[pt] Este trabalho apresenta a idealização, caracterização e medições de um absorvedor metamaterial ultrafino com uma banda ultra larga, baseado em espiras quadradas arranjadas periodicamente. O circuito equivalente dessa estrutura é proposto para fornecer uma maior compreensão teórica. Os parâmetros desse circuito são extraídos utilizando um algoritmo baseado no método dos mínimos quadrados, usando uma abordagem direta, que pode ser aplicada aos absorvedores com banda larga em geral. O mecanismo de absorção da estrutura proposta é discutido e detalhado. Um dos resultados da simulação mostrou uma absortividade acima de 90 porcento de 11.4 até 20 GHz, cobrindo a banda Ku inteiramente tanto para a polarização TM quanto para a TE, e essa banda larga é confirmada pelas medições experimentais. Além disso, a espessura do absorvedor metamaterial proposto é lambda/16.4, considerando o maior comprimento de onda da banda de operação, e apresenta estabilidade angular até 50 graus Celsius. Ademais, o uso do absorvedor proposto para redução da seção transversal de radar em antenas de microfita é investigado e reduções até 12.8 dB são obtidas, e uma parede absorvedora é apresentada para diminuição do acoplamento mútuo em conjuntos de antenas. / [en] This work presents the design, characterization, and measurement of an ultrathin and ultrawideband metamaterial absorber based on periodicallyarranged metallic square spiral and its equivalent circuit is proposed to provide a theoretical insight. The parameters of the equivalent circuit are extracted using an algorithm based on the least-square method and using a straightforward approach, which can be applied to broadband absorbers in general. The mechanism of absorption of the proposed structure is discussed and detailed. One of the simulated results showed an absorptivity of more than 90 percent from 11.4 to 20.0 GHz, covering the Ku band for TM as well as TE polarization, and this broadband feature is confirmed by the experimental measurement. Furthermore, the proposed metamaterial absorber is lambda/16.4 thick at the lowest frequency of absorption and presents angle stability up to 50 Celsius degrees. In addition, the usage of the proposed absorber to the radar crosssection reduction in microstrip antennas is investigated and reductions up to 12.8 dB are achieved, and an absorber wall is presented to decrease the mutual coupling in antenna arrays.

[pt] Invisibilidade sempre mexeu com a imaginação de crianças e adultos. Quem nunca imaginou ser capaz de tornar-se invisível em certas ocasiões? Recentemente essa ideia da ficção científica tomou forma na vida real, e um dos objetivos do presente texto é explicar de uma maneira acessível as principais ideias físicas e matemáticas por trás do conceito de invisibilidade. Pedimos do leitor somente uma modesta familiaridade com Cálculo Vetorial, Séries de Fourier e Álgebra Linear. O objetivo da capa de invisibilidade é tornar um objeto não detectável por meio de energia eletromagnética. A capa é fisicamente realizada por um metamaterial especialmente projetado para redirecionar certas ondas eletromagnéticas irradiadas sobre o objeto. Nesta exposição, usaremos como exemplo a tomografia de impedância elétrica (TIE) como método de detecção e explicaremos como criar uma capa invisível à TIE. Cabe ressaltar que o processamento de imagem através da TIE diz respeito a um problema inverso e, no contexto das equações diferenciais, esse problema envolve, a partir de determinadas simplificações, a equação de Laplace com condições de contorno. Despretensiosamente, optamos pelo caso bidimensional para facilitar a exposição das idéias principais, embora todos os nossos resultados possam ser generalizados em 3 dimensões. / [en] Invisibility has always instigated children and adult s imagination. Who never thought of occasionally being able to turn yourself invisible? Recently, this science fiction idea has taken shape in real life, and one of the objectives of this text is explain the main physical and mathematical ideas behind the invisibility concept, on a comprehensible way. We only require the reader has a modest familiarity with Vectorial Calculus, Fourier Series and Linear Algebra. Invisibility cloak aims to turn an object imperceptible to electromagnetic energy detection. The cloak is made of an especially projected metamaterial that redirects certain electromagnetic waves irradiated over the object. Here we will take as an example electrical impedance tomography (EIT) as a detection method and we will explain how to create an invisible cloak for EIT. It is worth mentioning that image processing through EIT is an inverse problem. Thereby, in the context of differential equations, this problem involves a few simplifications in the Laplace s problem with contours conditions. Unpretentiously, we chose the two-dimensional case to simplify the exposition of the main ideas, although all of our results may be generalized in three-dimensional case.

