[pt] O propósito deste trabalho é apresentar formulação para a determinação da impedância de entrada de uma antena colocada no interior de uma cavidade retangular com um dos lados aberto. O procedimento utilizado consiste na determinação da potência total irradiada da qual se obtém a impedância de entrada. A colocação do problema é feito utilizando o método do casamento de modos (Mode Match). Apresentam-se algumas considerações com relação ao erro surgido com as truncagens dos modos de índices elevados, aproximações da utilização em verificação experimental e aplicações. / [en] This work presents a formulation for determining the input impedance for an antenna located inside fo a rectangular cavity having one side open. The current distribution on the antena and the total power radiater are determined using and apropriate Green’s function and anatytic procedure from which the impedance is calculated. The problem is approchea and solved using the method of Mode Matching. Some considerations concerning the erros due to the truncation of modes of larges index used in the aproximation method are presented as well as practical consideration for experimentally verifing and applying the results.

[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo sobre os parâmetros envolvidos no projeto de amplificadores de microondas. Um curto prêmbulo destaca os objetivos desejados. O capítulo segundo desenvolve teoria de quadripolos a partir dos parâmetros de espalhamento e transmissão. Círculos de instabilidade, de ganho constante, dipolos de fechamento, critérios de unilateralização, fator de ruídos e círculos de ruído constantemente são apresentados. No capítulo seguinte é apresentada uma função passa-faixa extremamente versátil. Oferece soluções exatas para sínteses de circuitos e adaptação usando linhas de transmissão. Apresentam-se vários modelos de estruturas resultantes com respostas tipo Butterworth e Chebyshev, Técnicas de absorção de parasitas pela estrutura são discutidas, bem como as limitações de banda pertinentes. Um exemplo encerra este capítulo. O capítulo quatro inicia-se com uma coletânea de características relevantes da linha microstrip. A seguir são propostos modelos analíticos para representar o efeito das descontinuidades mais comuns. Verifica-se, ao medir, que circuitos abertos e descontinuidades de impedância são modelados com exatidão. Já para as junções em T, simétricas ou não, os modelos se aplicam, mas apenas como formulações de primeira ordem. No entanto é oferecida uma sistemática operacional que pode ser usada sempre que resultados mais exatos se tornarem necessários. O trabalho se encerra com a descrição de um programa de computador para análise e otimização de circuitos de microondas. Descreve-se a técnica de otimização utilizada, com a combinação linear de dois gradientes e apresenta-se as facilidades oferecidas pelo programa, ilustrando com exemplos. / [en] This work presents a study on the parameters related to the project for microwave amplifiers. In the introduction we state our goals. Chapter 2 introduces the theory of two-port networks from the standpoint of scattering and transmission parameters. Instability and constant gain circles, terminating loads, unilateralization critera, noise figure and constant noise circles are examined. In the next chapter an extremely versatile band-pass function is introduced. This function leads to exact solutions in the synthesis of adapting structures using transmission lines. Several Butterworth and Chebyshev structures resulting from the use of this function are presented. Techniques to absorb reactively constrained loads are discussed as well as bandwidth limitation. The chapter closes with an example. Chapter 4 first introduces a summary of relevant characteristics of a microstrip. Analytical models to represent the most common types of discontinuities are then proposed. Measurements indicate that open circuits and impedance discontinuities are adequately modeled. On the other hand for T junctions (symmetric or not) the models can only be used as first order approximations. An alternative approach is then suggested whenever more exact results are required. We finally describe a computer program to analyze and optimize microwave structures. The optimization technique involves a linear combination capabilities are introduced. / [fr] Le sujet de ce travail est le project d’amplificateurs hyperfréquences. Um court préambule donne tout d’abord de plus amples détails sur les objectifs visés. Un deuxième chapitre développe la théorie des quadripoles en utilisant les paramètres S et ceux de transmission. On y présent les cercles d’instabilité et de gain constane, les dipoles de fermeture, les critères d’unilatéralisation, le facteur de bruit et les cercles correspondants de bruit constant. Le chapitre suivant présente une fonction passe-band extrèmement utile puisqu’elle offre des solutions exactes pour la synthése de circuits d’adaptation réalisés en lignes de transmission. Plusieurs modèles de structures à réponse Butterworth et Tchebyshev y sont abordés. On y descute aussi les techniques d’absorption des éléments parasites et, également, les limitations de bande correspondantes. Ce chapitre se termine par un exemple typique. Le chapitre quatre commence par un ensemble de caractéristiques de la ligne microruban. On y propose ensuite des modeles analytiques pour représenter les effets dês discontinuités les plus communes. Des résultats pratiques démontrent que ces modeles sont três exacts. En ce qui concerne les jonctions T, symétriques ou non, les modeles s’appliquent seulement comme approximations de premier ordre. Il existe cependant une systématique opérationnelle qui peut être utiliséedans ces casa fin d’obtenir des résultats plus exacts. Um dernier chapitre décrit un programme d’ordinateur d’analyse et d’optimization de circuits hyperfréquences. Il décrit la méthode d’optimisation utilisée, la combinaison linéaire de deux gradients, et démontre la facilité d’utilisation du programme à l’aide de quelques examples.

