Study of a toroidal dielectric lens

Abstract

Este trabalho apresenta uma lente dielétrica em forma toroidal, particularmente construída com a distribuição de constante dielétrica utilizada em uma Lente de Luneburg. Este novo modelo de lente é caracterizado em termos de seu comprimento elétrico, com simulações realizadas em banda X. Devido à minimização de regiões de sombra, a lente toroidal pode irradiar em mais direções, em comparação com os formatos mais comumente encontrados na literatura, como esférico e cilíndrico. Dado o novo formato, também é apresentado um estudo dos impactos da curvatura do toróide no diagrama de radiação. A lente toroidal pode ser utilizada em aplicações multicanal, utilizando um conjunto de antenas posicionadas ao longo de uma seção de sua superfície. Neste trabalho é utilizada uma guia de onda aberta, modelo WR90, mas outros tipos de antena também são sugeridos com base em trabalhos similares. A lente foi fabricada utilizando tecnologia de impressão 3D. A permissividade elétrica do material utilizado na impressão foi caracterizada anteriormente, bem como seu modelo para variações na proporção de preenchimento. Além do comportamento eletromagnético, também foi realizado um estudo sobre as possíveis estruturas de célula unitária da lente impressa. A análise computacional foi feita por meio de simulações utilizando o método dos elementos finitos. Entretanto, foi iniciado um estudo sobre um modelo analítico para a lente toroidal descrita em coordenadas toroidais. A robustez da lente toroidal foi demonstrada pelas medições de diagrama de radiação, com resultados correspondendo satisfatoriamente às simulações.