Síntese de redes lineares de antenas de microfita com diagramas de irradiação conformados para sistemas de comunicação 4G

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Schlosser, Edson Rodrigo
• Orientador(a): Heckler, Marcos Vinício Thomas
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Pampa
• Palavras-chave em Português: Algoritmos genéticos; Programação quadrática sequencial; Antenas de microfita; Redes de antenas; Conformação de feixe; Coeficientes de excitação; Sistemas 4G; Antenas em E; Coeficiente de excitação; Sistema 4G
• Palavras-chave em Inglês: Genetic algorithm; Sequence quadratic programming; Microstrip antennas; E-shaped antennas; Antenna arrays; Beam shaping; 4G System
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
• Link de acesso: http://dspace.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/254

Neste trabalho é apresentado um estudo de redes lineares de antenas com elementos isotrópicos e projetos em tecnologia de microfita, com diagrama de irradiação conformado e controle dos lóbulos secundários. A especificação a ser cumprida éa de uma antena para estações rádio-base operando na frequência alocada par a tecnologia 4G no Brasil. O trabalho descreve ferramentas computacionais que auxiliem na síntese de redes de antenas. Como resultado do processo de otimização, os coeficientes de excitação dos diversos elementos que compõem as redes de antenas são obtidos. Primeiramente é descrito o sistema de telefonia móvel celular, apresentando os principais pontos de interesse neste trabalho, tais como evolução dos sistemas de comunicação sem fio, conceito de reuso de frequência, capacidade do sistema, interferência co-canal e posicionamento das estações rádio-base no sistema celular, além das principais características elétricas das antenas utilizadas atualmente no atendimento aos assinantes. Em seguida, considera-se a existência de uma linha de visada entre a estação rádio-base e o usuário, possibilitando a obtenção do nível aproximado de potência recebida à medida este se afasta da torre. Como meta, deseja-se a distribuição uniforme da potência até o limite da célula, que resulta em um diagrama de irradiação para a antena na forma de cossecante ao quadrado. Além disso, busca-se a minimização da interferência co-canal e a redução do percentual de energia irradiada na região do horizonte. Métodos de síntese de diagrama são estudados e implementados em Matlab visanado a obtenção do diagrama desejado a partir dos coeficientes de excitação dos elementos da rede linear, tais como, método da Transformada de Fourier, de Woodward-Lawson e dos mínimos quadrados. Apesar destes métodos serem vastamente utilizados, não foi possível obter uma síntese adequada do diagrama desejado. Desta forma, métodos de otimização iterativos foram investigados visando ao controle dos lóbulos secundários e a conformação do diagrama. Optou-se pela combinação do algoritmo genético com a programação quadrática sequencial, empregado para a busca de um mínimo local tendo como partida a melhor solução encontrada pelo algoritmo genético. Tal combinação permitiu rápida convergência na obtenção dos coeficientes de excitação da rede. Em seguida uma rede de antenas de microfita foi projetada no software HFSS para reproduzir o diagrama na forma de cossecante ao quadrado quando excitadas pelos coeficientes calculados com a ferramenta computacional. Durante o processo de síntese, todos os efeitos observados em uma rede de antenas foram considerados, tais como acoplamento mútuo e efeito de borda. Após conhecidos o coeficientes de excitação, projetou-se um sistema alimentador em tecnologia de microfita para fornecer os respectivos valores de correntes às antenas que compõem a rede. Por fim, é realizada a comparação entre o diagrama sintetizado e o obtido, o que permitiu a validação da ferramenta computacional.