Universidade Federal do Rio Grande do Norte: Caracterização de superfícies seletivas de frequência de periódicas e não-periódicas
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Title: Caracterização de superfícies seletivas de frequência de periódicas e não-periódicas
Keywords: Superfícies seletivas de frequência;FSS;Estruturas não-periódicas;FSS finitas;Método de onda completa;FSS flexível
Citation: ARAÚJO, Lincoln Machado de. Caracterização de superfícies seletivas de frequência de periódicas e não-periódicas. 2014. 79f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2014.
Portuguese Abstract: Os últimos anos foram marcados por um grande interesse no uso de superfícies seletivas de frequência (FSS), como filtros espaciais, em diversas aplicações em microondas. Dentre estas, destacam-se as aplicações em sistemas de telecomunicações (tais como: comunicações por satélite e radar), antenas de ganho elevado (em estruturas combinadas com antenas planares) e fornos de micro-ondas (domésticos e industriais). As FSS são geralmente compostas por arranjos periódicos bidimensionais, com elementos igualmente espaçados, que podem ser patches metálicos (impressos em substratos dielétricos) ou aberturas (perfuradas em superfícies metálicas finas). Nestas configurações (de arranjos periódicos), as FSS vêm conseguindo atender às demandas da indústria de telecomunicações de maneira satisfatória. Entretanto, novas demandas vêm encontrando limitações na tecnologia empregada. Neste contexto, requisitos de filtragem adversos vêm forçando os projetistas de FSS a utilizarem métodos de otimização na tentativa de encontrar formatos específicos para seus elementos, por exemplo. Outra alternativa que vem sendo utilizada para aumentar a seletividade das FSS é o cascateamento, uma técnica simples que tem como principal ponto negativo o aumento das dimensões da estrutura, assim como do seu peso. Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma nova classe de superfícies seletivas de frequência (FSS), constituídas de arranjos quase-periódicos (ou não-periódicos). Resultados de superfícies seletivas de frequência não-periódicas e flexíveis também serão apresentados, mostrando uma nova gama de aplicações. Portanto, as FSS propostas não apresentam periodicidade em relação à posição espacial dos seus elementos. As respostas em frequência destas estruturas foram simuladas utilizando softwares comerciais que implementam métodos de onda completa. Para validação do estudo efetuado, foram construídos e medidos protótipos das FSS propostas, tendo sido observada uma boa concordância entre os resultados simulados e medidos. São apresentadas e comentadas as principais conclusões deste estudo, além de indicadas sugestões para a sua continuidade.
Abstract: The past years have seen a great interest in the use of frequency selective surfaces (FSS), as spatial filters, in many microwave applications. Among these, we highlight applications in telecommunication systems (such as satellite communications and radar), high gain antennas (combined with planar antennas) and (home and industrial) microwave ovens. The FSS is usually composed of two-dimensional periodic arrays, with equally spaced elements, which may be metallic patches (printed on dielectric substrates) or aperture (holes in thin metal surfaces). Using periodic arrays, the FSS have been able to meet the demands of the telecommunications industry. However, new demands are finding technological limitations. In this context, adverse filtering requirements have forced designers to use FSS optimization methods to find specific formats of FSS elements. Another alternative that has been used to increase the selectivity of the FSS is the cascaded FSS, a simple technique that has as main drawback the increased dimensions of the structure, as well as its weight. This work proposes the development of a new class of selective surfaces frequency (FSS) composed of quasi-periodic (or non-periodic) arrangements. The proposed FSS have no array periodicity, in relation with the spatial position of their elements. The frequency responses of these structures were simulated using commercial softwares that implement full-wave methods. For the purpose of validation of this study, FSS prototypes were built and measured, being possible to observe a good agreement between simulated and measured results. The main conclusions of this work are presented, as well as suggestions for future works.