Antenas compactas e miniaturizadas para sistemas de comunicações sem fio e nanossatélites do padrão cubesat

Abstract

Over the last few years, wireless communications systems have tended to reduce size and dimensions, which implies a growing demand for miniaturization of radio frequency transmission and reception devices, equipments and systems. Modern nanosatellite technology also brings this trend to the space industry. In this work, the study of the combined use of miniaturization techniques of planar microstrip antennas is carried out, in order to achieve a reduction in size and dimensions superior to that obtained when applied alone. The specific goal is the design and building of prototypes of miniaturized antennas as a proposal to be applied in nanosatellites. The miniaturization techniques used in combination are the fractal geometries, reshape of patch and shorting post. In designs, results of antenna miniaturization were achieved in 70% for Wi-Fi applications and 60% for nanosatellite applications of the CubeSat standard. The algorithm Social Spider Optmization (SSO) was used to optimize specific parameters of the studied structures. Prototypes of the designed antennas were constructed and measured results showed a good agreement with the simulated results. A set of prototypes of miniaturized antennas are proposed to be applied in the CubeSats of the CONASAT Project of the National Institute for Space Research.Ao longo dos últimos anos, os sistemas de comunicações sem fio têm apresentando uma tendência de redução de tamanho e dimensões, que implica em uma demanda crescente por miniaturização de dispositivos, equipamentos e sistemas de transmissão e recepção de radiofrequências. As modernas tecnologias dos nanossatélites também trazem essa tendência para o setor espacial. Neste trabalho, é realizado um estudo da utilização combinada de técnicas de miniaturização de antenas planares de microfita, com o objetivo de se alcançar uma redução no tamanho e dimensões superior a que se obtém quando são aplicadas isoladamente. O objetivo específico é a elaboração de projetos e a construção de protótipos de antenas miniaturizadas como proposta para serem aplicadas em nanossatélites. As técnicas de miniaturização utilizadas de forma combinada são as geometrias fractais, redesenho do patch radiante e shorting post. Nos projetos elaborados, foram alcançados resultados de miniaturização das antenas em 70% para aplicações de Wi-Fi e 60% para aplicações em nanossatélites do padrão CubeSat. O algoritmo Social Spider Optmization (SSO) foi utilizado para otimização de parâmetros específicos das estruturas estudadas. Protótipos das antenas projetadas foram construídos e os resultados medidos apresentaram um boa concordância com os resultados simulados. Um conjunto de protótipos de antenas miniaturizadas é proposto para serem aplicadas nos CubeSats do Projeto CONASAT do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)