PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
Abstract
The constant development of implanted or wearable biometric sensors provided a
increase of WBAN (Wireless Body Area Network) technology. WBAN can be used for many
applications, such as physiological signal monitoring and industrial communication
applications. In this context, the textile antenna is an important element in wireless
communication in smart fabrics, being the object of recurrent research in industrial, military
and medical applications. These antennas are flexible and, for this reason, it is convenient in
applications where the rigidity of traditional antennas is considered an obstacle. The use of
metamaterials in antennas can provide, among other characteristics, reduction of SAR (Specific
Absorption Rate) and miniaturization of the device, important parameters for medical
applications. This work presents the development of planar antennas with textile metamaterial
substrate in the 5G frequency range for WBAN applications, showing since the substrate
manufacture until antenna manufacturing and testing. Three types of textile substrate with
different structure and composition were selected, and in each of them a conductive thread was
inserted using different techniques (manual insertion, knitting and automatic sewing). The
characterization of the materials was carried using simulations in HFSS® and the coaxial probe
method, to obtain the electrical parameters. The antennas were designed and simulated to
operate at 2.45 GHz and 3.5 GHz, with the best results being manufactured and tested in a
Vector Network Analyzer (ARV). The results obtained in the simulations and tests were
analyzed and the presence of metamaterial characteristic in the loop and straight stitch
geometries was verified. The antennas with textile metamaterial substrate had a lower resonant
frequency compared to those with a dielectric textile substrate, indicating the possibility of
reducing device dimensions. Furthermore, after being curved and placed close to the human
body, the antennas had a good performance, resonating below -10 dB with bandwidth above
2%.O desenvolvimento dos sensores biométricos implantados ou vestíveis, proporcionaram
o crescimento da tecnologia WBAN (Wireless Body Area Network). Uma WBAN pode ser
usada para muitas aplicações, como monitoramento de sinais fisiológicos e aplicativos de
comunicação industrial. Neste contexto, a antena têxtil é um elemento importante na
comunicação sem fio em tecidos inteligentes, sendo objeto de pesquisas recorrentes em
aplicações industriais, militares e médicas. Essas antenas são flexíveis e, por esse motivo, tornase conveniente em aplicações onde a rigidez das antenas tradicionais é considerada um entrave.
A utilização de metamaterias em antenas pode proporcionar entre outras características redução
de SAR (Specific Absorption Rate) e miniaturização do dispositivo, parâmetros importantes
para aplicações médicas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de antenas planares com
substrato metamaterial têxtil na faixa de frequência 5G para aplicações WBAN, mostrando
desde confecção dos substratos até a fabricação e testes das antenas. Foram selecionados três
tipos de substrato têxtil com estrutura e composição diferentes, e em cada um deles foi inserido
um fio condutivo através de técnicas distintas (inserção manual, malharia e costura automática).
A caracterização dos materiais foi realizada através de simulações no HFSS® e do método da
sonda coaxial, para obtenção dos parâmetros elétricos. Posteriormente a etapa de
caracterização, as antenas foram projetadas e simuladas para operar em 2,45GHz e 3,5 GHz,
sendo os melhores resultados fabricados e testados em um Analisador de Redes Vetorial (ARV).
Os resultados obtidos nas simulações e testes, foram analisados e constatou-se a presença de
característica metamaterial nas geometrias de laçada e ponto reto. As antenas com substrato
metamaterial têxtil apresentaram frequência de ressonância menor em relação as que possuíam
substrato têxtil dielétrico, indicando a possibilidade de redução das dimensões do dispositivo.
Além disso, após serem curvadas e alocadas próximas ao corpo, as antenas apresentaram um
bom desempenho, ressoando abaixo de -10 dB com largura de banda acima de 2%
