incluindo as medições das suas propriedades dielétricas complexas, de permissividade elétrica (ε r ) e da tangente de perdas (δ), a partir de uma amostra dessa cerâmica inserida no guia de onda WR-90, na banda X de frequência ( GHz), utilizando o método de Nicholson- 22

23 Ross-Weir (NRW). Também são descritos as análises de dilatometria, difração de raios- X e microscopia eletrônica de varredura para a cerâmica investigada. O Capítulo 6 descreve a modelagem e análise dos resultados das antenas propostas com a utilização da cerâmica ZPT. Foram estudadas três geometrias de antenas. Uma antena de microfita com patch retangular. Outra geometria proposta foi a antena de microfita com reentrâncias. A terceira estrutura mostra a análise do substrato cerâmico funcionando como uma antena ressoadora dielétrica, todas elas capazes de operar em frequências de micro-ondas e apresentando boa concordância entre seus resultados simulados e medidos. O Capítulo 7 apresenta as principais conclusões obtidas neste trabalho. 23

24 Capítulo 2 Antenas de Microfita 2.1 Introdução As antenas de microfita são largamente aplicadas em setores da aeronáutica, espaçonaves e nas indústrias de telecomunicações, especialmente em aparelhos celulares e outros dispositivos móveis de comunicação sem fio. Tal popularidade devese às características atrativas como estrutura simples, baixo custo de fabricação, robustez mecânica quando montadas em superfícies rígidas e versatilidade em relação à frequência de ressonância, polarização, eficiência, diagrama de irradiação e impedância [14]. Neste capítulo, além da contextualização das antenas de microfita, também são abordados aspectos básicos de análise e desempenho dessas antenas, tais como geometrias comumente utilizadas, substratos, diagrama de irradiação, técnicas de alimentação. Uma revisão da literatura é apresentada visando situar o trabalho no contexto. 2.2 Antenas de Microfita As antenas de microfita foram inicialmente propostas por Deschamps, em 1953 [15]. Logo depois desse período, entre meados de 1960 e 1975, surgiram uma série de trabalhos importantes que descreviam aspectos importantes do seu comportamento [16-24

25 18], dentre eles, o artigo que relatava a praticidade dessas antenas na aplicação de foguetes e mísseis, como descrito em [19]. Em 1977, de acordo com [20], foi publicada a primeira análise matemática de uma ampla variedade de patches de microfita. No final da década de 70, tais antenas se difundiram por diversos sistemas de comunicação e, desde então, surgiu um interesse crescente por novos meios de utilizá-las. De acordo com vários trabalhos existentes na literatura, essas estruturas apresentam várias características importantes [14, 21], tais como: tamanho reduzido; baixo custo; leveza; adaptabilidade a superfícies curvas; largura de banda estreita; baixa eficiência de radiação; compatibilidade com circuitos integrados; radiação em apenas 1 hemisfério; existência de ondas de superfície. Tais características não devem ser confundidas como eventuais vantagens ou desvantagens, uma vez que essa capacidade de definição é reservada apenas às aplicações desejadas. 2.3 Estrutura das Antenas de Microfita As antenas de microfita também são conhecidas como antenas impressas, e em termos estruturais, essas antenas são essencialmente compostas por um elemento 25

26 radiador, chamado de patch, depositado sobre um substrato dielétrico que, por sua vez, contém outro plano metálico em sua face inferior, chamado de plano de terra. Os diferentes tipos de antenas impressas são distinguíveis principalmente pela geometria do elemento irradiador. A Figura 2.1 mostra a forma convencional dessa estrutura. Figura 2.1: Estrutura padrão de uma antena de microfita. De acordo com a Figura 2.1, será adotado W como sendo o lado não ressonante, ou seja, a largura do elemento irradiador; L representa o comprimento, ou seja, o lado ressonante. Formulações matemáticas estão disponíveis para estimar o comprimento ressonante (L), mas, na prática, são frequentemente necessários alguns ajustes empíricos. Um valor aproximado para o comprimento do elemento irradiador é descrito em [19], conforme a equação 2.1: L 0,49λ d = 0, 49 λ ε r (2.1) 26

