Projeto e análise de antenas patch compactas com contornos fractais de Koch

Paulo Henrique da Fonseca Silva

Centro Federal de Educação Tecnológica da Paraíba (CEFET-PB) Brasil

Elder Eldervitch Carneiro de Oliveira

ORCID iD Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) Brasil

Sandro Gonçalves da Silva

Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) Brasil

Resumo

Este artigo apresenta uma proposta para a miniaturização de antenas em microfita, do tipo inset-fed patch retangular, através da aplicação de curvas fractais de Koch aos seus contornos retilíneos. Em comparação com as antenas em microfita convencionais, as antenas patch com contornos fractais apresentam frequências de ressonância inferiores, possibilitando a fabricação de estruturas ainda mais compactas. A técnica inset-fed é investigada pela primeira vez para o casamento de impedâncias das antenas fractais, que são alimentadas através de linhas de microfita com reentrâncias. Na fase de projeto, as dimensões das antenas foram otimizadas com o auxílio do software Ansoft DesignerTM, usado para a análise precisa do comportamento eletromagnético das antenas através do método dos momentos. A partir destas simulações, vários protótipos de antenas foram construídos através da aplicação de dois tipos de contornos fractais de Koch: triangular e retangular. Para a validação da metodologia empregada, um estudo comparativo dos resultados medidos e simulados foi realizado. As simulações indicaram que as antenas fractais propostas apresentam diagramas de radiação do tipo ‘broadside’, que são similares ao de um patch retangular. Em relação à área ocupada por uma antena patch retangular, verificou-se que: para uma mesma frequência de operação, a antena fractal de Koch triangular ocupa uma área até 28,6% menor, enquanto a antena fractal de Koch retangular ocupa uma área até 40,8% menor.

Palavras-chave


antenas patch fractais; curva de Koch; miniaturização; casamento de impedâncias


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Referências


BALANIS, C. A., Antenna Theory-analysis and Design. New York: John Wiley & Sons, 2nd ed. 1997. 941 p.

BARNSLEY, M. F. Fractals Everywhere. Academic Press Inc., Atlanta, 1988.

COHEN, N. Fractal Antenna Applications in Wireless Telecommunications. Proceedings of Electronics Industries Forum of New England, p. 43-49, 1997.

FALCONER, K., Fractal Geometry – Mathematical Foundations and Applications. New York: John Wiley & Sons, 1990. 337 p.

GIANVITTORIO, J. P., SAMMI, Y. R., Fractal antennas: A novel miniaturization technique and applications”. IEEE Antenna’s and Propagation Magazine, v. 44, p. 20–36, 2002.

HAMMERSTAD, E. O., Equations for Microstrip Design. PROCEEDINGS OF FIFTH EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE, p. 268-272, 1975.

KIM, I. K., YOOK, J. G., PARK, H. K., Fractal-Shape Small Size Microstrip Patch Antenna, Microwave and Optical Technology Letters, v. 34, p.15 – 17, 2002.

LO, T. K., HO, C., HWANG, Y., LAM, E. LEE, B. Miniature aperture-coupled microstrip antenna of very high permitivity. Electronic Letters, v. 33, p. 9-10, 1997.

MAYES, P. E., Frequency-independent antenna and broad-band derivatives thereof, Proceedings of the IEEE, v. 80, p.103–112, 1992.

PUENTE, C. B., ROMEU, J., POUS, R., CARDAMA, A. On the Behavior of the Sierpinski Multiband Fractal Antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, v. 46, p. 517-524, 1998.

PUENTE, C. B. ROMEU, J., POUS, R., CARDAMA, “The Koch monopole: a small fractal antenna”. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, v. 48, p.1773-1781, 2000.

RAMESH, M., KB, Y. Design Formula for Inset Fed Microstrip Patch Antenna. Journal of Microwaves and Optoelectronics, v. 3, p. 5-10, 2003.

SAINATI, R. A., CAD of Microstrip Antennas for Wireless Applications, Artech House, Norwood, MA, 1996.

VINOY, K. J., ABRAHAM, J. K., VARADAN, V. K., On the Relationship Between Fractal Dimension and the Performance of Multi-Resonant Dipole Antennas Using Koch Curves. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, v. 51, p. 2296-2303, 2003.

WANG, H. Y. E LANCASTER, M. J., Aperture-coupled thin-film superconducting meander antennas, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, v. 47, p. 829–836, 1997

WATERHOUSE, R. B. Small Microstrip Path Antenna. Eletronic Letters, v. 31, p. 604-605, 1995.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-03062015v1n16p91-99

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