[pt] A caracterização do campo próximo em guias de onda ópticos torna-se indispensável quando se deseja confeccionar guias monomodo. Neste trabalho utilizou-se um sistema de medidas baseado na medida do campo próximo, para caracterizar guias de onda quanto ao seu conteúdo modal. Foram realizadas medidas do campo próximo de onda em GaAs/AlGaAs, com estruturas diferentes, para se verificar as suas características modais. Analisou-se, também, alguns parâmetros importantes nesta medida, como os alinhamentos e o ajuste do foco do sistema óptico. Baseado nos dados medidos, calculou-se o spot size dos guias nas direções horizontal e vertical, verificando-se a eficiência de acoplamento com fibras monomodo. Para se averiguar a precisão do sistema de medidas, uma fibra monomodo calibrada foi medida, verificando-se um erro de aproximadamente 1.5% nas medidas de spot size. / [en] Near field characterization of optical waveguides is extremely important in monomode waveguides production. This work has use a measurement system based on the near field measurement, for characterizing the modal contents of waveguides. In order to verify the modal characteristics of two GaAS/AlGaAs waveguides, with different structures, near fiels measurements were made. Important parameters, such as the alignment and the focal adjustment of the aoptical systems, were also analyzed. Using the results from the measurements, it was calculated the spot size of the waveguides in the horizontal and vertical directions, verifying the coupling efficiency with monomode fibers. A calibrated monomode fiber was measured to analyze the system precision. On using this measurement as a reference parameter a high precision was observed

[pt] O desenvolvimento de moduladores externos é fundamental já que em decorrência do efeito de chirp em altas freqüências, a modulação direta de lasers fica prejudicada. Nesta tese projetamos uma estrutura de modulador de amplitude utilizando o efeito Stark em semicondutores para ser aplicado em sistemas de telecomunicação de altas taxas. Na estrutura semicondutora proposta utilizou-se a eletro-absorção em poços quânticos múltiplos de OnGaAs/InAlAs. Diferentes figuras de mérito do dispositivo passivo e ativo foram analisadas. Na simulação do comportamento do dispositivo como guia de onda foram utilizados os seguintes métodos: Método do Índice Efetivo e Método de Propagação de Feixe. A aplicabilidade desses métodos foi testada numa estrutura Rib de GaAs/AlGaAs e os resultados confrontados com medidas feitas em laboratório. Estando os resultados experimentais de acordo com os resultados obtidos através da simulação, os mesmos métodos foram utilizados na avaliação da estrutura do modulador de amplitude proposta. O comportamento resultante do guia correspondente às características almejadas. / [en] The development of external modulators is fundamental since the presence of chirping deteriotates the direct modulation of laseres ati high frequencies. In this work a project of an amplitude modulator for high bit-rate telecommunication systems using the Stark effect in semiconductors was undertaken. In the proposed semiconductor structure the electro-absorption in InGaAs/AnAlAs multiple quantum wells was used. Different figures of merit of the passive and active device were analysed. In the simulation of the device performance as a waveguide the following methods were applied: effective Index Method and Beam Propagation Method. The applicability of these methods were tested on a GaAs/AlGaAs rib structure and the results were compared with measurements done in the laboratory. The experimental results were in completed accord with the simulation. Therefore, the same methods were used to evaluate the proposed amplitude modulator structure. The resulting performance of the waveguide corresponds to the desired characteristics.