27 sendo λ o comprimento de onda no espaço livre, λ d o comprimento de onda no dielétrico, e ε r a constante dielétrica relativa do substrato. Mas, o L da antena é, então, dado pela equação 2.2: 1 L = 2 L 2 f ε ref µ 0ε 0 r (2.2) Segundo [21], para se obter uma radiação eficiente, a largura (W) do elemento irradiador pode ser calculada na forma: W c ε r + 1 = 2 f r 2 (2.3) sendo f r a frequência de ressonância. Serão descritos na sequência, fundamentos sobre o patch, o substrato e o plano de terra, expondo suas finalidades e influência no desempenho da antena Geometria do Patch O patch é uma lâmina metálica normalmente condutora, onde sua composição geralmente é o cobre. Em aplicações de ondas milimétricas, por exemplo, o ouro é mais utilizado, pois possui as características de possuir maior condutividade elétrica. Tal condutor é considerado o elemento irradiador das antenas de microfita e, de acordo com a Figura 2.1, possui uma espessura τ, muito pequena quando comparada ao comprimento de onda no espaço livre, isto é, τ << λ 0. De acordo com a sua geometria, a distribuição de corrente sofre influência, principalmente, no perfil do campo da superfície da antena. Assim, o patch pode apresentar os mais variados formatos geométricos regular, ou até mesmo irregular, 27

28 como é o caso dos fractais, mas, devido a facilidade na análise das estruturas, os formatos regulares retangular e circular, são mais utilizados. Na Figura 2.2 são apresentados alguns modelos de geometrias de patch. Figura 2.2: Formatos mais comuns adotados para o elemento irradiador. Além disso, esses elementos podem ser combinados entre si, compondo novas estruturas, conhecidas como arranjos de antenas de microfita [14]. Por meio deles, pode-se aumentar a largura de banda da antena e, principalmente, atingir características de diretividade impossíveis de se alcançar com um único elemento Substratos O substrato é um dos componentes fundamentais das antenas de microfita. Ele normalmente é encontrado como uma camada entre o patch e o plano de terra, entretanto às vezes pode ser substituído por uma camada de ar, que é o exemplo das antenas com substrato suspenso. Existem, também, estudos de antenas multicamadas, que possuem várias camadas de substrato em uma mesma antena de microfita. Dada essa combinação de elementos metálicos com materiais dielétricos, é estabelecido um comportamento não-homogêneo, responsável pelo surgimento de alguns fenômenos eletromagnéticos importantes, como por exemplo: 28

29 Propagação em modo quase-tem (Transversal Eletromagnético); Surgimento das ondas de superfície; Comportamento anisotrópico. Diversos materiais podem ser utilizados como substratos dielétricos nos projetos de antenas de microfita. Existem dois critérios importantes a se avaliar em um material: seus valores relativos de permeabilidade magnética e permissividade elétrica. A escolha desses substratos depende de suas propriedades mecânicas e térmicas, como também, do tipo de comportamento eletromagnético que se deseja obter. Nesse sentido, a permeabilidade magnética é mensurada pelo quanto um material é capaz de dar suporte à formação de um campo magnético em seu interior, ou seja, é o grau de magnetização que um material adquire em resposta à exposição a um campo magnético aplicado. Ela é representada pela letra grega µ e costuma ser citada com seu valor relativo, dado pela razão entre seu valor total e a permeabilidade magnética do vácuo, conhecida como: µ = π x H m (2.4) / sendo, a permeabilidade relativa dada por: µ µ r = µ 0 (2.5) Seus valores são desprezíveis na maioria dos materiais encontrados na natureza. Assim, meios diamagnéticos (µ r < 1) e paramagnéticos (com µ r ligeiramente superior a 1) exibem, comumente, respostas magnéticas relativamente fracas e dependentes de fontes magnéticas externas. Os materiais ferromagnéticos, por outro lado, possuem um forte magnetismo e se diferenciam dos demais por sua capacidade de magnetismo residual, mesmo na ausência de fontes magnéticas externas. 29

