Estruturas radiantes impressas em 3D para ondas milimétricas

Abstract

O aumento do consumo de dados exige um melhor desempenho por parte da nova geração das comunicações moveis, impulsionando a existência de novas tecnologias de antenas. O principal desafio é produzir dispositivos de baixo custo e elevado desempenho capazes de interagir facilmente com a rede Fifth generation of mobile communications (5G), suportando os seus serviços. A tecnologia de impressão tridimensional _e uma possível solução neste sentido, pois permite uma prototipagem rápida e de custo reduzido, garantindo, ao mesmo tempo, elevada precisão no objeto impresso. Nesta dissertação foram construídas um total de nove antenas corneta, duas delas para a frequência de operação de 12 GHz, enquanto as restantes operam a 28 GHz. As antenas corneta são bastante conhecidas, no entanto, a tecnologia de produção das antenas desenvolvidas neste trabalho _e distinta das convencionais, tendo sido utilizada a impressão tridimensional. Durante o desenvolvimento das antenas, foram abordadas três diferentes técnicas de produção, com o objetivo de avaliar os diversos materiais utilizados. O primeiro método utilizado foi revestir a estrutura impressa em Polylactic Acid (PLA) com uma fita de cobre de forma a metalizar a mesma. Numa segunda abordagem, outra técnica de revestimento metálico foi utilizada, desta vez revestindo a estrutura impressa em PLA com uma tinta spray condutora. Dentro desta abordagem, foi ainda estudada a influência que o número de camadas e o acabamento das superfícies do protótipo têm no seu desempenho. Por fim, a antena foi impressa meramente com um filamento condutor. Nesta técnica, foram analisados dois materiais distintos, o ProtoPasta para a antena de 12 GHz e o Electrifi para 28 GHz. No decorrer do trabalho, foi possível comparar os diferentes protótipos, analisando as suas principais características. Todos os resultados simulados e obtidos são ainda apresentados. Conclui-se que a impressão Three Dimensional (3D) _e uma tecnologia promissora a ser aplicada em cenários Internet of Things (IoT).

The increase in data consumption requires better performance by the new generation of mobile communications, driving for new antenna technologies. The main challenge is to produce low cost and high performance devices that can easily interact with the 5G network and its inherent services. Threedimensional printing technology is a possible solution in this regard as it enables rapid and cost-effective prototyping while ensuring high accuracy in the printed object. In this dissertation, a total of nine horn antennas were built, two of them for the 12 GHz operating frequency, while the others operate at 28 GHz. Horn antennas are well known, however, the technology of production of the antennas developed in this work is different from the conventional ones, using 3D printing. During the development of the antennas, three different production approaches were taken in order to evaluate the distinct materials used. The first method used was to coat the PLA-printed structure with a copper tape in order to metallize it. In the second approach, another metal coating technique was used, this time a conductive spray paint was used to coat the printed structure. In the latter approach was also studied the in uence that the number of layers and the improvement of the prototype surfaces have on its performance. Finally, an antenna was printed merely with a conductive filament. In this technique two different materials were analyzed: ProtoPasta for the 12 GHz antenna and Electrifi for the 28 GHz structures. During the work it was possible to compare the different prototypes, analyzing their main characteristics. All simulated and obtained results are presented. It was also possible to verify that 3D printing is a promising technology to be applied in IoT scenarios.