antena de microfita com plano de terra estendido

ANTENA DE MICROFITA COM PLANO DE TERRA ESTENDIDO
Juner M. Vieira(1), Marcos V. T. Heckler(2)
(1)
Estudante bolsista do PET CTC; Universidade Federal do Pampa; Alegrete, Rio Grande do Sul;
[email protected].
(2)
Professor-orientador;
Universidade
Federal
do
Pampa;
Alegrete,
Rio
Grande
do
Sul;
[email protected].
RESUMO: Este trabalho apresenta o estudo de uma antena de microfita com plano de terra (GND) estendido, para a
coleta de dados ambientais na faixa de UHF, como colaboração ao Projeto CONASAT. Para aumentar o GND efetivo e
aperfeiçoar a relação frente-costas da antena, foram fixadas fitas metálicas ao GND. As antenas foram projetadas no
®
software de simulação Ansoft HFSS (High Frequency Structure Simulator), e o desempenho das antenas foi avaliado
utilizando dois modelos geométricos diferentes de fitas. Com a utilização de fitas metálicas, o ganho da antena
melhorou 1,3 dBi, o que resultou em um aumento de 12 dB no resultado da razão frente-costas em relação à antena de
microfita tradicional. Estes resultados representam uma grande melhora no desempenho da antena com pouco aumento
no volume e peso.
Palavras-Chave: Antena de Microfita, Nano-satélite, Antena para UHF.
INTRODUÇÃO
Através do desenvolvimento de nano-satélites, o Projeto CONASAT visa a complementar o segmento
espacial do Sistema Brasileiro de Coleta de Dados (SBCD) (CARVALHO et al, 2013). O modelo do nanosatélite para a missão do CONASAT é o desenvolvido pelo Space Flight Laboratory da Universidade de
Toronto (modelo cúbico com arestas de 20 cm e massa máxima de 10 kg), que inclui quatro abas
articuladas (LIMA et al, 2011).
Os nano-satélites são responsáveis pela coleta de dados fornecidos pelas plataformas de coleta de
dados (PCD’s) e pela transmissão destes para as estações de recepção e para o Centro de Missão de
Coleta de Dados (CMCD) (YAMAGUTI et al, 2009). As antenas estudadas neste trabalho serão instaladas
nas quatro abas e serão responsáveis pela comunicação PCD’s—Nano-satélite.
Devido às pequenas dimensões elétricas do nano-satélite o desempenho operacional das antenas em
sua geometria tradicional fica prejudicado. Buscando uma solução para compensar esta limitação, este
artigo apresenta estudo de uma antena de microfita com o plano de terra (GND) efetivo estendido,
anexando hastes cilíndricas ou fitas metálicas ao plano de terra da antena.
METODOLOGIA
Os parâmetros do projeto são os seguintes: polarização circular à direita (RHCP); razão axial (AR)
menor que 6 dB; impedância de entrada (Z0) de 50 Ω e largura de banda (BW) de 5 MHz.
A alimentação da antena é por acoplamento eletromagnético. Foram utilizadas duas camadas de
substrato dielétrico do modelo Taconic CER-10, com constante dielétrica
igual a
e espessura
de
(TACONIC CORP., 2013). As duas camadas dielétricas foram coladas com o adesivo Fast Rise
27 (FR-27) (TACONIC CORP., 2013), com
e
. Com o truncamento dos cantos do
patch foi possível obter RHCP (BALANIS, 2009 e POZAR, 1992). A Figura 1-(a) apresenta o método de
alimentação da antena, e os modelos de antenas com GND estendido utilizando hastes cilíndricas e fitas
metálicas, Figuras 1-(b) e 1-(c), respectivamente. Os modelos de antenas foram projetados com auxilio do
software Ansys HFSS® (High Frequency Structure Simulator).
(a)
(b)
(c)
Figura 1 – (a) Corte Transversal de antena padrão e Vista Isomérica da antena com GND estendido
usando (b) hastes cilíndricas e com (c) fitas metálicas.
Anais do VII Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados do coeficiente de reflexão e ganho das antenas padrão e das com hastes cilíndricas e
com fitas retangulares são mostrados na Figura 2. Como se pode observar na Figura 2-(b), a antena padrão
apresentou grande radiação traseira (
, devido às dimensões do GND
serem
pequenas em relação ao comprimento de onda no espaço livre
. O ganho obtido para a antena
padrão foi de
, e a razão frente-costas foi de
.
(a)
(b)
Figura 2 – (a) Coeficiente de reflexão e (b) Diagrama no Plano de Elevação
.
Com a inclusão de fitas para expandir o GND da antena, houve uma considerável diminuição na
irradiação traseira. Consequentemente, o ganho da antena na direção principal
melhorou. O ganho
obtido com o uso de hastes cilíndricas foi de 3,29 dBi, e o obtido com fitas metálicas foi 3,32 dBi. Já a
relação frente-costas foi de 11,8 dB e 11,9 dB, respectivamente.
CONCLUSÕES
A utilização de hastes metálicas torna-se inviável para a instalação em nano-satélite, devido à
necessidade de motores para abri-las, acarretando um uso de espaço para apenas poucos minutos de
trabalho. Desta forma, a utilização de fitas metálicas flexíveis torna-se mais viável. Neste caso, as tiras são
dobradas antes do lançamento, e podem ser abertas automaticamente quando as abas articuladas com as
antenas se abrirem, poupando espaço e peso.
Foi obtida uma grande melhoria no desempenho da antena, com pouco aumento no volume e peso da
antena.
Finalmente, todos os requisitos em termos de Largura de Banda, polarização e razão axial foram
alcançados.
REFERÊNCIAS
BALANIS, C. A. Antenna Theory: analysis and design. John Wiley and Sons, 2012.
CARVALHO, M. J. M.; et al. CONASAT – Constelação de Nano Satélites para Coleta de Dados Ambientais. In: 16°
Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 2013. p. 9108-9115.
LIMA, J. S. S.; JOTHA, L. S.; BIONDI, R. B. Constelação de Nano Satélites para Coleta de Dados Ambientais:
Documento de Descrição da Missão. Disponível em: < http://www.crn2.inpe.br/conasat1/docprojeto.php>. Acesso em
24 mar. 2015.
POZAR, D. M. Microstrip antennas. Proccedings of the IEEE, vol. 80, n° 1, 1992. p. 79-91.
TACONIC Corp., Taconic – CER10, 2013. Disponível em: < http://www.taconic-add.com/pdf/cer10.pdf>. Acesso em 03
abr. 2015.
TACONIC Corp. FR27 – Fast Rise 27, 2013. Disponível em < http://www.taconic-add.com/pdf/fastrise27.pdf> Acesso
em 03 abr. 2015.
YAMAGUTI, W.; ORLANDO V.; PEREIRA, S. P. Sistema Brasileiro de Coleta de Dados Ambientais: Status e planos
futuros. In: 14° Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 2009. p. 1633-1640.
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