Estruturas passivas sintonizáveis em tecnologia SIW no espectro de micro-ondas. - Caleffo, Ricardo Caranicola (2021)
Este trabalho de pesquisa visou ao desenvolvimento de estruturas passivas eletronicamente sintonizáveis operando em frequências da rede 5G abaixo de 6 GHz e sensor de caracterização de líquidos, estabelecendo metodologias de projeto e propondo contribuições originais, no qual, todas as estruturas foram projetadas em tecnologia SIW. Estudos realizados sobre perturbações em cavidades ressonantes, filtros em guias de ondas retangulares, elementos de chaveamento operando em frequências de micro-ondas e sensores de caracterização de líquidos forneceram a base para a elaboração dos procedimentos de projeto. Empregando-se os procedimentos de projeto propostos, foram desenvolvidos: chave eletrônica a diodo PIN de baixas perdas e custo reduzido; três cavidades ressonantes sintonizáveis mecânica e eletronicamente; filtro passa-faixa com largura de banda sintonizável eletronicamente; e sensor de caracterização de líquidos. A chave a diodo PIN utiliza linhas de transmissão ao invés de componentes concentrados, reduzindo perdas por inserção e custo de fabricação, e foi projetada para operar na frequência de 3,5 GHz. Duas cavidades ressonantes, sendo uma retangular e outra quadrada, têm sua sintonia feita de maneira mecânica, ou seja, pela conexão direta de poste metálico alocado no centro da cavidade, interligando paredes superior e inferior. A cavidade retangular é sintonizável nas frequências de 5,0 GHz e 6,0 GHz, já a cavidade quadrada é sintonizável nas frequências de 6,0 GHz e 7,2 GHz. A terceira cavidade é sintonizável eletronicamente nas frequências de 3,4 GHz e 4,0 GHz por meio de uma chave a diodo PIN alocada sobre a parede superior da cavidade, no qual, a chave eletrônica utiliza linhas de transmissão e somente um capacitor de bloqueio de corrente contínua, sendo a integração dessa chave à estrutura SIW uma contribuição original. O filtro passa-faixa tem frequência central de 3,5 GHz e largura de banda sintonizável, larguras de banda de 10 dB de 6,23% e 0,714%, por meio de oito chaves a diodos PIN, chaves eletrônicas que utilizam linhas de transmissão e somente um capacitor, alocadas sobre a parede superior do guia de ondas e são responsáveis pelo chaveamento de oito postes metálicos, que atuam como descontinuidades indutivas, de mesmo diâmetro inseridos no volume interno do guia de ondas em tecnologia SIW. Este filtro passa-faixa apresentou duas contribuições originais: uma nova configuração no posicionamento das descontinuidades indutivas que permitiu a miniaturização do filtro; é o primeiro a utilizar várias chaves a diodos PIN com linhas de transmissão e somente um capacitor. O sensor de caracterização de líquidos proposto é uma nova alternativa de baixo custo e confiável para obter a constante dielétrica e caracterizar líquidos, sendo composto por uma cavidade ressonante híbrida, que utiliza conceitos das tecnologias dos guias de ondas retangulares e SIW. Os comportamentos previstos teoricamente para as estruturas projetadas são confirmados por meio de simulação eletromagnética computacional e medição experimental, indicando a validade dos métodos adotados. Os avanços obtidos neste trabalho de pesquisa são identificados examinando-se outros trabalhos científicos já publicados. Este trabalho foi desenvolvido de maneira integral no Laboratório de Microeletrônica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.