30 Além desses, são considerados atualmente também os materiais ferrimagnéticos, tais como a ferrita, possuindo propriedades semelhantes às dos ferromagnéticos, à exceção de que seus íons não são completamente alinhados e, portanto, nem todos contribuem para o crescimento da resposta magnética. Tais meios têm atraído a atenção da comunidade científica por serem capazes de apresentar naturalmente valores de permeabilidade negativos, sob algumas faixas de operação. A permissividade elétrica relativa também é conhecida como constante dielétrica relativa e seu símbolo é ε r. Essa grandeza especifica o quanto um material é capaz de armazenar energia ou linhas de fluxo elétrico, ou seja, é a relação entre a quantidade de energia armazenada em um material e a contida no vácuo. Matematicamente, sua expressão é representada pela seguinte equação: ε ε r = ε 0 (2.6) onde ε = x F m é a permissividade elétrica do vácuo. Para os projetos de , / antenas, costuma-se trabalhar com uma faixa com valores de 2, 2 ε 12. Substratos finos com valores elevados de constante dielétrica são desejáveis em circuitos de micro-ondas, pois ocupam menos espaço e garantem um melhor confinamento dos campos, minimizando radiação e acoplamentos indesejáveis. Por outro lado, têm perdas maiores e uma largura de banda mais estreita [14]. Já os substratos espessos e com valores menores de ε r são os mais adequados para antenas de bom desempenho, pois permitem uma maior eficiência, uma largura de banda maior e campos mais soltos, facilitando sua propagação no espaço, ao custo de elementos de maiores dimensões [14]. A espessura do substrato também interfere no desempenho da antena, introduzindo as denominadas ondas de superfície na estrutura. 30

31 Os materiais com ε r intermediário, tais como a fibra de vidro, a alumina e o RT- Duroid, constituem bons substratos dielétricos, sendo bastante usados na fabricação de antenas. A Tabela 2.1 abaixo exemplifica alguns desses materiais mais conhecidos, bem como suas respectivas constantes dielétricas. Materiais Dielétricos Constante Dielétrica ( ε r ) Alumina 9,7-10,3 Ar 1,0006 RT/Duroid 6010LM 10,2 Fibra de Vidro 4,4 Vácuo 1 Tabela 2. 1: Formatos mais comuns adotados para o elemento irradiador Plano de Terra De modo semelhante ao patch, também é composto por uma fita metálica, situada na face inferior do substrato da antena. Ele tem uma função refletora, evitando a formação de um lóbulo traseiro mais forte, além de servir como um mecanismo de aterramento. Teoricamente, muitas vezes o plano de terra é definido como infinito, para simplificação de cálculo. Na prática, usa-se um plano um pouco maior do que os limites do substrato para simular essa característica. Modificações nesse elemento têm oferecido bons resultados no estudo de determinadas estruturas. Entre as soluções adotadas nas mudanças que ocorrem no plano de terra é em sua forma truncada, cujo a mesma é definida como uma técnica capaz de aumentar a largura de banda das antenas [14]. Contudo, ao fazer isso, ele 31

32 insere mais descontinuidades na microfita, acarretando o aumento das ondas de superfícies. Uma possibilidade mais vantajosa de abertura da banda é a inclinação do plano de terra, que têm se mostrado eficiente, dada sua capacidade de se adaptar a novos ângulos de inclinação sem a necessidade de reprojetar a antena. 2.4 Métodos de Excitação das Antenas de Microfita Existem várias técnicas de alimentação das antenas de microfita. Dentre as técnicas mais conhecidas e utilizadas tem-se: a alimentação por linha de microfita [14]; sonda coaxial ou probe coaxial [14]; acoplamento por abertura [14]; acoplamento por proximidade [14]. A alimentação por linha de microfita é definida como uma fita condutora, de largura muito pequena, quando esta é comparada à largura do patch. Trata-se de uma técnica de alimentação simples, de fácil fabricação e que possibilita ainda, um bom casamento de impedâncias entre a linha de microfita e o patch. O casamento de impedâncias entre a linha e o patch pode ser controlado com o posicionamento do ponto de inserção da linha. Uma maneira de otimizar o casamento de impedâncias para as antenas patches é utilizando reentrâncias (inset-feed), pode ser determinado através da variação do espaçamento que existe entre a linha de alimentação e o patch condutor, ao qual deve ser considerada a partir da borda do patch em direção ao seu centro. Esta técnica de alimentação será utilizada para uma das estruturas de antena proposta por este trabalho, que será tratada no capítulo 6. 32

33 Existem na literatura modelos clássicos que permitem o cálculo das dimensões da linha de microfita, como descrito, em [22]. A obtenção dessas dimensões inicia-se com o cálculo da impedância característica da linha (Z 0 ): Z 60 8h w = ln + 0, 25 w h 0 1/2 εeff (2.7) A permissividade efetiva (ε eff ) é dada por: ε eff 1/2 2 ε r + 1 ε r 1 12h w = , w h (2.8) considerando que w/h < 1, onde w 0 é a largura da linha e h a espessura do substrato. Para w/h 1, tem-se: Z = 120π 1 w w + 1, , 667 ln + 1, 4444 h h ( ε eff ) 0 1/2 (2.9) onde, ε eff ε r + 1 ε r 1 h = w 1/2 (2.10) Para A < 1,52: w 8exp( A) = h exp(2 A) 2 (2.11) Para A 1,52, tem-se: w 2 ε r 1 0,61 = B 1 ln(2b 1) + ln( B 1) + 0,39 h π 2ε r ε r (2.12) Sendo A e B dados por: 33

