Desenvolvimento de estruturas integradas de filtros e antenas para aplicações em sistemas de comunicações sem fio

This paper presents a study of the integration of filters and microstrip antennas, yielding devices named as filtennas for applications in wireless communications systems. The design of these structures is given from the observation of filtennas based integration between horn antennas and frequency selective surfaces (FSS), used in the band X. The choice of microstrip line structures for the development of a new configuration filtennas justifies the wide application of these transmission lines, in recent decades, always resulting in the production of circuit structures with planar light-weight, compact size, low cost, easy to construct and particularly easy to integrate with other microwave circuits. In addition, the antenna structure considered for the composition of filtennas consists of a planar monopole microstrip to microstrip filters integrated in the feed line of the antenna. In particular, are considered elliptical monopole microstrip (operating in UWB UWB) microstrip filters and (in structures with associated sections in series and / or coupled). In addition, the monopole microstrip has a proper bandwidth and omnidirectional radiation pattern, such that its integration with microstrip filters results in decreased bandwidth, but with slight changes in the radiation pattern. The methods used in the analysis of monopoles, and filters were filtennas finite elements and moments by using commercial software Ansoft Designer and HFSS Ansoft, respectively. Specifically, we analyze the main characteristics of filtennas, such as radiation pattern, gain and bandwidth. Were designed, constructed and measures, several structures filtennas, for validation of the simulated results. Were also used computational tools (CAD) in the process of building prototypes of planar monopoles, filters and filtennas. The prototypes were constructed on substrates of glass-fiber (FR4). Measurements were performed at the Laboratory for Telecommunications UFRN. Comparisons were made between simulated and measured, and found good agreement in the cases consideredConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqEste trabalho apresenta um estudo da integração de filtros e antenas de microfita, originando dispositivos denominados como filtennas, para aplicações em sistemas de comunicações sem fio. A concepção destas estruturas surgiu da observação de filtennas baseadas na integração entre antenas cornetas e superfícies seletivas de frequência (FSS), usadas na banda X. A opção por estruturas de linhas de microfita para o desenvolvimento de uma nova configuração de filtennas se justifica pela larga aplicação dessas linhas de transmissão, nas últimas décadas, resultando sempre na fabricação de circuitos planares com estruturas leves, de dimensões reduzidas, de baixo custo, fáceis de construir e, principalmente, fáceis de integrar com outros circuitos de micro-ondas. Além disso, a estrutura de antena considerada para a composição das filtennas consiste de um monopolo planar de microfita com a integração de filtros de microfita na linha de alimentação da antena. Em particular, são considerados monopolos elípticos de microfita (que operam em banda ultralarga, UWB) e filtros de microfita (em estruturas com seções associadas em série e/ou acopladas). Além disso, o monopolo de microfita apresenta uma largura de banda adequada e um diagrama de radiação omnidirecional, de tal forma que a sua integração com filtros de microfita resulta na redução da largura de banda, porém com pequenas alterações no diagrama de radiação. Os métodos usados na análise dos monopolos, filtros e filtennas foram os dos elementos finitos e dos momentos, através da utilização dos softwares comerciais Ansoft Designer e Ansoft HFSS, respectivamente. Especificamente, são analisadas as características principais das filtennas, tais como: diagrama de radiação, ganho e largura de banda. Foram projetadas, construídas e medidas, diversas estruturas de filtennas, para fins de validação dos resultados simulados. Também foram utilizadas ferramentas computacionais (CAD) no processo de construção de protótipos dos monopolos planares, dos filtros e das filtennas. Os protótipos foram construídos sobre substratos de fibra de vidro (FR4). As medições foram realizadas no Laboratório de Telecomunicações da UFRN. Foram efetuadas comparações entre resultados simulados e medidos, sendo observada uma boa concordância nos casos considerado