Partie II Lois de probabilités d'usage courant
10.2 Test d'adéquation et loi du χ 2
Figura 62 – Perda de retorno da antena com fenda em formato de E para a resistividade de 10 Ω.m em preto e Ω.m em vermelho.
A Figura 62 mostra a perda de retorno da antena simulada em função da frequência para 2 valores de resistividade do dispositivo. Vemos que o dispositivo com resistividade de
𝜌 = 10 Ω.m (alta resistividade, portanto representa o estado desligado) a perda de retorno
na frequência de 5,8 GHz é de -15,8 dB e na frequência de 2,45 GHz a perda de retorno está acima de -10 dB, portanto, a antena está operando apenas em 5,8 GHz. Com resistividade do dispositivo de 𝜌 = 0,05 Ω.m (baixa resistividade, portanto estado ligado) em 2,45 GHz a perda de retorno foi de -16 dB, e em 5,8 GHz a perda de retorno aumentou para um valor ligeiramente acima de -10 dB. Portanto, houve uma mudança da frequência de operação de 5,8 GHz para 2,45 GHz quando a antena mudou do estado desligado para o estado ligado, caracterizando-se assim uma antena reconfigurável baseada na mudança de frequência de
Capítulo 5. Resultados das Antenas 85
operação. A largura de banda para a frequência de 5,8 GHz foi de 0,744 GHz e para 2,45 GHz foi de 0,23 GHz.
Na Figura 63(a) é mostrado o padrão de radiação da antena em 5,8 GHz para a resistividade do dispositivo de 10 Ω.m (estado desligado). Vemos que o valor máximo do ganho foi de 2,53 dBi isotropicamente em todas as direções, apresentando característica de uma antena omnidirecional. Na Figura 63(a) é mostrado o padrão de radiação da antena em 2,45 GHz para a resistividade do dispositivo de 0,05 Ω.m (estado ligado). Vemos que o valor máximo do ganho foi de 0,97 dBi, também apresentou um ganho isotropicamente em todas as direções. Portanto, para ambos estados a antena apresentou característica de antena omnidirecional. Como a antena possuiu ganho maior que 0 dBi para ambas as frequências de operação e também perda de retorno menor que -10 dB, temos então que essa antena pode trabalhar em ambas frequências. Portanto, temos neste caso uma antena omnidirecional, opticamente reconfigurável, que muda sua frequência de operação dentro das frequências delimitadas para a banda ISM 5,8 GHz e 2,45 GHz, para o dispositivo no estado desligado e ligado respectivamente.
(a)
(b)
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6 Conclusão
O comportamento elétrico de três diferentes chaves ópticas foi estudado. Foi demons- trado que o fotorresistor vertical funcionou como a melhor chave para a faixa de 5 GHz, uma vez que a resistência do estado desligado foi 51,8 vezes maior do que a resistência do es- tado ligado. Além disso, foram investigados quatro diferentes comprimentos de onda a serem usados no projeto. O objetivo foi verificar qual comprimento de onda seria mais eficiente na produção de portadores de carga no material semicondutor das chaves. Observou-se que o melhor comprimento de onda para os dispositivos foi de 𝜆 = 790 nm. Como o projeto neces- sita de uso de lasers comerciais, ou seja, com comprimento de onda definido pelo fabricante, o laser com o comprimento de onda mais próximo deste valor foi de 𝜆 = 808 nm. Portanto, o mais adequado para o propósito do projeto.
Dispositivos baseados no projeto do fotorresistor horizontal foram fabricados e ca- racterizados experimentalmente. Para estes dispositivos, a mudança na resistência do estado ligado e desligado foi de 5,2%. Esta pequena mudança no valor da resistência entre ambos estados ocorreu pois a lâmina disponível ao projeto tinha dopagem tipo p com boro em torno de 2.1015cm−3. Como previsto pelas simulações a mudança na resistência do dispositivo seria
em torno de 7,1 %. Portanto, neste caso a dopagem da lâmina é elevada, o que torna o efeito de fotogeração pelo laser inexpressivo. Assim, a lâmina utilizada não foi compatível com as necessidades do projeto. Para satisfazer as necessidades do projeto, como verificado pelas simulações, a lâmina mais adequada seria aquela com dopagem em torno de 1013 cm−3, na
qual comercialmente são conhecidas como lâminas de HR, porém, não puderam ser usadas no projeto devido à indisponibilidade.
Quanto às antenas, neste trabalho três antenas opticamente reconfiguráveis foram pro- jetadas, simuladas, fabricadas e caracterizadas experimentalmente. As antenas foram proje- tadas para que a sua perda de retorno fosse alterada de acordo com o estado da chave óptica projetada anteriormente. Nas simulações foi possível acompanhar a mudança da perda de retorno das antenas em função da variação da condutividade da chave.
A caracterização experimental da reconfiguração das antenas foi realizada usando-se um laser com comprimento de onda 𝜆 = 532 ± 10 e potência de 98 mW. Como o dispositivo fabricado não tinha expressivas mudanças em sua resistência, foi usado um LDR comercial. O LDR apresentou no estado desligado uma resistência de 9 ± 2 kΩ e para o estado ligado 130 ± 15 Ω. O valor central da frequência de operação da antena dipolo para o estado desligado foi de 425 MHz com a perda de retorno chegando a -20 dB. Para o estado ligado a frequência
Capítulo 6. Conclusão 87
de operação se deslocou para 405 MHz com a perda de retorno de -12,8 dB.
Uma segunda antena microstrip foi fabricada, a antena em formato de E. Essa antena tinha como objetivo ser reconfigurável e trabalhar em 2,4 GHz e 5,8 GHz, porém, o projeto não conseguiu operar nessas frequências. Para o estado desligado a frequência de operação foi de 5,7 GHz, com a perda de retorno de -17 dB. Depois que a chave óptica foi iluminada, passando para o estado ligado, a perda de retorno a 2,0 GHz foi reduzida para -23,9 dB, mostrando que a antena agora pode operar nesta frequência.
A terceira tentativa de antena reconfigurável foi mais bem sucedida que as anteriores, uma vez que, para cada estado de comutação do dispositivo houve apenas uma frequência de operação para a antena, sendo a frequência de operação do estado desligado em 5,8 GHz e do estado ligado em 2,45 GHz, ambas frequências da banda ISM. O ganho da antena na frequência de 5,8 GHz para o estado desligado foi de 3,66 dBi, enquanto na frequência de 2,4 GHz no estado ligado foi de 0,97 dBi, o padrão de radiação demonstrou característica de uma antena omnidirecional. Caracterizando assim uma antena reconfigurável possível de ser implementada para trabalhar com ambas frequências da banda ISM.
Capítulo 6. Conclusão 88