34 1/2 Z0 ε r + 1 ε r 1 0,11 A = + 0, ε r + 1 ε r (2.13) 377π B = 2 Z ( ε ) 0 r 1/2 (2.14) Uma outra técnica de alimentação muito utilizada é por meio de cabo coaxial ou probe coaxial, onde o conector externo é conectado ao plano de terra enquanto o condutor interno do cabo é introduzido diretamente no patch por meio de uma perfuração feita no substrato, como ilustra a Figura 2.3. Figura 2.3: Alimentação através de probe coaxial. Essa técnica também apresenta facilidade de fabricação e bom casamento de impedâncias, que ocorre conforme a localização do cabo, além de apresentar baixa radiação espúria e também será analisada em uma das geometrias de antenas propostas neste trabalho, apresentado no capítulo 5. Uma outra técnica de alimentação de antenas de microfita é o acoplamento por abertura que é considerada uma das técnicas que apresenta maiores dificuldades de fabricação. Esse tipo de acoplamento utiliza basicamente duas camadas de substrato separadas por um plano de terra, cujo a segunda camada de substrato apresenta uma 34

35 constante dielétrica ε r 2 onde a linha de microfita tem sua energia acoplada ao patch, que por sua vez fica localizado na camada superior, com constante dielétrica ε r1 e abertura ou fenda existente no plano de terra é o que separa as duas camadas de substrato. Existe também, uma outra técnica de alimentação bastante conhecida, que o acoplamento por proximidade, caracterizado pela linha de alimentação ser posicionada entre o patch e o plano de terra, tendo em vista que estes são separados por uma camada de substrato. Isso permite que maiores larguras de banda sejam alcançadas e uma redução na irradiação de espúrios pode ser alcançada. A seleção do método de alimentação leva em conta certos objetivos, tais como: Assegurar a qualidade da transferência de potência entre a antena e o alimentador, ou seja, do casamento de impedâncias; Minimizar o nível de radiação espúria, bem como seus efeitos no diagrama de radiação. 2.5 Métodos de Análise de Antenas de Microfita Existem diversos métodos para a análise de antenas de microfita, que podem ser classificados em dois grandes grupos: Métodos aproximados: que faz uso de expressões empíricas e simplificações. Métodos de onda completa: baseados em equações integrais de Sommerfeld. Métodos de análises detalhadas no domínio do tempo e/ou da frequência. Dentre os métodos aproximados, exemplos importantes são: Modelo da Linha de Transmissão ou Transmission Line Method (TLM) [14]. 35

36 Modelo da Cavidade [14]. Já os métodos de onda completa possui uma classificação: Método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo FDTD: que operam no aspecto temporal [14]. Potenciais Vetoriais de Hertz, método da Imitância e o Método dos Elementos Finitos (adotado pelo Ansoft HFSS) [14]. Há ainda a variante tridimensional do TLM, que é o TLMM, que opera em ambos os domínios. A seleção do método de análise depende de vários critérios, tais como, o tipo de estrutura estudado, parâmetros de resposta desejados, nível de precisão exigido, disponibilidade de tempo, processamento computacional, faixa de frequências desejada. 2.6 Conclusões Neste capítulo foi apresentada a fundamentação teórica das antenas de microfita, destacando-se suas principais características, tais como a composição básica da sua estrutura, as geometrias mais utilizadas do patch, seus principais métodos de alimentação, e, por fim, alguns métodos de análise. 36

37 Capítulo 3 Antenas de Ressoador Dielétrico 3.1 Introdução Os materiais dielétricos aplicados em micro-ondas desempenham um papelchave na sociedade global, com uma vasta variedade de aplicações, que vão desde à comunicação terrestre até os satélites. Novos projetos são obrigatórios e importantes a fim de atender às especificações dos atuais e dos futuros sistemas. O crescimento que tem surgido em sistemas de transporte inteligente (ITS), radiodifusão por satélite e em telecomunicações de micro-ondas, resultou em um aumento da procura de ressoadores dielétricos (DR s). Ressoadores dielétricos geralmente consistem de um disco de cerâmica, que tem uma alta permissividade e um baixo fator de dissipação, usados principalmente em dispositivos de comunicação sem fio. Todo esse crescimento revolucionário no campo dos sistemas de comunicação sem fio possui um dispositivo principal que é a antena. Para o desenvolvimento de antenas altamente eficientes, de baixo custo e pequeno porte que possam ser embutidas em produtos sem fio, são necessários dispositivos que se adequem à portabilidade e segurança, que possuam um baixo consumo de energia e dispositivos sem fio que atendam às características de multi-banda. 37

