Desenvolvimento de antenas de microfita com Patch em anel utilizando materiais ferrimagnéticos e metamateriais

In general, the materials used as substrates in the project of microstrip antennas are: isotropic, anisotropic dielectrics and ferrimagnetic materials (magnetic anisotropy). The use of ferrimagnetic materials as substrates in microstrip patch antennas has been concentrated on the analysis of antennas with circular and rectangular patches. However, a new class of materials, called metamaterials, has been currently the focus of a great deal of interest. These materials exhibit bianisotropic characteristics, with permittivity and permeability tensors. The main objective of this work is to develop a theoretical and numerical analysis for the radiation characteristics of annular ring microstrip antennas, using ferrites and metamaterials as substrates. The full wave analysis is performed in the Hankel transform domain through the application of the Hertz vector potentials. Considering the definition of the Hertz potentials and imposing the boundary conditions, the dyadic Green s function components are obtained relating the surface current density components at the plane of the patch to the electric field tangential components. Then, Galerkin s method is used to obtain a system of matrix equations, whose solution gives the antenna resonant frequency. From this modeling, it is possible to obtain numerical results for the resonant frequency, radiation pattern, return loss, and antenna bandwidth as a function of the annular ring physical parameters, for different configurations and substrates. The theoretical analysis was developed for annular ring microstrip antennas on a double ferrimagnetic/isotropic dielectric substrate or metamaterial/isotropic dielectric substrate. Also, the analysis for annular ring microstrip antennas on a single ferrimagnetic or metamaterial layer and for suspended antennas can be performed as particular cases

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Em geral, os materiais utilizados como substratos no projeto de antenas de microfita são: dielétricos isotrópicos, dielétricos anisotrópicos e ferrimagnéticos (anisotrópicos magnéticos). No entanto, o uso de materiais ferrimagnéticos em substratos de antenas de microfita do tipo patch tem-se concentrado em análises que utilizam geometrias circulares e retangulares. Na última década, uma nova classe de materiais com características bianisotrópicas, apresentando permissividade e permeabilidade tensoriais, tem surgido e despertado bastante interesse, sendo denominados metamateriais. Portanto, este trabalho apresenta uma análise teórica e numérica das características ressonantes de uma antena de microfita com patch em anel, utilizando como substratos materiais ferrimagnéticos e metamateriais. A análise utiliza o formalismo de onda completa através da aplicação do método dos potenciais vetoriais de Hertz, no domínio da transformada de Hankel. A definição dos potenciais vetoriais de Hertz e a imposição das condições de contorno adequadas à estrutura permitem determinar as funções diádicas de Green, relacionando as componentes da densidade de corrente no patch com as componentes tangenciais do campo elétrico. O método de Galerkin é então usado para obter a equação matricial, cuja solução não trivial fornece a freqüência de ressonância da antena. A partir da modelagem, é possível obter resultados para a freqüência de ressonância em função de vários parâmetros da antena de microfita com patch em anel, para diferentes configurações e substratos, além do diagrama de radiação, perda de retorno e da largura de banda. São consideradas estruturas de antenas de microfita com patch em anel sobre múltiplas camadas ferrimagnética/metamaterial sobre dielétrico isotrópico. A análise numérica para antenas com uma única camada ferrimagnética ou metamaterial e para antenas suspensas são obtidas como casos particulares