Análise e projeto de antena UWB aplicada a dispositivos vestíveis para ambientes de risco

Abstract

Este trabalho tem como objetivo projetar e analisar uma antena impressa de baixo custo, destinada a dispositivos vestíveis de rastreamento em tempo real operando entre 6 e 8,5 GHz, com foco em aplicações em ambientes industriais classificados, como plataformas de petróleo, onde requerimentos de segurança impõem a necessidade de encapsulamento completo em resina epóxi conforme normas ATEX/IECEx. Para compreender e com pensar os efeitos eletromagnéticos desse encapsulamento sobre o desempenho da antena, adotou-se uma metodologia integrada que envolve a caracterização dielétrica da resina pelo método de Nicolson–Ross–Weir, o projeto e otimização da antena em ambiente de si mulação considerando as propriedades da resina encapsulante e a análise paramétrica dos impactos de variações geométricas do encapsulamento sobre a frequência de ressonância, largura de banda, ganho, eficiência e padrões de radiação. Os resultados da caracterização revelaram comportamento dispersivo do material compatível com polímeros submetidos à faixa de micro-ondas, porém com discrepâncias entre modelos e medições atribuídas à presença de pigmento e a microheterogeneidades internas, que afetam a permissividade efetiva e ampliam a incerteza dielétrica. As simulações mostraram que pequenas varia ções de espessura do encapsulamento, da ordem de centenas de micrômetros, deslocam significativamente a frequência de ressonância, evidenciando a importância do controle dimensional no processo de fabricação. A antena projetada manteve operação dentro da banda desejada mesmo sob encapsulamento completo, apresentando eficiência entre 85% e 97% e ganho próximo de 2 dBi, embora com redução gradual conforme o aumento da espessura de resina. Os padrões de radiação permaneceram estáveis ao longo da faixa, com alterações discretas na abertura dos lóbulos e manutenção da diretividade princi pal. Conclui-se que o encapsulamento com resina epóxi pigmentada é viável para aplica ções UWB em ambientes críticos, desde que caracterizado adequadamente e incorporado ao processo de otimização do projeto da antena. Além disso, a metodologia adotada se mostra robusta e aplicável ao desenvolvimento de outros dispositivos RF encapsulados, contribuindo para soluções mais seguras, reprodutíveis e compatíveis com certificações de operação em atmosferas explosivas.