[pt] Transformadores de guia de onda são amplamente empregados no projeto de componentes em onda guiada e são encontrados em praticamente todas as cadeias alimentadoras de antenas e demais estruturas de onda guiada na faixa de microondas. Embora a teoria de transformadores seja conhecida, os requisitos de ordem sistêmica têm levado os projetos de transformadores de guia de onda ao seu limite. Para tal nível de exigência, e considerando o número de variáveis no projeto de transformadores, técnicas numéricas de análise (tais como FDTD e expansão modal dentre outros), e otimização têm sido obrigatoriamente empregadas. Por outro lado, o número de variáveis de um transformador, acaba sendo um processo de alto consumo de tempo computacional, incoerente com o porte e objetivo de custo desses transformadores. Este trabalho propõe uma possibilidade alternativa para a análise mais rápida para essas estruturas, através do emprego de formulações fechadas derivadas de métodos varacionais. Um modelo heurístico é proposto para o caso de descontinuidades em dois planos, sejam para o caso de descontinuidades homogêneas ou para não-homogêneas. / [en] Waveguide transformers are widely used on antenna’s feeder chains and other microwave devices. Although the theory of quarter wavelength transformers is well known, the current electrical performance of such microwave devices has been pushing the waveguide transformers design to its limit. For attending such level of requirements, and considering the number of existing variables on a waveguide transformer design, very accurate numerical techniques has been applied on its analyses, (such as FDTD, mode matching, etc), and optimization techniques as well. On the other hand, such numerical techniques are very memory and/or CPU/time consuming, which do not match with the cost objective of those simple concept transformers. This work proposes an alternative technique, based on close-form models derived from varational theory. A heuristic model is also proposed for attending the two plane transformer case, which can be easily applied for both homogeneous and inhomogeneous structures. Keywords Waveguide;

[pt] Na área de exploração e produção de petróleo são alocados grandes investimentos para conseguir diminuir os riscos associados à baixos níveis de produção, que podem ser minimizados mediante a acertada caracterização do reservatório de petróleo. Uma valiosa fonte de informação pode ser extraída de dados sísmicos 3D, obtidos do campo em estudo. O custo econômico de aquisição de esta base de dados para o reservatório completo é relativamente baixo, se comparado com uma amostragem direta por meio de perfurações de poços. Embora, a relação entre os dados sísmicos e as propriedades de reservatório seja considerada ambígua, esta deve ser integrada com informação confiável, como aquela obtida mediante perfilagem de poços. Fazendo uso dos abundantes dados sísmicos e das escassas, mas, precisas medições em perfurações existentes, foi desenvolvido neste trabalho um sistema baseado no algoritmo de Programação Genética (PG) para caracterizar geologicamente um reservatório de petróleo. PG é uma técnica de computação evolucionária capaz de estimar relações não lineares entre um conjunto de entrada e de saída, mediante uma expressão simbólica explícita. Para extrair informação adicional nos registros sísmicos são calculados atributos sísmicos, que facilitam a identificação de características estratigráficas ou estruturais do subsolo representadas indiretamente pela sísmica. Adicionalmente, é utilizado o método de inversão sísmica para o cálculo da impedância acústica, que é uma variável auxiliar derivada de sísmica calibrada com perfis de poço. Os atributos sísmicos junto com a impedância acústica servirão para a estimação de propriedades geológicas. Esta metodologia de trabalho foi testada em um reservatório real de grande complexidade geológica. Por meio de PG, foi representada satisfatoriamente a relação entre dados derivados da sísmica e a porosidade do campo, demostrando assim que PG é uma alternativa viável para a caracterização geológica de reservatórios. Posteriormente, foi realizada uma clusterização do campo baseada em características geofísicas que permitiram a construção de estimadores por PG especializados para cada zona. / [en] In the field of oil exploration and production a great deal of investment is allocated in reducing the risks associated to low production levels that can be minimized through an accurate oil reservoir characterization. A valuable source of information can be extracted from 3D seismic data, obtained from the studied reservoir. The economic cost of the acquisition of this data base for the whole reservoir is relatively low, if compared to the direct sampling method of well drilling. Being that the relationship between seismic