Modelagem e simulação de metamaterial para isolamento de campo próximo entre elementos de antenas phased-array

Abstract

Antenas phased-array são cada vez mais utilizadas em soluções de comunicação wireless. Isto se deve ao fato de os processadores já terem um poder computacional suficiente para lidar com algoritmos adaptativos que controlam a amplitude e a fase das correntes nos elementos do array em tempo-real. Junto com o crescente uso desta tecnologia surge o problema do acoplamento eletromagnético entre elementos. No caso de arrays com um elemento irradiante e múltiplos elementos passivos (e. g. Electronically Steerable Passive Array Radiator - ESPAR), o acoplamento entre cada elemento passivo e o elemento ativo é desejável, porém o acoplamento entre elementos passivos representa um esforço a mais que o algoritmo adaptativo deverá fazer para otimizar o diagrama de irradiação. Uma solução que tem se mostrado eficiente para o problema do acoplamento no near-field é o uso de metamateriais, cujas propriedades eletromagnéticas não são encontradas em materiais naturais, e são capazes de atenuar a amplitude de ondas eletromagnéticas em freqüências específicas. Neste contexto, o trabalho em questão propõe o uso de metamaterial para minimizar o acoplamento eletromagnético entre os elementos passivos de uma antena ESPAR.

Phased-Array antennas are becoming the primary choice for wireless communication solutions. This is due to the fact that controllers already have the computational power required to deal with adaptive algorithms that control the amplitude and phase (through changes in the reactance) of the currents on the array elements in real-time. Along with the increased usage of this technology, the problems related to mutual electromagnetic coupling between elements become evident. On arrays consisted of only one active element and multiple parasite elements (which steer the radiation pattern), as is the case of the ESPAR antenna, it is desirable to have maximum mutual coupling between each parasite element and the active one, however the mutual coupling between parasite elements decreases the overall efficiency of adaptive algorithm being used to optimize the radiating pattern of the array. A solution that has been shown to be effective to minimize the near-field mutual coupling is the use of metamaterials, whose electric and magnetic properties are not found in other natural materials. These metamaterials are capable of attenuating, and even eliminating, the amplitude of electromagnetic waves on specific frequencies. This thesis proposes the use of metamaterials to minimize the near-field mutual coupling between parasite elements of an ESPAR antenna.