38 Nos últimos anos, duas classes de antenas foram bastante investigadas: as antenas de microfita, relatadas no capítulo 2 desta tese e as antenas ressoadoras dielétricas (DRA s). Ambas são altamente adequadas para o desenvolvimento destes sistemas modernos de comunicação sem fio. Neste capítulo, serão relatados os conhecimentos básicos sobre os estudos relacionados às antenas ressoadoras dielétricas e suas principais aplicações. 3.2 Antenas de Ressoador Dielétrico Durante muitos anos, o ressoador dielétrico (DR) foi utilizado principalmente, em circuitos de micro-ondas, tais como osciladores e filtros. Geralmente, eles são construídos de material de alta permissividade, com constante dielétrica ε r > 20, um fator de qualidade (Q) com variações entre 50 e 500, mas, que podem ser tão elevada podendo chegar à Tendo em vista todas estas aplicações tradicionais, os ressoadores dielétricos geralmente eram tratados como um dispositivo de armazenamento de energia em vez de um elemento radiante. Embora os ressoadores dielétricos abertos tenham sido usados durante muitos anos para irradiar [23-27], a ideia de usá-lo como uma antena não foi amplamente aceita até o surgimento do primeiro artigo original de uma antena ressoadora dielétrica cilíndrica (CDRA) [23-27], publicado em Após o surgimento desses estudos de CDRA, foram investigados, posteriormente, novas geometrias de DRA: a retangular e a hemisférica [23-27]. Tais trabalhos foram o princípio de futuras investigações sobre as antenas ressoadoras dielétricas. Outras formas, também, foram estudadas, incluindo os formatos triangulares, de cápsulas esféricas e cilíndricas em formato de anel. A Figura 3.1 mostra uma foto de várias geometrias de DRA. 38

39 Figura 3.1: Blocos de cerâmicas dielétricas desenvolvidas em laboratório. Verificou-se que, independente das formas, seus modos fundamentais de operação irradiam como um dipolo magnético. Em comparação com as antenas de microfita, as antenas ressoadoras dielétricas tem uma largura de banda muito maior (~ 10%, para constantes dielétricas ε r ~ 10). Isto ocorre porque a antena de microfita irradia somente através de duas fendas estreitas de radiação, enquanto que a DRA irradia através de toda a sua superfície, exceto a parte com plano de terra. Apesar de possuírem muitas características em comum, existe uma vantagem que tornam as DRA s mais atraentes do que as antenas de microfita, pois as mesmas evitam os efeitos indesejados das ondas de superfície. Além disso, praticamente todos os métodos de excitação aplicáveis à antena de microfita também podem ser usados para a DRA. 39

40 3.3 Métodos de Excitação aplicados às Antenas de Ressoador Dielétrico Vários são os métodos de excitação estudados ao longo dos anos. Exemplos disso, pode-se citar: 1. A excitação por probe coaxial [23-25, 28-30], Figura 3.2. Figura 3.2: Excitação de DRA utilizando probe coaxial. 2. O acoplamento por abertura, Figura 3.3. Figura 3.3: Excitação da DRA hemisférica utilizando acoplamento por abertura. 40

41 3. A alimentação por linha de microfita [26-27, 30-37], Figura 3.4, entre outros. Figura 3.4: Excitação da DRA utilizando linha de microfita. Para a maioria das aplicações práticas, independente da sua utilização, a energia das DRA s deve ser acoplada para dentro ou para fora do elemento por meio de uma ou mais portas. O tipo de porta utilizada na excitação e a sua localização em relação à DRA determina qual o modo que vai ser excitado e a quantidade de energia que será acoplada entre a porta e a antena. Os modos de excitação gerados e a resposta em frequência são muito importantes na determinação do seu desempenho. Embora haja uma dificuldade em determinar seus parâmetros sem a utilização de métodos numéricos, uma grande dose de conhecimento pode ser obtida conhecendo as distribuições de campo aproximados, fazendo uso do teorema da reciprocidade de Lorentz e a teoria utilizada em circuitos ressonantes [26]. 41