[pt] Reflectometria Ótica de Baixa Coerência (OLCR) é uma importante técnica não-destrutiva para a caracterização de guias de onda óticos. Este trabalho apresenta um estudo sobre a multiplicação de soluções que aparecem com uma nova configuração, que coloca o dispositivo fora dos braços do interferômetro. Duas técnicas foram desenvolvidas para resolver esse problema. Uma delas é baseada na correlação de medidas feitas com o dispositivo em duas posições diferentes. A outra técnica elimina a dualidade pela modulação da fase das reflexões provenientes do dispositivo. Ambas as técnicas eliminaram os picos indesejáveis satisfatoriamente, tornando mais fácil a observação das reflexões. A resolução não foi alterada pela modulação, e um elevada sensibilidade foi obtida. Um método para medidas de atenuação, baseado em sistemas de OLCR, foi apresentado. Se o coeficiente de reflexão for bem conhecido, o seu uso para medidas em guias de onda, tais como moduladores eletro-óticos, pode ser bastante interessante. / [en] Optical Low Coherence Reflectometry (OLCR) is na important non-destructive method for characterization of optical waveguides. This work presents a study of the plurality of solutions that appear with a new configuration, which places the device out of both arms of the interferometer. Two techniques were developed to solve this problem. One of them is based on the correlation of measurements made with the device in two different positions. The other technique removes the ambiguity by modulating the phase of the reflections from the interferometer. Both techniques have eliminated the undesirable peaks sucessfully, making the observation of the reflections more easy. The resolution was not changed by the modulation, and a high sensitivy was achieved. A method for attenuation measurements, based on OLCR systems, was presented. If the reflection coefficient is well know, its use for measurements of optical waveguides, such as modulators, could be very interesting.

[pt] Neste trabalho, o efeito de um obstáculo cilíndrico do tipo poste em guias de ondas retangulares e circulares é o objeto de estudo. Considerando-se um poste metálico em um guia de ondas retangular, utiliza-se o método dos momentos e diádicas de Green como técnica de obtenção de soluções. Utilizando a mesma metodologia, estada-se um poste metálico em um guia de ondas circular. A análise de um poste dielétrico em guias de ondas retangular e circular é feita através da técnica perturbacional. / [en] In this work, the effect of a cylindrical obstacle such as a post in rectangular and circular waveguides is the subject of study. Considering a metallic post in a rectangular waveguide, the Method of Moments and the Dyadic Green s Functions are applied to obtain the solutions. The same methodology is used to study a metallic post in a circular waveguide. A perturbational analysis is carried out to study a dielectric pos in retangular and circular waveguides.

[pt] Com o objetivo de se aumentar a confiabilidade de um sistema de micro-ondas tem-se utilizado, em alguns casos, a polarização circular. De modo a se evitar o emprego de vários dispositivos para a obtenção de fontes de polarização circular (os quais concorrem para um aumento do coeficiente de onda estacionária global do sistema) utiliza-se um único componente capaz de efetuar a transformação da polarização circular desejada. Tal componente é conhecido como polarizador. Este trabalho de tese visa apresentar o desenvolvimento e o projeto de um polarizador construído em guia circular, para a faixa de SHF. O efeito da transformação de polarização é conseguido através de diafragmas indutivos e capacitivos dispostos ao longo do guia circular. O coeficiente de onda estacionária máximo encontrado em um modelo construído para a faixa de 6,8 a 7,8 GHz foi de 1,1 e a relação axial de 1,2 dB. Devido a não utilização de dielétricos com perdas na estrutura, pode-se esperar baixos valores de perda por inserção. Nestas medidas incluem-se a transição guia retangular-guia circular. Na Introdução do presente trabalho é apresentada a obtenção de polarização circular em guia circular através de dois modos TE 11, ortogonais, defasados de 90 0. no Capítulo 1 são analisados os fundamentos teóricos em que se apóia o polarizador e no Capítulo 2 é analisada a sistemática de projeto da estrutura. Os Capítulos 3 e 4 descrevem, respectivamente, o projeto de um modelo experimental e os ensaios efetuados. / [en] Circular polarization hás been used in some cases to increase the capability and reliability of microwave systems. The desing employed here avoids introduccing several components to generate circular polarization (as such elements tend to increase the total voltage standing wave ratio of the system) by utilizing a single component capable of making the transformation from the original linear polarization in the retangular guide to the desired circular polarization. This component is known as a polarizer. This paper presents the development and results of a thesis project involving the construction of a polarizer in circular waveguide for the SHF band. The transformation from linear to circular polarization is obtained by using inductive and capacitive diaphrams dispposed longitudinaly in circular guide. The maximum voltage standing wave ratio measured in the model constructed was 1,1 and the maximum axial ratio was 1.2 dB for the band 6,8 to 7.8 GHz. Because lossy dielectric materials were not used in this polarizer low values of insertion loss are expected. The effects of the transition from retangular to circular guide are included in the measurements. In the introduction section of this paper the author describes the method for realizing circular polarization in circular waveguides by the use of two orthogonal TE 11 modes phased 90 0 apart with respect to each other. In Chapter 1 the theoretical fundamentals upon which the polarizer is based are analysed and in Chapter 2 a systematic analysis of the structure is reported, Chapter 3 and 4 describe, respectively, the investigations of the experimental model and the test results achieved.

