Implementação de uma antena ressoadora magneto-dielétrica cilíndrica baseada na matriz YIG para o controle dos modos de propagação HEM11δ, TE01δ e TM01δ. - COSTA, Andrécia Pereira da. (2021)
As antenas ressoadoras magneto-dielétricas, (MDRA, magnetic dielectric resonant antennas) estão sendo investigadas por diversos pesquisadores por suas variadas características e aplicações. Dentre essas características, alta constante dielétrica e magnética, fundamentaispara sua miniaturização, baixas perdas dielétricas, comparadas aos materiais metálicos, facilidade de excitação visando a geração de modos de propagação e seletividade de magnetização. Neste trabalho são apresentados os resultados do estudo de uma MDRA com geometria cilíndrica, baseada na matriz (Yttrium Iron Garnet, YIG), visando controlar os modos de propagação HEM11δ, TE01δ e TM01δ, que podem ser controlados individualmente na mesma antena, ou excitar cada porta independentemente ao mesmo tempo ou não, permitindo excitar um modo de cada vez em cada porta. São apresentados resultados analíticos a partir das expressões matemáticas disponíveis na literatura especializada, resultados numéricos obtidos utilizando o programa computacional CST Studio e resultados experimentais, observando-se uma concordância entre os mesmos. É apresentado o projeto de três MDRAs, todas alimentadas por linha de microfita com impedância de entrada de 50 Ω. A primeira antena gerou a frequência medida de 5,78 GHz para o modo HEM11δ, a segunda antena excitou os modos HEM11δ, TE01δ para as frequências medidas 5,78 GHz e 6,75 GHz, respectivamente, e a terceira antena gerou os modos HEM11δ, TE01δ e TM01δ para as frequências medidas 5,75 GHz, 6,86 GHz e 8,37 GHz, controladas independentemente. As antenas foram fabricadas em substrato de fibra de vidro FR4 de baixo custo e possui plano de terra. O ressoador magneto-dielétrico foi fabricado usando o material cerâmico magnético originado das ferritas YIG de composição Y3Fe2(FeO4)3 ou Y3Fe5O12, sendo o mesmo posicionado sobre o substrato dielétrico. Foram analisados os parâmetros de espalhamento S, nas faixas de frequência de 4,9 GHz a 9,5 GHz, em que esses resultados estão dentro do esperado. Também foram apresentados os diagramas de irradiação em 2-D e 3-D. As três MDRAs projetadas foram analisadas numericamente, sendo possível fabricar e caracterizar experimentalmente as três MDRAs propostas. O controle dos modos foi obtido a partir da segunda e terceira antena projetadas, sendo possível excitar os modos HEM11δ, TE01δ e TM01δ e controlá-los de forma independente. Também foram obtidos resultados referentes ao efeito do campo magnético da segunda antena, característica importante na seletividade de magnetização, podendo ser controlada eletronicamente. Diante disso, a MDCRA apresentou características de miniaturização, modos de propagação e frequência controlados individualmente, com potencial para aplicação nos sistemas de comunicações sem fio.