Reconfiguração Funcional de Circuitos Planares de Micro-ondas para Aplicações em Sensoriamento
Sensores de micro-ondas; Antenas fractais; Filtros a linhas acopladas; Caracterização dielétrica; CSRR; Reconfiguração funcional
Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a caracterização de dois circuitos planares de micro-ondas — um filtro passa-faixa a linhas acopladas e uma antena fractal de Koch com fenda ressonante do tipo CSRR — com o objetivo de demonstrar a reconfiguração funcional como sensores dielétricos. Inicialmente, ambos os dispositivos foram projetados e avaliados quanto ao seu desempenho eletromagnético em suas funções primárias: o filtro foi sintetizado para operar na banda Bluetooth (2,39–2,49 GHz), enquanto a antena fractal de cinco iterações foi projetada para apresentar múltiplas bandas ressonantes estreitas. Em seguida, as estruturas foram investigadas como sensores planares, explorando o deslocamento da frequência de ressonância provocado pela presença de materiais dielétricos posicionados na região de maior densidade de corrente. A metodologia adotada envolveu simulações eletromagnéticas completas no software HFSS, seguidas pela prototipagem e medições em laboratório utilizando analisador vetorial de redes. A avaliação sensorial foi conduzida por meio da análise de métricas de desempenho como deslocamento de frequência, sensibilidade, variação percentual da frequência de ressonância e erro relativo, considerando permissividades relativas variando de 1 a 20. Além disso, foi realizada a caracterização dielétrica de materiais sólidos (FR4, ABS e areia seca), cujos valores estimados de permissividade foram comparados com dados de referência da literatura. Os resultados demonstram que o filtro a linhas acopladas apresenta boa sensibilidade comparada com a referência literária, com erros percentuais inferiores a 5% para os materiais testados. No caso da antena fractal, observou-se que a adição do CSRR permitiu o controle seletivo das bandas ressonantes, viabilizando sua utilização como sensor, apresentando uma ressonância com desempenho comparável com a literatura. De forma geral, este trabalho evidencia que estruturas originalmente concebidas para aplicações em comunicação sem fio podem ser exploradas como sensores de micro-ondas sem qualquer modificação geométrica, representando uma abordagem eficiente e versátil para o desenvolvimento de dispositivos multifuncionais.