42 3.4 Geometrias de DRA DRA Cilíndrica (CDRA) Vários tipos de análises de CDRA cilíndrico foram estudadas em [23-27], utilizando o modelo de parede magnética, juntamente com a norma de coordenadas cilíndricas Frequência de Ressonância A frequência de ressonância é um dos parâmetros importantes e necessário para projetar uma antena ressoadora dielétrica. O cálculo aproximado da frequência de ressonância para o TM 01δ e modo HE 11δ para DRA cilíndrica convencional pode ser feito de acordo com as expressões abaixo [26, 38]: Para o modo TM 01δ, a frequência de ressonância é calculada por: f c 2 r = 3,83 + ( ε + ) 2π a 2 r π a 2h (3.1) onde, Q é representado por: Q rad = 0, ε 0, , r a 38 ε r x 1 0,3 0,2 h 28 a a x 9, ,33 h h e 4,32226 e a 3,5 h (3.2) onde, a, h, e ε r, são, o raio, a altura e a constante dielétrica do ressoador, respectivamente. Para o modo HE 11δ, a frequência de ressonância é calculada por: f r 2 6,324 a a = 0, ,36 + 0, 02 a ( ε 2) 2h 2h r + (3.3) 42

43 onde, Q é representado por: Q rad 2 a 1 a 205 1,3 a 2 h 80 h = 0, 01007ε r e h (3.4) dada por: O fator de qualidade (Q), pode ser usado para estimar a largura de banda da DRA, VSWR 1 BW = Q VSWR rad (3.5) DRA Hemisférica O primeiro trabalho teórico sobre a análise teórica das DRA s hemisféricas, foi idealizado por Leung, em 1993 [38]. A Figura 3.5 mostra esta configuração. Figura 3.5: Antena de ressoador dielétrico hemisférica. A geometria hemisférica oferece uma vantagem sobre as formas retangulares e cilíndricas, onde a interface entre o dielétrico e o ar é mais simples, e assim, uma expressão fechada pode ser obtida através das funções de Green s. 43

44 3.4.3 DRA Retangular As DRA s com geometrias retangulares são ainda mais difíceis de analisar que àquelas com formato cilíndrico, devido ao aumento dos contornos em suas bordas. Normalmente, o modelo de guia de onda dielétrico é utilizado para analisar o problema [36]. Nesta abordagem, a vista superior de sua superfície e duas paredes laterais da DRA são consideradas paredes magnéticas perfeitas. As outras duas paredes laterais são magnéticas imperfeitos. Uma vez que, normalmente, o DRA reside em um plano de terra condução, uma parede elétrica é assumido para a superfície inferior. Um dos métodos mais precisos de análise, mas, que consome um tempo de processamento mais elevado, é o FDTD, estudado por Shum e Lucas [36] ao analisar a geometria de uma DRA retangular excitada por acoplamento de abertura. 3.5 Largura de Banda das Antenas de Ressoador Dielétrico Técnicas de aprimoramento de largura de banda para as DRA s têm sido um assunto bastante discutido na comunidade científica. Estudos preliminares foram analisados em 1989 por [36], onde duas DRA s diferentes foram empilhados uma em cima da outro, gerando multicamadas. Em [26], foi utilizado o método de multicamadas, com três DRA s empilhadas para aumentar ainda mais a largura de banda da antena. Em [37], foi introduzido uma abertura de ar entre as camadas empilhadas das DRA s. Foram utilizadas cerâmicas de alta permissividade e bons resultados foram obtidos. Várias outras estruturas e métodos foram analisados ao longo dos anos para que fossem aprimoradas as configurações das antenas ressoadoras dielétricas. 44

45 Neste trabalho, será discutida uma dessas estruturas, utilizando uma cerâmica de alta permissividade elétrica e os resultados serão apresentados. 3.6 Conclusões As antenas ressoadoras dielétricas continuam em crescente ascensão e o seu desenvolvimento tem sido cada vez mais promissor no desenvolvimento de novas estruturas. Diferentes aspectos de DRA já foram abordados na literatura e neste capítulo foram incluídos seus princípios básicos de funcionamento, os método de excitação utilizados nestas estruturas, as principais geometrias existentes e as vantagens em termos de largura de banda que estas antenas oferecem. Várias teorias têm sido desenvolvidas e confirmadas por medições e muitas aplicações podem ter espaço fazendo uso deste tipo de antenas. 45