Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49480
ORCID:  http://orcid.org/0009-0003-6428-433X
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Antena de microfita multimodo (TM03/TM11) com ganho e largura de banda aprimorados para 5G em 3,5 GHz
Author: Paulino, Joel Elias
First Advisor: Santos, Renan Alves dos
First coorientator: Borges, Fábio Silva
First member of the Committee: Anjos, André Antônio dos
Second member of the Committee: Brandão, Guilherme Lopes de Figueiredo
Summary: Este trabalho apresenta o projeto, a análise e a validação experimental de uma antena de microfita desenvolvida para operar na faixa de 3,5 GHz, destinada a aplicações em sistemas de comunicação sem fio de quinta geração (5G). A proposta baseia-se na combinação controlada de modos superiores de ressonância em um patch retangular modificado por vias metálicas de curto-circuito, possibilitando a excitação simultânea dos modos TM03-like e TM11-like. A inserção dessas vias altera as condições de contorno eletromagnéticas da cavidade ressonante, promovendo a aproximação entre duas ressonâncias e resultando em uma resposta de dupla ressonância responsável pela ampliação da largura de banda. Inicialmente, foi analisada uma antena de referência operando no modo fundamental TM10, com base no modelo de cavidade e em simulações eletromagnéticas em onda completa no software Ansys HFSS. Em seguida, a estrutura foi reprojetada para a faixa de interesse por meio do ajuste sistemático de seus parâmetros geométricos, com destaque para a razão W/L, identificada como variável-chave no controle do espaçamento entre as frequências ressonantes dos modos excitados. Os resultados simulados indicaram largura de banda fracionária de 14,65% para o critério |S11| ≤ −10 dB, cobrindo a faixa de 3,29 a 3,81 GHz, com ganho realizável variando entre 7,21 e 9,56 dBi e valor máximo de 9,62 dBi. A validação experimental do protótipo fabricado, em termos de |S11|, mostrou boa concordância com as previsões numéricas, evidenciando largura de banda de 16,03%, entre 3,27 e 3,84 GHz. Adicionalmente, os diagramas de irradiação simulados mostraram comportamento estável ao longo da banda de operação, com irradiação predominantemente na direção broadside e ausência de lóbulos laterais significativos. Os resultados demonstram que a estratégia de combinação modal empregada constitui uma alternativa eficiente para o desenvolvimento de antenas de microfita com largura de banda ampliada, ganho relativamente elevado e geometria simples, atendendo de forma adequada aos requisitos de operação na faixa de 3,5 GHz destinada ao 5G.
Abstract: This work presents the design, analysis, and experimental validation of a microstrip antenna developed for operation in the 3.5 GHz band for fifth-generation (5G) wireless communication systems. The proposed antenna is based on the controlled combination of higher-order resonant modes in a rectangular patch modified by metallic shorting vias, enabling the simultaneous excitation of the TM03-like and TM11-like modes. The introduction of these vias alters the electromagnetic boundary conditions of the resonant cavity, bringing two resonances closer together and producing a dual-resonance response responsible for bandwidth enhancement. Initially, a reference antenna operating in the fundamental TM10 mode was analyzed based on the cavity model and full-wave electromagnetic simulations performed in Ansys HFSS. Then, the structure was redesigned for the target frequency range through the systematic adjustment of its geometric parameters, with special emphasis on the W/L ratio, identified as the key variable for controlling the frequency spacing between the excited resonant modes. The simulated results showed a 14.65% fractional impedance bandwidth for the criterion |S11| ≤ −10 dB, covering the frequency range from 3.29 to 3.81 GHz, with realized gain varying from 7.21 to 9.56 dBi and reaching a peak value of 9.62 dBi. The experimental validation of the fabricated prototype, in terms of |S11|, showed good agreement with the numerical predictions, yielding a measured bandwidth of 16.03%, from 3.27 to 3.84 GHz. In addition, the simulated radiation patterns exhibited stable behavior over the operating band, with predominantly broadside radiation and no significant sidelobes. The obtained results demonstrate that the adopted modal-combination strategy is an efficient approach for developing microstrip antennas with enhanced bandwidth, relatively high gain, and simple geometry, thus properly meeting the operational requirements of the 3.5 GHz 5G band.
Keywords: Antena de microfita
Microstrip antenna
Modos superiores
vias de curto-circuito
largura de banda
ganho
5G
higher-order modes
shorting vias
bandwidth
Gain
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::TEORIA ELETROMAGNETICA, MICROONDAS, PROPAGACAO DE ONDAS, ANTENAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: PAULINO, Joel Elias. Antena de microfita multimodo (TM03/TM11) com ganho e largura de banda aprimorados para 5G em 3,5 GHz. 2026. 37 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações) - Universidade Federal de Uberlândia, Patos de Minas, 2026.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49480
Date of defense: 15-Apr-2026
Appears in Collections:TCC - Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações (Patos de Minas)

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