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

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)