[pt] Muitos drones subaquáticos (DSs) modernos usados no monitoramento militar e ambiental operam no oceano e são concebidos como transceptores intermediários entre sua estação base (EB) e redes de sensores sem fio subaquáticas (RSSFSs). Devido a salinidade e consequentemente a condutividade da água do mar, DSs não podem usar transmissões de rádio frequência (RF) convencionais, tanto para alimentar quanto para se comunicar com os nós sensores (NSs). Tentando superar essas limitações, sistemas de transmissão indutiva de energia (TIE) têm sido apontados como uma alternativa para RSSFSs assistidas por DSs confiáveis. TIE apresenta perdas menores do que técnicas de campo distante em meios complexos, mas é extremamente limitada em termos de distância de operação. Baseado nisso, a presente tese visa uma solução mais integrada para sistemas de monitoramento assistidos por DSs baseado em sistemas de TIE usando lentes e refletores de metamaterial (MTM) dedicados a aprimorar ambas a eficiência na transmissão de energia e a razão sinal-ruído dos dados transmitidos. Um novo modelo do canal magnético, baseado no modelo de linhas de transmissão magnéticas virtuais, incorporando os ganhos dos MTMs e as perdas da água do mar, também é apresentado de modo a facilitar a futura sistematização das RSSFSs. / [en] Most modern underwater drones (UDs) employed in military and environmental monitoring operate in the ocean and are conceived as intermediary transceivers between their base station (BS) and underwater wireless sensor networks (UWSNs). Due to the salinity and consequently the conductivity of seawater, UDs cannot use conventional radiofrequency (RF) transmissions, either for powering or communicating with the sensor nodes (SNs). Trying to overcome these limitations, inductive power transmission (IPT) systems have been pointed out as an alternative for reliable UD-assisted UWSNs. IPT presents lower losses than far-field-based techniques in complex media but is extremely limited in terms of operating distance. Based on that, the present thesis aims an all-integrated solution for UD-assisted monitoring systems based on IPT systems using metamaterial (MTM) lenses and reflectors dedicated to improving both the power transfer efficiency and the signal-noise ratio of the transmitted data. A new model of the magnetic channel, based on the virtual magnetic transmission line model, incorporating the MTM gains and the seawater losses, is also presented in order to facilitate the future systematization of UWSNs.

[pt] Estruturas baseadas em grafeno como óxido de grafeno (OG) e óxido de grafeno reduzido (OGr) vêm sendo amplamente utilizadas em aplicações de sensoriamento resistivo de gás. Entretanto, poucos projetos são efetuados utilizando métodos pervasivos e não intrusivos, que são importantes para aplicações onde intervenções podem ser problemáticas. Este trabalho apresenta a implementação de protótipos de sensores sem fio de baixo custo baseados na tecnologia de RFID sem chip, para sensoriamento de vapor de álcool, utilizando uma topologia de antena miniaturizada baseada em Metamateriais (MTMs) carregada com OGr. Simulações utilizando o método dos elementos finitos são efetuadas de forma a encontrar o melhor local para deposição das estruturas sensíveis ao vapor de álcool. É observado que a estrutura responde a variações de resistividade de OGr apenas para uma determinada faixa de valores. O tempo de redução térmica de OG necessário para atingir este espectro de valores é experimentalmente determinado, estando entre 60 e 90 min à 200 Graus Celsius. Amostras de GO são fabricadas utilizando o método de Hummer modificado, e são depositadas nos gaps das antenas. Posteriormente, são reduzidas por 60, 75 e 90 minutos. O setup de medição consistiu em medições do coeficiente de reflexão em banda X. Após um determinado tempo para estabilização, álcool isopropílico e também etanol são colocados em contato com a amostra em um recipiente fechado por 1h30, e a resposta foi observada. Resultados com sensibilidade de até 11,5 por cento foram obtidos. / [en] Graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO) based structures have been widely applied for resistive gas sensing applications. However, few projects are developed using pervasive and non-intrusive methods, which are important for applications where intervention can be an issue. This work presents the implementation of low-cost wireless sensor prototypes based on chipless RFID technology, for alcohol vapor sensing, by using a metamaterial (MTM) based miniaturized antenna loaded with rGO. Simulations are performed using finite element method in order to find the best place to deposit the alcohol vapor sensitive structures. It is observed that the structure responds to resistivity variations only for a determined range of values. The GO reduction time necessary to reach this spectrum of values is experimentally determined, and it is found to be between 60 and 90 min at 200 Celsius degrees. GO samples are synthesized using a modified Hummer s method, and deposited in the gaps of the antenna structures. Later, they are reduced for 60, 75 and 90 min. The measurement setup consists in reflection coefficient characterization at X band frequencies. After a stabilization time, isopropyl alcohol and ethanol are put in contact with the samples in a closed container for 1h30, and the response is observed. Sensitivities up to 11,5 percent are obtained.

[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.