Projeto e fabricação de antenas banda larga usando o processo de manufatura aditiva

• Processo: 20/09889-4
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2024
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Telecomunicações
• Pesquisador responsável: Rafael Abrantes Penchel
• Beneficiário: Rafael Abrantes Penchel
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia. Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus São João da Boa Vista. São João da Boa Vista , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: São João da Boa Vista
• Pesquisadores associados: André Luiz Jardini Munhoz ; Everton Coelho de Medeiros ; Guilherme Simon da Rosa ; Ivan Aritz Aldaya Garde ; João Pedro de Sousa Oliveira ; José Augusto de Oliveira ; Julian Arnaldo Avila Diaz ; Mirian Paula dos Santos
• Assunto(s): Teoria eletromagnética Propagação das ondas Ondas milimétricas Impressão tridimensional Antenas helicoidais Corneta coaxial para antena omnidirecional Método dos elementos finitos Algoritmos genéticos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: antena helicoidal | antena omnidirecional | Corneta Coaxial | Manufatura Aditiva | ondas milimétricas | Teoria Eletromagnética, Microondas, Propagação de Ondas, Antenas

Resumo

A necessidade conexão à internet de qualquer local e a todo momento, a demanda por serviços de transmissão de dados sem fio a taxas de transferência da ordem de gigabits por segundo e a expectativa de massificação da comunicação entre máquinas (i.e., a popularização da IoT -- Internet of Things) têm requerido características desafiadoras dos sistemas irradiantes em termos de dimensões, comportamento em banda e ganho. Como consequência, a complexidade da geometria das antenas cresce, requerendo o uso de novas técnicas de fabricação mais eficientes e que geram menor impacto ambiental. Na banda X (8 a 12 GHz) as antenas helicoidais são amplamente utilizadas nas comunicações móveis via satélite. Na banda Ka (26 a 40GHz) uma opção eficiente para cobertura ponto-multiponto são as antenas duplo-refletoras com cobertura omnidirecional alimentadas por uma corneta coaxial. O presente projeto de pesquisa propõe o desenvolvimento de novos modelos e protótipos de duas antenas (helicoidal, corneta coaxial e duplo-refletora omnidirecional) usando diferentes técnicas de fabricação, em particular o processo de manufatura aditiva. Inicialmente, as antenas serão projetadas, analisada através do software Ansys Eletrontic Desktop, módulo HFSS (High-Frequency Structure Simulator) usando o método dos elementos finitos (FEM - Finite Element Method) e otimizadas por algoritmos genéticos (GA - Genetic Algorithm). Para a antena helicoidal o objetivo é propor uma geometria alternativa à convencional que apresente melhor desempenho eletromagnético (i.e., ganho e coeficiente de reflexão ao longo da banda de operação). Para a antena corneta coaxial, o objetivo é propor uma estrutura que apresente a estabilidade do diagrama de radiação ao logo da banda de operação e, simultaneamente (se possível), minimize o coeficiente de reflexão (parâmetro |S11|). Os protótipos serão construídos usando diferentes técnicas de fabricação: manufatura aditiva (MA) de metais com fusão seletiva a laser, MA em polímero com metalização por LTP (Plasma de Baixa temperatura) da superfície e torneamento CNC (Comando Numérico Computadorizado). Os dispositivos terão sua performance eletromagnética avaliadas através da medição do coeficiente de reflexão e do diagrama de radiação. Os desempenhos ambientais dos protótipos serão comparados por meio da técnica Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), com base nas normas ABNT ISO 14040:2009 e ABNT ISO 14044:2009 e por meio do software GaBi Student. Consideram-se os melhores desempenhos ambientais os protótipos com menores potenciais de impactos ambientais. Este projeto tem grande potencial de patente tanto dos dispositivos como dos métodos de fabricação. (AU)

Publicações científicas

(8)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

PENCHEL, RAFAEL A.; MARTINS, NICHOLAS F.; ALDAYA, IVAN; DE OLIVEIRA, JOSE A.; DOS SANTOS, MIRIAN P.; JARDINI, ANDRE L.; AVILA, JULIAN; ROSA, GUILHERME S.. Performance evaluation of a novel monofilar helical antenna with tapered cross-section wire fabricated via metal additive manufacturing. AEU-INTERNATIONAL JOURNAL OF ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS, v. 175, p. 9-pg., 2024-01-03. (20/09889-4, 20/09079-2)