[pt] A aplicação de um guia circular corrugado como alimentador é analisada a partir do conhecimento das distribuições de campo elétrico e magnético no plano focal de refletores parabólicos. O desenvolvimento matemático dos campos no interior da estrutura conduz a expressões para os diagramas de radiação e demais parâmetros de interesse. Diversas peculiaridades inerentes à propagação em estruturas corrugadas ficam caracterizadas ao longo da análise, alcançando-se a notável situação de simetria dos diagramas e polarização cruzada nula. Inclui-se um projeto para utilização de refletores de pequena e grande distância focal. / [en] The use of a corrugated circular waveguide as a feeder is analysed by considering the distributions of eletric and magnetic fields at the focal plane of parabolic reflectors. The mathematical field development inside the structure leads to expressions of radiation patterns and the necessary parameters. Several peculiarities in connection with the propagation in corrugated structures are characterized through the analysis, obtaining the remarkable situation of patterns simmetry and zero cross- polarization. A feeder design for using small and large focal lenght reflectorsis included.

[pt] Neste trabalho, o Método dos Elementos Finitos (MEF) é aplicado na análise do campo eletromagnético em dutos metálicos, utilizados no transporte de óleo e gás. Instrumentos de inspeção podem utilizar esse método para verificar a existência de anomalias do tipo amassamentos e corrosões nos dutos, contribuindo para evitar vazamentos que podem causar acidentes ecológicos. Atualmente, a técnica de fuga de campo magnético (MFL) é a mais utilizada para precisar a profundidade dos defeitos encontrados nos dutos devido ao processo localizado de corrosão, onde a espessura se reduz progressivamente até o inicio de um eventual vazamento. Os picos dos sinais de fluxo magnético defletido indicam a perda de massa metálica localizada. A profundidade dos defeitos é correlacionada com a amplitude dos picos. Neste trabalho, o algoritmo baseado em Método de Elementos Finitos é utilizado para avaliar o desempenho do MEF na localização da posição de defeitos na parede do duto, através dos picos que aparecem nos gráficos de campo magnético. Essa análise será feita utilizando-se dois tipos de alimentação na entrada do duto: (I) apenas propagação do modo fundamental TEM e (II) diferença de potencial entre os cilindros externo e interno do duto. Diversos tamanhos de deformação em posições diferentes do duto serão analisados para se determinar para quais tipos de problema o algoritmo é eficiente. / [en] In this work, the Finite Element Method (FEM) is applied in the analysis of electromagnetic field generated by instruments employed for inspection of pipelines for natural gas-transmission. Inspection instruments can use this method to evaluate anomalies as corrosion and kneading in the superficies of the pipelines. This can avoid leaking that can cause ecological accidents. The Magnetic Flux Leakage (MFL) is the oldest and most commonly used in-line inspection method for finding metal-loss regions in gas- transmission pipelines. MFL inspections are typically used to detect, locate, and characterize metal-loss and other anomalies in natural gas-transmission pipelines. The amplitude or magnitude of an MFL signal is strongly related to defect depth. Alternatively, in this work, an instrument that generates a TEM wave is explored for inspection of pipelines. To evaluate the field distribution inside the pipe, an algorithm based on Finite Element Method is used to detect and locate an anomaly in the pipeline. It is used two kinds of source in the duct´s port: (I) just propagation in the FEM basic mode and (II) different potential between the internal and external cylindrical duct. Several sizes of anomalies will be analyzed to identify for which kind of problems the algorithm is useful.

