Desenvolvimento de um modelo de antena patch reconfigurável nas faixas 3G, 4G e Wi-Fi

Abstract

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um modelo de antena patch de microfita com modificações a fim de torná-la reconfigurável em frequência. Foram desenvolvidas duas antenas de mesmo modelo e dimensões diferentes, com objetivo de comutar uma das antenas entre frequências Wi-Fi (2,4 GHz), baseado no padrão IEEE 802.11, e frequências 3G (2,1 GHz) e a outra antena entre Wi-Fi (2,4 GHz) e 4G (1,8 GHz). Estas frequências foram definidas devido à relevância que possuem, sendo amplamente utilizadas em dispositivos móveis. A motivação do desenvolvimento de um modelo de antena reconfigurável em frequência é devido à importância da reconfigurabilidade em sistemas de rádio cognitivos, embora o tema deste trabalho não seja sobre sistemas de rádios cognitivos. As técnicas de reconfigurabilidade utilizadas baseiam-se no controle do comprimento elétrico da antena em altas frequências com tensões de polarização em corrente contínua, utilizando o Diodo PIN, que atua como uma chave em altas frequências, controlado por uma rede de polarização CC. Os Diodos PIN são comutados de forma a alterar o comprimento elétrico da antena patch e ao mesmo tempo adaptar a sua impedância para a frequência de interesse. O funcionamento da antena é testado via simulações no software CST Studio Suite ® e validado com o modelo confeccionado da antena medido em um analisador de rede vetorial (VNA).

This work describes the development of a microstrip patch antenna model with modifications in order to make it frequency reconfigurable. Two antennas of the same model and different dimensions were developed, switching one antenna between 2.4 Wi-Fi Band, based on IEEE 802.11 standart, and 3G (2.1 GHz) and the other antenna between Wi-Fi (2.4 GHz) and 4G (1.8 GHz). These frequencies were defined due to the relevance they have, being widely used in mobile devices. The motivation of this frequency reconfigurable antenna model development is due to the importance of the reconfigurability feature in cognitive radio systems, even though cognitive radios isn’t this work’s theme. The reconfigurability techniques used are based in the control of the antenna’s electric length in high frequencies through DC polarization voltage, using the Pin Diode, which acts as RF switch, controlled by a DC network. The Pin Diodes are switched in a way that alters the antenna’s electric length and adapts it’s impedance at the goal frequencies. The antenna’s operation is tested through simulations in CST Studio Suite ® and validated with the prototiped antenna model measured with a vector network analyzer (VNA).