Projeto e análise de sensores planares de microondas para caracterização dielétrica de materiais

The evolution of technology, making the measurement of the permittivity of a material increasingly important for antenna design. Thus, this work presents the design and development of three planar sensors (in microstrip technology) in microwave frequency ranges with the purpose of dielectric charact...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Soares, Elvis Ferreira
Outros Autores: Silva Neto, Valdemir Praxedes da
Formato: bachelorThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Ressoador
Complementary Split-ring Resonador
Interdigital Capacitor
Sensor Planar
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52243
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Soares, Elvis Ferreira
Projeto e análise de sensores planares de microondas para caracterização dielétrica de materiais
description The evolution of technology, making the measurement of the permittivity of a material increasingly important for antenna design. Thus, this work presents the design and development of three planar sensors (in microstrip technology) in microwave frequency ranges with the purpose of dielectric characterization of materials. This work is exploratory research, because the measurements were made through experimental tests. The three antennas are built on Epoxy FR-4 substrate with a thickness of 1.57 mm and relative permittivity ( 4) of 4.4. The three antennas have their bio-inspired patch in the shape of the tulip plant, with antenna 1 formed by the standard patch and the other two antennas, patched with a CSRR (Complementary Split-ring Resonator) and IDC (Interdigital Capacitor) resonator element. These insertions in the geometry of the patch antenna are made in order to increase the sensitivity of the sensor. The antennas are powered by a microstrip transmission line. The projects and simulations are carried out using the Ansoft HFSS software. In order to validate the project and investigate the frequency behavior, antenna prototypes were built and measured. As samples of materials for characterization, in this work four different dielectric materials were used, namely RT/duroid, Epoxy FR-4, RO3006 and RO3010. In the measurements, the samples were positioned in the center and above the patch element of each proposed antenna. After setting up the experiment, measurements were made to determine the electrical permittivity of the samples based on the variation of the resonant frequency of the antenna in each case. The sensitivity of the standard sensor (without resonator element) was compared with a sensor based on CSRR resonators and an IDC. The results of the experiment showed that the measured sensitivity of the CSRR sensor is 1.3422 to 1.4416 times greater than the standard sensor for the four samples with dielectric permittivity ranging from 1 to 10.2.
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The three antennas have their bio-inspired patch in the shape of the tulip plant, with antenna 1 formed by the standard patch and the other two antennas, patched with a CSRR (Complementary Split-ring Resonator) and IDC (Interdigital Capacitor) resonator element. These insertions in the geometry of the patch antenna are made in order to increase the sensitivity of the sensor. The antennas are powered by a microstrip transmission line. The projects and simulations are carried out using the Ansoft HFSS software. In order to validate the project and investigate the frequency behavior, antenna prototypes were built and measured. As samples of materials for characterization, in this work four different dielectric materials were used, namely RT/duroid, Epoxy FR-4, RO3006 and RO3010. In the measurements, the samples were positioned in the center and above the patch element of each proposed antenna. After setting up the experiment, measurements were made to determine the electrical permittivity of the samples based on the variation of the resonant frequency of the antenna in each case. The sensitivity of the standard sensor (without resonator element) was compared with a sensor based on CSRR resonators and an IDC. The results of the experiment showed that the measured sensitivity of the CSRR sensor is 1.3422 to 1.4416 times greater than the standard sensor for the four samples with dielectric permittivity ranging from 1 to 10.2. A evolução da tecnologia, tornando a medição da permissividade de um material cada vez mais importante para o projeto de antenas. Dessa forma, este trabalho apresenta o projeto e desenvolvimento de três sensores planares (em tecnologia de microfita) nas faixas de frequência de microondas com finalidade de caracterização dielétrica de materiais. Este trabalho trata-se de uma pesquisa de caráter exploratória, pois as medições foram feitas por meio de ensaios experimentais. As três antenas são construídas em substrato Epoxy FR-4 com espessura de 1,57 mm e permissividade relativa ( ) de 4,4. As três antenas possuem seu patch bio-inspirado em formato da flor de tulipa, sendo a antena 1 formada pelo patch referência e as outras duas antenas, patch com elemento ressonador CSRR (Complementary Split-ring Resonator) e IDC (Interdigital Capacitor). Estas inserções na geometria da antena patch são feitas com o objetivo de aumentar a sensibilidade do sensor. As antenas são alimentadas por uma linha de transmissão de microfita. Os projetos e simulações são realizados utilizando o software Ansoft HFSS. Com o intuito de validar o projeto e investigar o comportamento em frequência, protótipos das antenas foram construídos e medidos. Como amostras de materiais para caracterização, neste trabalho foram utilizados quatro materiais dielétricos diferentes, sendo eles RT/duroid, Epoxy FR-4, RO3006 e RO3010. Nas medições as amostras foram posicionadas no centro e acima do elemento patch de cada antena proposta. Após a configuração do experimento, foram feitas medições para determinar a permissividade elétrica das amostras com base na variação da frequência de ressonância da antena em cada caso. Foi comparado a sensibilidade do sensor referência (sem elemento ressoador) com sensor baseado nos ressoadores CSRR e um IDC. Os resultados do experimento mostraram que a sensibilidade medida do sensor CSRR é 1.3422 a 1.4416 vezes maior do que o sensor referência para as quatro amostras com permissividade dielétrica variando 1 a 10.2. 2023-05-03T11:35:19Z 2023-05-03T11:35:19Z 2022-12-12 bachelorThesis SOARES, Elvis Ferreira. Projeto e análise de sensores planares de microondas para caracterização dielétrica de materiais. Orientador: Valdemir Praxedes da Silva Neto. 2022. 61 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Telecomunicações) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52243 pt_BR Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN Engenharia de Telecomunicações Engenharia de Comunicações

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