Estudo de Técnicas de Miniaturização de Antenas de Microfita para Aplicações em CubeSats
Gustavo Lucas Dias Rocha
Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Samanta Mesquita de Holanda
Universidade Federal Rural do Semi-Árido: Mossoro, RN, BR
https://orcid.org/0000-0001-7686-7135
Palavras-chave: CubeSat, Antena de Microfita, Miniaturização de Antenas, Meander Line, Substratos Dielétricos para Antenas de Microfita.
Resumo
Este trabalho realiza o projeto, a simulação e a análise de antenas de microfita miniaturizadas operando em 2,45 GHz, com aplicação voltada a satélites do tipo CubeSat. Com base em fundamentos teóricos de eletromagnetismo aplicado, foram adotadas duas estratégias principais de miniaturização: a mudança do substrato, por meio da escolha de materiais dielétricos de alta permissividade relativa, e a alteração da geometria do patch para o formato meander line ou “dipolo curvado”. Quatro antenas distintas foram simuladas utilizando o software HFSS® (High Frequency Structure Simulator), considerando diferentes combinações de substratos (FR4 e Rogers TMM® 10i) e geometrias. Os parâmetros de desempenho analisados foram frequência de ressonância, coeficiente de reflexão, largura de banda, ganho e área física das antenas. Os resultados mostraram que a variação do substrato contribuiu para a redução de 35,8% da área da antena, mantendo o coeficiente de reflexão próximo a - 25 dB, com ganho máximo de até 5,03 dBi. Já a geometria meander line permitiu maior compactação, concedendo 74,2% de miniaturização quando utilizado o FR4 e 85,5% com o Rogers TMM® 10i. A grande redução das dimensões das antenas meander line ocorre devido a forma como o patch meander line “dobra” o comprimento do condutor dentro de uma área compacta, mostrando-se realmente eficaz nesse quesito. No entanto, as curvas do meandro acabam criando distribuições complexas de corrente, distorcendo o padrão de radiação e aumentando as perdas condutivas e dielétricas. Como consequência, a utilização desta técnica reduziu o ganho máximo para valores próximos a -5 dBi. Apesar da largura de banda próxima a 2% em todas as abordagens, os resultados estão dentro dos padrões esperados para antenas compactas. Com base nas observações feitas, fica claro que a miniaturização de antenas para CubeSats traz alguns desafios, como a necessidade de equilibrar compactação, eficiência e ganho. Isso significa que é preciso fazer escolhas cuidadosas sobre a geometria e o material do substrato. Torna-se critério do projetista analisar e buscar as melhores técnicas que garantem um desempenho eletromagnético elevado, sem deixar de lado as limitações físicas das plataformas espaciais.