ROSA, GUILHERME S.; RIBEIRO, RAUL O.; SIMIONATO, ELIGIA; PENCHEL, RAFAEL A.. A Variational Rayleigh-Ritz Method for Modeling H -Plane Bend Rectangular Waveguides. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, v. N/A, p. 12-pg., 2024-07-10. (20/09889-4)

SIMIONATO, ELIGIA; ALDAYA, IVAN; ROSA, GUILHERME S.; LE, JOAO E. G.; SERRANO, ARIANA L. C.; REHDER, GUSTAVO P.; PENCHEL, RAFAEL A.. Two-axis beamsteering using a wideband Butler matrix and series-fed arrays for millimeter wave frequencies fabricated on metallic-nanowire-membrane platform. AEU-INTERNATIONAL JOURNAL OF ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS, v. 184, p. 9-pg., 2024-06-28. (20/09889-4, 23/12921-5, 24/01712-9, 22/03519-6)

SANTOS, RENAN A.; BERNARDO, HELTON S.; SPADOTI, DANILO H.; DA ROSA, GUILHERME S.; PENCHEL, RAFAEL A.. Gain Enhancement and Sidelobe Level Reduction of Microstrip Patch Antenna Under Operation of TM₅₀-Like Mode. IEEE OPEN JOURNAL OF ANTENNAS AND PROPAGATION, v. 5, n. 4, p. 11-pg., 2024-08-01. (20/09889-4)

DANTAS, LUCAS C.; COSSA, GRAZIELLE C.; PENCHEL, RAFAEL A.; DE OLIVEIRA, JOSE AUGUSTO; ABBADE, MARCELO L. F.; DE ABREU, LEANDRA I.; GARCIA, MARLON R.; GUILLARDI, HILDO, JR.; ALDAYA, IVAN. Machine learning for mitigation of nonlinear intersymbol interference in digital coherent optical communication systems. 2024 SBFOTON INTERNATIONAL OPTICS AND PHOTONICS CONFERENCE, SBFOTON IOPC 2024, v. N/A, p. 3-pg., 2024-01-01. (24/01712-9, 20/09889-4)

SIMIONATO, ELIGIA; ALDAYA, IVAN; DE OLIVEIRA, JOSE A.; JARDINI, ANDRE L.; AVILA, JULIAN; DA ROSA, GUILHERME S.; PENCHEL, RAFAEL A.. Design Guidelines and Performance Analysis of a Wideband Coaxial Horn Antenna Fabricated via Additive Manufacturing. IEEE OPEN JOURNAL OF ANTENNAS AND PROPAGATION, v. 5, n. 4, p. 12-pg., 2024-08-01. (20/09889-4, 19/20209-8)

PENCHEL, RAFAEL ABRANTES; ALDAYA, IVAN; MARIM, LUCAS; DOS SANTOS, MIRIAN PAULA; CARDOZO-FILHO, LUCIO; JEGATHEESAN, VEERIAH; DE OLIVEIRA, JOSE AUGUSTO. Analysis of Cleaner Production Performance in Manufacturing Companies Employing Artificial Neural Networks. APPLIED SCIENCES-BASEL, v. 13, n. 6, p. 15-pg., 2023-03-01. (20/11874-5, 20/09889-4)

DE MENDONCA, OTAAIO J.; PENCHEL, RAFAEL A.; DE OLIVEIRA, JOSE AUGUSTO; ABBADE, MARCELO L. F.; DE ABREU, LEANDRA I.; ALDAYA, IVAN. Mitigation of nonlinear distortion in single-channel coherent DP-16QAM optical interconnects employing decision tree-based classification. 2024 SBFOTON INTERNATIONAL OPTICS AND PHOTONICS CONFERENCE, SBFOTON IOPC 2024, v. N/A, p. 3-pg., 2024-01-01. (24/01712-9, 20/09889-4)