data and reservoir properties is considered ambiguous, it must be integrated with reliable information, such as that obtained by well logging. Making use of abundant seismic data and scarce, yet accurate, measurements from the existing drillings, it was developed in this study a system based in the algorithm of Genetic Programming (GP), to geologically characterize an oil reservoir. GP is an evolutionary computational technique capable of estimating the non-linear relationships between input and output parameter, through an explicit symbolic expression. In order to extract additional information from seismic records, seismic attributes are calculated, which facilitate tasks of identifying stratigraphic and structural characteristics of the subsurface, represented indirectly by seismic data. Moreover, a seismic inversion method is used to estimate the acoustic impedance, an auxiliary variable derived from seismic data calibrated by well logs. The seismic attributes along with the acoustic impedance will be used to estimate geological properties. This workflow was tested on a real reservoir, thus presenting geological complexity. Through GP, the relationship between seismic derived data and the field porosity was represented satisfactorily, demonstrating that GP is a viable alternative for geologic reservoir characterization. Afterwards, the reservoir was divided in clusters according to geophysical properties, this allowed the construction of GP based estimators for each zone.

[pt] Este trabalho tem como objetivo construir um classificador baseado em regras de inferência fuzzy, as quais são extraídas a partir de máquinas de vetor suporte (SVMs) e ajustadas com o auxílio de um algoritmo genético. O classificador construído visa a diagnosticar transformadores de potência. As SVMs são sistemas de aprendizado baseados na teoria do aprendizado estatístico e apresentam boa habilidade de generalização em conjuntos de dados reais. SVMs, da mesma forma que redes neurais (RN), geram um modelo caixa preta, isto é, um modelo que não explica o processo pelo qual sua saída é obtida. Entretanto, para alguns problemas, o conhecimento sobre como a classificação foi obtida é tão importante quanto a classificação propriamente dita. Alguns métodos propostos para reduzir ou eliminar essa limitação já foram desenvolvidos, embora sejam restritos à extração de regras simbólicas, isto é, contêm funções ou intervalos nos antecedentes das regras. No entanto, a interpretabilidade de regras simbólicas ainda é reduzida. De forma a aumentar a interpretabilidade das regras, o modelo FREx_SVM foi desenvolvido. Neste modelo as regras fuzzy são extraídas a partir de SVMs treinadas. O modelo FREx_SVM pode ser aplicado a problemas de classificação com n classes, não sendo restrito a classificações binárias. Entretanto, apesar do bom desempenho do modelo FREx_SVM na extração de regras linguísticas, o desempenho de classificação do sistema de inferência fuzzy obtido é ainda inferior ao da SVM, uma vez que as partições (conjuntos fuzzy) das variáveis de entrada são definidas a priori, permanecendo fixas durante o processo de aprendizado das regras. O objetivo desta dissertação é, portanto, estender o modelo FREx_SVM, de forma a permitir o ajuste automático das funções de pertinência das variáveis de entrada através de algoritmos genéticos. Para avaliar o desempenho do modelo estendido, foram realizados estudos de caso em dois bancos de dados: Iris, como uma base benchmark, e a análise de resposta em frequência. A análise de resposta em frequência é uma técnica não invasiva e não destrutiva, pois preserva as características dos equipamentos. No entanto, o diagnóstico é feito de modo visual comparativo e requer o auxílio de um especialista. Muitas vezes, este diagnóstico é subjetivo e inconclusivo. O ajuste automático das funções de pertinência correspondentes aos conjuntos fuzzy associados às variáveis de entrada reduziu o erro de classificação em até 13,38 por cento em relação à configuração sem este ajuste. Em alguns casos, o desempenho da configuração com ajuste das funções de pertinência supera até mesmo aquele obtido pela própria SVM. / [en] This work aims to develop a classifier model based on fuzzy inference rules, which are extracted from support vector machines (SVMs) and optimized by a genetic algorithm. The classifier built aims to diagnose power transformers. The SVMs are learning systems based on statistical learning theory and have provided good generalization performance in real data sets. SVMs, as artificial neural networks (NN), generate a black box model, that is, a model that does not explain the process by which its output is obtained. However, for some applications, the knowledge about how the classification was obtained is as important as the classification itself. Some proposed methods