Análise e Projeto de Antenas de Microfita
Multicamadas
Projeto ITA/IEAv (Process FAPESP 02/14164-0)
Coordenador: Prof. José Carlos da Silva Lacava (ITA)
Equipe do IEAv : Valdir Augusto Serrão, Francisco Sircilli e
Marcos A. R. Franco
CRONOGRAMA
Etapas
1° semestre
2° semestre
3° semestre
4° semestre
ago03-jan04
fev04-jul04
ago04-jan05
fev05-jul05
1 – bibliografia
2-formulação 2D
3-implementação
de RCS
4-treinamento no
HFSS
5-aplicação do
HFSS a microfita
1 – realizada;
2 – realizada; vetorial com elementos de aresta; truncamento com PML;
3 – em andamento;
4 – em junho-julho de 2004 (interação inicial com Grupo de Antenas do ITA)
finalizar compras (Visual C++ net e Office 2003)
Recursos Obtidos
Valores aprovados pela FAPESP
Consumo
R$ 62.233,00
Permanente
R$ 34.405,00
Reserva Técnica (25%)
R$ 24.159,00
Valor total
R$ 120.797,00
Valores Alocados no IEAv
Consumo
R$ 56.710,00
Permanente
R$ 20.670,00
Valor total
R$ 77.380,00
Softwares adquiridos para o IEAv:
•GID: interface gráfica genérica para modelagem geométrica,
geração de malhas 2D e 3D, entrada de dados e visualização
de resultados de programas de simulação numérica
•FEMLAB: modelagem e simulação de problemas físicos,
baseados em equações diferenciais parciais (utiliza recursos
do módulo de processamento numérico Matlab)
•HFSS: simulação de problemas do eletromagnetismo em
geometrias 3D
Hardwares adquiridos para o IEAv:
• Três microcomputadores Pentium IV de 3GHz (2 x 2 GB e
1 x 3 GB de memória RAM, monitor de 17”.
Antena de microfita com um elemento irradiador
Elemento
irradiador
retangular.
Substrato
Plano de
terra.
Ponto de observação
θ
y
k0
φ
x
Z
Largura da placa
r i r ik ( x cos φ+ y sen φ) r
E = E0 e 0
z
Equação de Helmholtz na ausência de fontes:
• Formulação de Campo Total:
(
)
r 
r
 −1
∇ ×  µ r • ∇ × E  − k 02 ε r • E = 0


com as condições de contorno:
r
r
1) campo elétrico E conhecido (Dirichlet) em dada superfície, E ≠ 0 (na
porta)
r
2) E = 0 no espalhador condutor perfeito e nas fronteiras do domínio
geométrico
Fazendo
r r r
E = Ei + Ee
na equação acima, tem-se
• Formulação de Campo Espalhado:
(
r
 −1
∇ ×  µr • ∇ × Ee

)
(
r
r
 −1
 2
 − k0 εr • Ee = ∇ ×  µr • ∇ × Ei


)
r
 2
 − k0 εr • Ei

Com as condições de contorno:
r
r
1) n̂×Ee = − n̂×Ei
na superfície do espalhador condutor perfeito
r
2) E = 0 (Dirichlet) nas fronteiras do domínio geométrico
r i r ik ( x cos φ+ y sen φ) r
E = E0 e 0
z
Campo incidente
Equação de Helmoholtz
Campo espalhado
r
re
r
r
M eq = E x n̂ e J eq = n̂ x H
Correntes
re
k 0 e −i ( k 0r −π / 4)
E far field =
8π
r
∫∫e
r
ik 0 r ' .r̂
(
)
r r r r' r r r'
Z 0 r x r x J( r ) + r x M( r ) dl '
C
Campo distante
σ 2 D = lim 2πr
r →∞
E
E
e 2
z
i 2
z
FORMULAÇÃO DE CAMPO TOTAL
campo elétrico
conhecido na
linha (PORTA)
Lâmina condutora
E=0
Camada PML
FORMULAÇÃO DE CAMPO ESPALHADO
Lâmina condutora
Camada PML
r
r
(E s = − E i )
Resultado do FEMLAB (campo total): campo total originado por lâmina
condutora perfeita, horizontal, de comprimento 2λ, iluminada por onda
de polarização Ez (ou incidência TM), vinda de cima para baixo
Campo total originado por lâmina condutora horizontal com
incidência normal de cima para baixo
FEMLAB
nosso código
wt = 0 graus
campo total originado por placa condutora horizontal com
iluminação normal à placa (incidência TM)
FEMLAB
nosso código
Campo elétrico de placa condutora horizontal com polarização Ez ,
incidência normal à placa
campo elétrico
total para lâmina
condutora
campo elétrico incidente
+
campo elétrico espalhado
=
Campo elétrico de placa condutora horizontal com polarização Ez ,
incidência a 45 graus
campo elétrico total
campo elétrico incidente
+
campo elétrico espalhado
=
=
campo total originado por placa condutora horizontal com
iluminação normal à placa (incidência TM)
FEMLAB
Placa condutora perfeita iluminada a 45 graus
Campo elétrico total
Campo elétrico espalhado
nosso código
Bistatic scattering de lâmina condutora
iluminada a 120 graus (polarização Ez)
largura da lâmina = 2λ
expressão 11-33 do Ballanis
nosso código
SW ( σ2D /λ )
(dB)
ângulo de observação (graus)
ângulo de observação (graus)
RCS de lâmina com largura de 5 lâmbdas, iluminada a 90 graus
com incidência TM
Para onde esse projeto nos leva?
Fundamentação do fenômeno de
espalhamento de ondas
HFSS
Projeto aplicado a antenas (RCS)
Nosso futuro código
3D
Modelagem numérica 3D,
com ferrameta própria
FIM