Sensor de Micro-ondas Diferencial Baseado em Ressonadores Espirais Operando em Sub-6GHz

Paulo Pazetto; Guilherme Lopes de Figueiredo Brandão; Pedro Luiz Lima Bertarini

doi:10.18607/ES20261521762

Autores

Paulo Ricardo Pazetto Barbosa paulo.pazetto@ufu.br
Universidade Federal de Uberlândia - campus Patos de Minas https://orcid.org/0009-0004-9074-6400
Prof. Dr. Guilherme Lopes de Figueiredo Brandão guilherme.brandao@ufu.br
Universidade Federal de Uberlândia - campus Patos de Minas https://orcid.org/0000-0001-6673-9877
Prof. Dr. Pedro Luiz Lima Bertarini bertarini@ufu.br
Universidade Federal de Uberlândia - campus Patos de Minas https://orcid.org/0000-0003-1816-564X

DOI:

https://doi.org/10.18607/ES20261521762

Palavras-chave:

Constante Dielétrica, Medição Diferencial, Micro-ondas, Ressonador Espiral, Sensoriamento

Resumo

O objetivo deste trabalho é apresentar o projeto e a validação, por meio de simulação computacional, de um sensor de micro-ondas diferencial para a caracterização da permissividade elétrica (ε_M) de materiais dielétricos na faixa sub-6 GHz. A topologia proposta baseia-se no Ressonador Espiral Modificado de Duas Voltas (M2TR-SR). A técnica diferencial emprega dois ressonadores acoplados, permitindo mitigar erros decorrentes de interferências ambientais não controladas e aumentar a confiabilidade analítica das medições. O dispositivo foi projetado no software Ansys HFSS para apresentar frequências de ressonância iniciais próximas a 4 GHz e 5 GHz. O desempenho da estrutura foi avaliado submetendo-a a materiais sob teste (MUT) com permissividades variando de 1 a 5, com foco em demonstrar a capacidade do dispositivo como um sensor de alta resolução. O mapeamento paramétrico revelou um pico de desempenho absoluto para ε_M = 2,0, registrando uma Resolução de Detecção de Frequência (FDR) de 0,157 GHz (157 MHz) e uma sensibilidade (S_p) de 13,62%. Mesmo no limite superior testado (ε_M = 5,0), o sensor demonstrou robustez contínua, sustentando um FDR de 0,090 GHz e sensibilidade de 7,81%. Regressões polinomiais comprovaram a alta previsibilidade matemática do sistema (R² = 0,9865). Desta forma, o dispositivo proposto constitui uma plataforma promissora para aplicações analíticas e industriais de sensoriamento não destrutivo.

Biografia do Autor

Paulo Ricardo Pazetto Barbosa, Universidade Federal de Uberlândia - campus Patos de Minas

Paulo Ricardo Pazetto Barbosa é estudante de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações na Universidade Federal de Uberlândia (UFU), Campus Patos de Minas. Possui formação técnica em Desenvolvimento de Sistemas pela ETEC Pedro Badran, com experiência em linguagens como C++, PHP, HTML e CSS, tendo desenvolvido um sistema de gestão web como Trabalho de Conclusão de Curso.

Atualmente, integra o projeto "Da Semente à Xícara", uma iniciativa de grande porte da UFU voltada ao desenvolvimento de soluções baseadas em Internet das Coisas (IoT) para a cafeicultura de precisão. No projeto, atua na interface entre hardware, sensores e transmissão de dados para monitoramento de condições ambientais e operacionais no campo.

Tem interesse nas áreas de sistemas embarcados, modulações digitais, comunicações sem fio, drones, IoT aplicada à agricultura e pesquisa em telecomunicações. Possui também experiência no setor privado, tendo atuado na empresa Flexcon (parceira da Vivo), onde desenvolveu atividades nas áreas de vendas, atendimento ao cliente, inteligência comercial e apoio no desenvolvimento de um sistema CRM utilizando Bitrix24.
Prof. Dr. Guilherme Lopes de Figueiredo Brandão, Universidade Federal de Uberlândia - campus Patos de Minas

Possui graduação em Engenharia Elétrica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET/MG (2015), mestrado em Engenharia Elétrica pela mesma instituição de ensino (2017) e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG (2022). Atualmente é Professor do Magistério Superior na Universidade Federal de Uberlândia, campus Patos de Minas.
Tem experiência como professor de nível técnico e superior, bem como nas áreas de Eletromagnetismo Aplicado, hardware de RF, Telecomunicações, Fotovoltaica e Gestão de Projetos.
Prof. Dr. Pedro Luiz Lima Bertarini, Universidade Federal de Uberlândia - campus Patos de Minas

Sou professor e pesquisador na Universidade Federal de Uberlândia (UFU), atuando nas áreas de Inteligência Artificial, Ciência de Dados e Engenharia Aplicada, com ênfase em aplicações interdisciplinares para a saúde, agronegócio, alimentos e sustentabilidade. Possuo graduação e doutorado em Engenharia Elétrica pela USP com foco em Telecomunicações, e venho integrando metodologias avançadas de machine learning, visão computacional, modelagem preditiva e análise multivariada em projetos de alto impacto.

Participo de projetos financiados por instituições como FAPEMIG, FINEP, CNPq, MCTI e FAPESP, com experiência na coordenação técnica e desenvolvimento de soluções aplicadas a problemas reais. Entre os projetos em destaque estão: plataformas de apoio à decisão na cafeicultura de precisão, predição de preços agroindustriais, soluções de IoT aplicadas à suinocultura, e aplicações de IA em biotecnologia.

Sou orientador permanente de programas de pós-graduação e colaboro com grupos interdisciplinares como o “Da Semente à Xícara” e o “Café Porandu”, que integram ciência, inovação e impacto social. Tenho publicações em periódicos científicos nacionais e internacionais, além de atuação em eventos técnicos e científicos nas áreas de IA e ciência aplicada.