to reduce or eliminate this limitation have already been developed, although they are restricted to the extraction of symbolic rules, i.e. contain functions or ranges in the rules´ antecedents. Nevertheless, the interpretability of symbolic rules is still reduced. In order to increase the interpretability of the rules, the FREx_SVM model was developed. In this model the fuzzy rules are extracted from trained SVMs. The FREx_SVM model can be applied to classification problems with n classes, not being restricted to binary classifications. However, despite the good performance of the FREx_SVM model in extracting linguistic rules, the classification performance of fuzzy classification system obtained is still lower than the SVM, since the partitions (fuzzy sets) of the input variables are predefined at the beginning of the process, and are fixed during the rule extraction process. The goal of this dissertation is, therefore, to extend the FREx_SVM model, so as to enable the automatic adjustment of the membership functions of the input variables through genetic algorithms. To assess the performance of the extended model, case studies were carried out in two databases: iris benchmark and frequency response analysis. The frequency response analysis is a noninvasive and non-destructive technique, because it preserves the characteristics of the equipment. However, the diagnosis is carried out by visual comparison and requires the assistance of an expert. Often, this diagnosis is subjective and inconclusive. The automatic adjustment of the membership functions associated with input variables reduced the error up to 13.38 per cent when compared to the configuration without this optimization. In some cases, the classification performance with membership functions optimization exceeds even those obtained by SVM.

[pt] Nos últimos anos, tem aumentado o interesse no uso da transmissão de energia sem fio por acoplamento indutivo em muitas aplicações. Uma das maiores limitações dessa tecnologia é a distância de operação reduzida. Alguns trabalhos recentes sugerem usar materiais artificiais conhecidos como metamateriais para aprimorar a eficiência da transferência de potência ao longo da distância. Devido às suas propriedades eletromagnéticas únicas, tais como permeabilidade magnética negativa, metamateriais podem ser usados para amplificar as ondas evanescentes do campo próximo. No presente trabalho, é estudado o uso de metamateriais eletromagnéticos para aumentar o acoplamento indutivo por meio da amplificação do campo próximo. São apresentados cálculos analíticos e simulações dos metamateriais propostos. O melhoramento da eficiência na transferência de potência é apoiado por evidências experimentais. / [en] Over recent years, the interest in using inductive wireless power transmission for many applications has grown. One of the major limitations of this technology is the reduced operating distance. Some recent works have suggested using artificial materials known as metamaterials to improve the power transfer efficiency over distance. Due to their unique electromagnetic properties, such as negative permeability, metamaterials can be used to enhance the evanescent waves of the near field. In the present work, the usage of an electromagnetic metamaterial to increase the inductive coupling by means of enhanced evanescent waves is studied. Analytical calculations and numerical simulations of the proposed metamaterial are presented. The improvement of the power transfer efficiency is supported by empirical evidences.

[pt] A presente tese descreve e analisa a utilização de substratos e superstratos dielétricos para a otimização do desempenho de antenas impressas configuradas através de microlinhas. São avaliadas as características de casamento de impedância, geração de ondas de superfície, ganho, diretividade, facilidade de montagem, facilidade de medição, diagrama de radiação e possibilidade de miniaturização. São avaliadas também as antenas configuradas através de guias dielétricos para aplicações na banda milimétrica e no domínio do Terahertz. Um procedimento inicial para seleção do substrato, do superstrato e do modelo de antena é sugerido. Várias antenas utilizando microlinhas são simuladas, realizadas e caracterizadas. / [en] This work presents the research, design and optimization of the fundamental effects of dielectric substrate and superstrate over printed antennas performance. Impedance matching, surface waves generation, gain, directivity, assembling, pattern diagram and miniaturization are investigated. A new dielectric waveguide antenna is also investigated for millimetric and Terahertz applications. A initial criteria for choosing a more efficient substrate, superstrate for a specific antenna model is suggested. Several antennas models are simulated, realized and measured.