[pt] Esta tese apresenta uma análise de uma estrutura de corneta cônica corrugada com dielétrico anisotrópico, com eixo óptico na direção axial da corneta. Esta configuração de corneta pode ser conseguida utilizando-se a estrutura de uma corneta corrugada com a adição de um cone dielétrico anisotrópico uniaxial. A anisotropia pode ser conseguida artificialmente dopando-se o material dielétrico isotrópico ou utilizando-se uma técnica de perfuração na direção axial do cone. Esta técnica de perfuração é sugerida e apresentada nesta Tese. Partindo-se da geometria definida, foram desenvolvidas as expressões dos campos transversais e o equacionamento para a obtenção das curvas características da estrutura. É apresentado ainda um estudo comparativo dos campos transversais com os casos degenerados já conhecidos de guias cilíndricos, entre eles, guia cilíndrico corrugado oco, guia cilíndrico metálico com bastão dielétrico, guia cilíndrico corrugado com bastão dielétrico isotrópico. As expressões para o cálculo dos campos radiados distantes foram obtidas para o guia cilíndrico corrugado com dielétrico anisotrópico. Em adição, expressões para o cálculo dos campos radiados distantes para a corneta cilíndrica corrugada com dielétrico anisotrópico com pequenos ângulos de abertura (flare angle) utilizando-se a aproximação por capa esférica foram obtidas e apresentadas. Estas expressões foram baseadas na terceira definição de Ludwig. Foram realizadas análises para estruturas já conhecidas geradas a partir da degeneração do caso mais geral apresentado nesta tese com o objetivo de validar a teoria desenvolvida e os resultados provaram a validade do material teórico desenvolvido. Finalmente, foi desenvolvida uma análise paramétrica da estrutura apresentada com o intuito de verificar o comportamento dos campos radiados e da polarização cruzada máxima em função da anisotropia e da frequência de operação. Verificou-se que a largura de feixe de meia potência foi pouco influenciada pela anisotropia do dielétrico e apresentou comportamento esperado em função da frequencia. A variação da máxima polarização cruzada em função da frequência foi estudada. Em determinados valores de permissividade e anisotropia, para a configuração considerada, foi alcançada a condição híbrida balanceada. Nesta condição a estrutura apresentou baixos níveis de máxima polarização cruzada em uma faixa larga de frequência. Comportamento este muito superior ao da corneta corrugada, corneta metálica com dielétrico e corneta corrugada com dielétrico isotrópico. / [en] This thesis presents an analysis of a corrugated conic horn structure with anisotropic dielectric. This dielectric cone is positioned inside the horn and has an optical axis in its longitudinal direction. This horn configuration can be obtained using the structure of corrugated horn and adding an anisotropic dielectric cone. The anisotropy can artificially be obtained by doping the isotropic dielectric or using a perforation technique. This perforation technique is suggested and presented in this Thesis. Expressions for the transverse fields and the propagation constant curves were developed considering this new geometry. It is also presented a comparative study of the degenerated transversal fields with well-known structures. These structures are: hollow cylindrical guide, corrugated cylindrical guide, cylindrical metallic guide with dielectric and corrugated cylindrical guide with dielectric. The expressions to calculate the radiated far fields were obtained for the corrugated cylindrical guide with anisotropic dielectric. In addition, expressions to calculate the radiated far fields for the corrugated cylindrical horn with anisotropic dielectric were developed and presented. These expressions considered horns with small flare angle and used the spherical cap approximation theory. All expressions considered the 3th Ludwig definition for the radiated far field. Far field analyses were conducted for well-known structures. These structures were obtained by degenerating the new configuration presented in this thesis and aimed to validate the theoretical developed theory. The results proved its validity. Finally, a parametric analysis was performed. This analysis considered, for a given structure configuration, the behavior of the radiated far fields and its maximum cross polar levels as a function of the anisotropy and frequency. It was verified that the dielectric anisotropy had very little effect on the half power beam width characteristic. The maximum cross polar level as a function of the frequency was analyzed. For some specific values of permittivity and anisotropy, for the considered configuration, the balanced hybrid condition was reached. In this condition the structure presented very low cross polar values in a large frequency band. This behavior is much more superior to the corrugated horn, dielectric horn and the isotropic dielectric corrugated horn.

