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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80656
Type: | Tese |
Title: | Efeitos da adição de TiO2 nas propriedades elétrica da matriz Sr2TiSi2O8 e suas aplicações em ressoadores dielétricos (Banda C) |
Title in English: | Effects of TiO2 addition on the electrical properties of the Sr2TiSi2O8 matrix and its applications in dielectric resonators (C-Band) |
Authors: | Saturno, Samuel Oliveira |
Advisor: | Sombra, Antônio Sérgio Bezerra |
Keywords in Brazilian Portuguese : | Sr2TiSi2O8;Micro-ondas;Radiofrequencia;Simulação numérica |
Keywords in English : | Radio frequency;Microwaves;Numerical simulation |
Knowledge Areas - CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Issue Date: | 26-Mar-2025 |
Citation: | SATURNO, S. O. Efeitos da adição de TiO2 nas propriedades elétricas da matriz Sr2TiSi2O8 e suas aplicações em ressoadores dielétricos (banda C). 2025. 183 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | Neste trabalho, apresentamos o estudo das propriedades elétricas na região de radiofrequência (RF) (f < 300MHz) e micro-ondas (MW) (300 MHz < 300GHz) da matriz cerâmica Sr2TiSi2O8 (STS) com adição de TiO2 e suas aplicações em antenas ressoadoras dielétricas (DRA) e sistemas de telecomunicações. Realizamos análises de difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura (MEV) para caracterização e determinação do material. Aplicamos técnicas de espectroscopia de impedância complexa (CIS) para investigação das propriedades elétricas da matriz e dos compósitos. Obtivemos valores elevados de permissividade dielétrica relativa (ε′r ) para STS20 (ε′r = 2,8×103), STS15 (ε′r =2,2×103 ) e STS25 (ε′r=1,8×103 ) após a adição de TiO2. Utilizamos diagramas de Nyquist para mensurar as contribuições do grão e do contorno de grão na resposta elétrica das amostras em um circuito de associação R- CPE. As amostras apresentaram grãos e contornos de grão (340 °C a 460 °C) com diminuição da resistência com o aumento da temperatura. O coeficiente de temperatura de capacitância de (TCC), em baixas frequências, sofre uma influência maior com a temperatura. Na região de micro-ondas, a adição de TiO2 melhora a performance dielétrica do material ao aumentar a permissividade dielétrica (εr) e reduzir as perdas dielétricas (tanδ) em concentrações moderadas, com valores de tanδ = 1,75×10−2 para STS e tanδ = 2,02×10−3 para STS20. O coeficiente de temperatura da frequência ressonante (τf) apresentou valor de – 22,30 ppm/°C. Na simulação numérica, os resultados foram excelentes, com diretividade de 5,79 dBi, ganho de 4,38 dBi e eficiência de radiação de 72,15% para STS, além de eficiência de 97,99% para amostra STS25. Os resultados demonstram que as amostras podem operar em eletrônicos de banda C (4 GHz < f < 8 GHz), conforme definido pelo Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE). Essa faixa é adequada para aplicações em dispositivos Wi-Fi de alta frequência, redes 5G e sistemas de radar meteorológico. |
Abstract: | In this work, we present the study of electric properties in the radiofrequency (RF) region (f < 300 MHz) and microwaves (MW) (300 MHz < f < 300 GHz) of the ceramic matrix Sr2TiSi2O8 (STS) with the addition of TiO2 and its applications in dielectric resonator antennas (DRA) and telecommunication systems. We conducted X-ray diffraction and scanning electron microscopy (SEM) analyses for material characterization and determination. Complex impedance spectroscopy (CIS) techniques were applied to investigate the electrical properties of the matrix and composites. High relative dielectric permittivity (ε′r) values were obtained for STS20 (ε′r = 2.8×103), STS15 (ε′r = 2.2×103), and STS25 (ε′r = 1.8×103) after the addition of TiO2. Nyquist diagrams were used to measure the contributions of grains and grain boundaries to the electrical response of the samples in an R-CPE circuit association. The samples exhibited grains and grain boundaries (340 °C to 460 °C) with decreasing resistance as temperature increased. The temperature coefficient of capacitance (TCC) at low frequencies was more influenced by temperature. In the microwave region, the addition of TiO2 improved the dielectric performance of the material by increasing the dielectric permittivity (εr) and reducing the dielectric losses (tanδ) at moderate concentrations, with tanδ values of 1.75×10−2 for STS and tanδ = 2.02×10−3 for STS20. The temperature coefficient of resonant frequency (τf) showed a value of –22.30 ppm/°C. In numerical simulations, the results were excellent, with a directivity of 5.79 dBi, a gain of 4.38 dBi, and a radiation efficiency of 72.15% for STS, as well as 97.99% efficiency for the STS25 sample. The results demonstrate that the samples can operate in C-band electronics (4 GHz < f < 8 GHz) as defined by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). This range is suitable for applications in high-frequency Wi-Fi devices, 5G networks, and weather radar systems. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80656 |
Author's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/0851622586646142 |
Advisor's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/6034251420222926 |
Access Rights: | Acesso Aberto |
Appears in Collections: | DETE - Teses defendidas na UFC |
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