Desenvolvimento de dispositivos de micro-ondas usando técnicas de manufatura aditiva.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Oliveira Neto, Antonio Mendes de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Absorbers; Absorvedores; Additive manufacturing; Capacitive energy transfer; Conductive filaments; Dielectric gradient; Dielectric lens; Dielétricos; Gradiente dielétrico; Lente dielétrica; Manufatura aditiva; Transferência capacitiva
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-21092023-074214/

Metamateriais dielétricos foram utilizados na última década para a produção de dispositivos na área de micro-ondas e ondas milimétricas, incluindo pesquisa e produção de lentes dielétricas, dispositivos de transição entre seções e absorvedores. Na área de circuitos, esses materiais são explorados para a produção de substratos para filtros, acopladores, divisores, ou qualquer circuito que necessite de variação da constante dielétrica (r) do substrato. As técnicas atuais de construção de metamateriais dielétricos incluem a combinação de materiais com r distintos, com grandes variações nos valores de r ao longo do substrato. A produção de substratos com espaços vazios, como furos, também permite variar o gradiente dielétrico do material de forma gradual. Em tecnologias de manufatura aditiva, como a impressão 3D, diversos estudos relataram a produção de metamateriais dielétricos com intercalação de ar, através de padrões hachurados. Este trabalho propõe uma nova técnica envolvendo processos de impressão 3D, que são capazes de misturar materiais com r diferentes. Com isso, é possível produzir gradientes dielétricos sólidos sem a presença de furos, fornecendo uma nova abordagem para a produção deste tipo de dispositivo. Para confirmar a funcionalidade da técnica, foi produzida uma lente dielétrica com ação focalizadora, com ganhos de até 1,98 dBi em campo distante. Este trabalho também demonstrou que é possível incluir as geometrias internas para produzir fenômenos físicos de difração, refração e reflexão semelhantes aos produzidos pelas geometrias externas na forma de padrões internos, que podem ser incluídos como parâmetros de design no desenvolvimento de dispositivos de RF. Foi desenvolvido um protótipo de um absorvedor que utilizou um conjunto interno de geometrias com fractais. O protótipo foi medido e apresentou resultados compatíveis com sua versão sólida, utilizando uma menor quantidade de material na sua construção e com absorções superiores a 99,9% em diversas frequências. Neste trabalho foi explorado como filamentos condutivos podem ser utilizados na produção de protótipos de dispositivos construídos a partir de técnicas de impressão 3D. Circuitos de transferência de energia podem ser explorados utilizando-se as técnicas desenvolvidas nesta pesquisa. Um circuito de transferência capacitiva de energia foi modelado, seu protótipo foi impresso e suas propriedades de transferência de energia foram analisadas. Foi identificado que a transferência de energia capacitiva pode ser conseguida utilizando-se apenas de materiais e tecnologias de impressão 3D. O trabalho finaliza apresentando novas oportunidades de pesquisa utilizando as técnicas desenvolvidas no trabalho.