Análise e projeto de estruturas ultraminiaturizadas de FSS para aplicações em sistemas de sensoriamento de temperatura - Duarte, Mychael Jales (2023)
Este trabalho apresenta projeto e proposição de novas configurações de superfícies seletivas de frequência (FSS) ultraminiaturizadas, para aplicações em sistemas de sensoriamento de temperatura. São propostas duas FSS 2,5D com elementos inspirados em linhas metálicas convolucionadas com vias metálicas inseridas e impressas em um substrato dielétrico de FR4. As vias contribuem com os efeitos capacitivos e indutivos na estrutura, proporcionando a ultraminiaturização das dimensões das células unitárias. O tamanho das células unitárias das FSS propostas é igual a 4,42 % e 6,80 % dos comprimentos de ondas no espaço livre para as frequências de 2,21 GHz e 2,72 GHz (frequências de ressonância), respectivamente, tendo uma das estruturas propostas, apresentado comportamento em banda dupla. O princípio de funcionamento e operação das FSS é avaliado utilizando-se modelos de circuito equivalente propostos neste trabalho. Uma nova aplicação para FSS ultraminiaturizadas baseadas em geometrias convolucionadas como sensores de temperatura sem contato é analisada nesta tese. De acordo com a literatura, a permissividade elétrica do material dielétrico utilizado como substrato da FSS, sofre alteração com a mudança da temperatura do ambiente em que o circuito está inserido, alterando desta forma sua resposta em frequência. Análises numéricas foram realizadas, constatando-se que as FSS apresentaram uma relação linear entre a frequência de ressonância e temperatura. Os resultados numéricos simulados para os protótipos projetados foram obtidos pelo software ANSYS HFSS e pelo modelo de circuito equivalente. Os protótipos dos sensores foram construídos e foi realizada a caracterização experimental dos coeficientes de transmissão, largura de banda e frequência de ressonância. Os dois sensores propostos foram analisados experimentalmente desde a temperatura ambiente até 120 °C e ambos apresentaram uma excelente sensibilidade às mudanças de temperatura, quando comparados a outros sensores da literatura. Os valores obtidos nos experimentos foram comparados e discutidos com os resultados das simulações, apresentando boa concordância.