[pt] No presente trabalho o método de Rayleigh-Ritz é utilizado na determinação dos campos modais e dos números de onda de corte em guias de onda de seção arbitrária. Inicialmente, o método é aplicado com funções de base polinomiais, sendo a seção transversal do guia aproximada por um polígono convexo. Este tipo de função limitou o número de modos que podem ser calculados, uma vez que polinômios de grau alto geram instabilidades computacionais e overflow. Utilizando a mesma metodologia, os campos modais em guias de onda superquadráticos são analisados. Entretanto, as funções de base polinomiais são substituídas por funções trigonométricas, produzindo um modelo numérico capaz de computar um grande número de modos em um tempo de execução razoável. Os guias superquadráticos constituem uma classe de guias uniformes, incluindo guias circulares, elípticos, quase retangulares e outros de seções intermediárias. Conseqüentemente, eles são úteis na construção de diversos dispositivos em guias de onda, incluindo transições de diferentes seções, tais como circular para elíptica e circular para retangular. O método do casamento de modos é aplicado na determinação da matriz de espalhamento de descontinuidades entre guias superquadráticos. Diversas aplicações numéricas são apresentadas e comparadas com resultados obtidos através de outras técnicas. / [en] In the present work, the modal fields and cutoff wavenumbers of arbitrary cross section waveguides are determined using the Rayleigh-Ritz method. Initially, the method is applied to waveguides with cross section approximated by a convex polygon. Polynomial basis functions are used. Such basis functions limit the number of modes that can be computed, since polynomials of high degree generate computer instabilities and overflow. Using the same methodology, the modal fields of superquadric waveguides are analyzed. Polynomial basis functions are replaced by trigonometric functions, however, producing an efficient numerical model capable of computing a large number of modes with a reasonable computer time. Superquadric waveguides constitute a class of uniform waveguides that include circular, elliptical, almost rectangular waveguides and a series of intermediate cross section waveguides. As a consequence they are quite useful in the construction of several devices, including transitions between waveguides of different cross sections, such as circular to elliptical and circular to rectangular. The mode matching technique is applied to the determination of the scattering matrix of discontinuities between superquadric waveguides. Several numerical applications are presented and compared to results obtained from other techniques.

[pt] Neste trabalho são analisados os campos modais em guias circulares contendo em seu eixo um carregamento cilíndrico dielétrico uniforme ou corrugado, identificando propriedades destes campos úteis a aplicações no projeto de ressoadores, filtros e alimentadores. Com o objetivo de apresentar uma aplicação da análise dos guias circulares com carregamento dielétrico, é feita a análise de um ressoador dielétrico cilíndrico apresentando- se sua carta modal relacionando suas freqüências de ressonância com o carregamento dielétrico. / [en] In this work the modal fields for circular waveguides with uniform or corrugated dieletric loads are analysed, and useful properties of these fields to applications such as ressonators, filters and antenna feeders are ecamined. As an application of the analysis of dieletric loaded circular waveguides, an algorithm is developed for the determination of ressonant frequencies of dieletric loaded ressonators, and the modal chart, relating ressonant frequencies to ressonator dimensions, is evaluated.