Sistema de medição de sensor passivo

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Hama, Gustavo Misawa
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Antenas; Microeletrônica; Millimeter-wave Radar; MIP-based biosensor; Passive sensors; Radar; Sensores biomédicos (Desenvolvimento); Wideband antenna
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-18032026-082304/

O objetivo central desta dissertação foi desenvolver um sistema completo para a medição remota de sensores passivos, adaptando um biossensor de stub ressonante, para operar na faixa de ondas milimétricas. A escolha dessa faixa de frequência, especificamente em 24 GHz (banda K), foi motivada pela possibilidade de miniaturizar o dispositivo para futuras aplicações biomédicas, como sensores vestíveis ou intracorporais, e pela disponibilidade de componentes comerciais para a construção de um radar de interrogação. O principal desafio técnico encontrado foi a necessidade de uma antena com largura de banda suficiente para cobrir a resposta do stub ressonante. A abordagem inicial, utilizando uma antena patch convencional no substrato flexível ULTRALAM 3850HT, resultou em uma banda muito estreita (1.68%). Para superar essa limitação, foi investigado a adição de slots na antena, o que permitiu dobrar a largura de banda para 3.61% ao aproximar as frequências de ressonância de dois modos distintos. Embora funcional, essa solução apresentou desvantagens como a queda no ganho e dificuldades no casamento de impedância. Diante disso, uma segunda abordagem foi desenvolvida, utilizando o substrato Rogers RT/duroid 5880, mais espesso e com menor constante dielétrica. Foi adotado uma topologia de antena diferente, acoplada por ressoadores, que se mostrou muito mais eficaz, alcançando uma largura de banda de 12,9%. Os componentes individuais, como o stub e as antenas, foram fabricados e medidos, apresentando boa concordância com as simulações. Finalmente, foi montado um protótipo do sensor integrado e um sistema para testar a leitura remota. Embora a comunicação entre as antenas do leitor tenha sido estabelecida com sucesso, a medição clara da ressonância do sensor passivo se mostrou desafiadora, indicando a necessidade de otimizações futuras no casamento de impedância do sistema final. O trabalho, portanto, valida o projeto dos componentes-chave e estabelece uma base sólida para a futura prova de conceito do sistema completo.