[pt] Neste trabalho, o Método dos Momentos é aplicado na análise de antenas microfita excitadas por cabo coaxial, utilizando Funções de Green no modelamento dos campos no interior da camada de dielétrico, o que permite considerar as ondas de superfície excitadas no substrato. Para obter a impedância de entrada da antena microfita, foi implementado um algoritmo numérico para a solução do problema. Neste trabalho, atenção especial é dada à análise de singularidades e ao comportamento assintótico dos integrandos envolvidos na solução numérica do problema. A validação do algoritmo é feita através da comparação com resultados apresentados em referências. Os resultados fornecidos pelo Método dos Momentos são comparados com os obtidos na aplicação de outros métodos na solução do problema. Para esta comparação, são utilizados dois programas comerciais de simulação eletromagnética, o Ansoft HFSS e o CST. São feitas simulações com a variação dos parâmetros de entrada do problema, com o objetivo de assegurar a convergência dos resultados e permitir a comparação com os resultados obtidos pelo Método dos Momentos. São apresentadas diferenças entre os resultados obtidos pelos diversos métodos e analisadas as possíveis causas das discrepâncias. / [en] In the present work, the Method of Moments is applied to the analysis of probe fed antennas. The approach uses Green Functions to model the fields within the dielectric layer, which allows to take into account the surface waves excited in the substrate. A numerical algorithm was implemented in order to obtain the microstrip antenna input impedance. The latter is then verified through the comparison with results presented in references. Special attention is given to the analysis of singularities and to the asymptotic behavior of the integrands involved in the numerical solution. A comparison is drawn between the results obtained with the Method of Moments and those obtained with other methods by employing two electromagnetic simulation commercial softwares, Ansoft HFSS and CST. Simulations with different input parameters are performed in order to ensure convergence of the results and allow comparison with results obtained by the Method of Moments. The differences among the results obtained by the several methods addressed in the analysis are presented and the potential causes of them are analyzed.

[pt] Neste estudo faz-se uma análise do desempenho de antenas cônicas compactas para operar em largas bandas de freqüência. Esta análise será feita observando o comportamento da impedância da antena. Serão, primeiramente, consideradas as estruturas convencionais formadas por cones e cones sobrepostos próximos a um plano condutor. Posteriormente, será considerada uma estrutura cônica onde o arredondamento das bordas resulta em um comportamento mais uniforme para a impedância de entrada com variações da freqüência, conferindo um aumento na banda para esta configuração. / [en] The discone antenna is well known as an easy to build multioctave broadband antenna with a omnidirectional radiation pattern in the H-plane, It comprises a plane conductive disc element spaced close to and axially aligned with a conductive cone element. For applications in the UHF and microwave ranges, high performance antennas have been designed to operate from 0.5 to 5 GHz with a VSWR of about 3.5:1 or less. If the length is finite, the impedance still strongly dependent on apex angle as long as the cone is longer than about quarter of wavelength and the apex angle is relatively larger. A problem that is experienced with these antenna designs is the relatively large size required to operate at the low frequencies. In applications where utilization of this antenna. In this work, the analysis and design of these antenna is obtained by employing a rigorous formulation of the electromagnetic scattering problem. As a design tool, we employ Method of Moments for the analysis of rotationally symmetric structures excited by TEM mode. To properly account the variations in driven-point impedance with frequency, the coaxial waveguide used to feed the antenna is also included in the analysis. The excitation is simulated by a distribution of equivalent electric and magnetic currents placed inside the coaxial cable, over a cross-section plane. These currents are defined such that only excite the mode TEM towards the cable-antenna junction. These numerical tool is employed in the shaping the metallic surfaces involved in the discone-type antennas in order to obtain more compact structures. Simple solutions can be easily obtained making the center fed cone and the disc element with radially outer edge portions rolled backwardly and away from each other to form donut-shaped configurations. The ruled edges not only reduce the diameter of the antenna but also permit the current to flow around them smoothly and without reflections that degrade the VSWR at low end of the frequency band.

[pt] Estuda-se o espalhamento de ondas eletromagnéticas por condutores elétricos perfeitos com simetria de revolução. A formulação envolve a solução da Equação Integral para o Campo Elétrico (EFIE), aplicável a superfícies fechadas ou abertas, utilizado-se o Método dos Momentos com funções teste iguais às funções base (alternativa de Galerkin). São empregadas três diferentes classes de funções base: locais (triângulos e retângulos), globais (senos e cossenos) e limitadas em banda (funções sampling-like). Os resultados da análise (determinação da densidade de corrente elétrica induzida por uma onda plana axialmente incidente) de diversos tipos de objetos canônicos (esferas, discos e cone-esferas) ao utilizar-se as duas primeiras classes são comparados com aqueles encontráveis na literatura. Em seguida, analisa-se (determinação da corrente induzida, do campo espalhado e do campo irradiado com uma fonte esférica pontual situada no foco) refletores axialmente simétricos (parabolóides e hiperbolóides) com diâmetro entre 10 e 20 (lambda) empregando-se as três classes. É feita uma comparação entre os resultados variando-se o número de funções base por comprimento de onda para cada classe e os resultados obtidos ao empregar-se a Ótica Física (PO). / [en] The problem of electromagnetic scattering from perfectly conducting circularly symmetric bodies is considered. The mathematical formulation herein employed uses the Electrical Field Integral Equation (EFIE), which is applicable to either open or closed surfaces. The solution is effected by the Method of Moments. Test functions are chosen to be equal to basis functions (Galerkin´s alternative). Three different classes of basis functions are studied: local (pulses and triagles), global (sines and cossines) and band-limited ones (sampling-like functions). Results from the analysis (i. E., determination of induced electric currents)of different Kinds of cononical scatters (spheres, discs and cone-spheres) illuminated by an axially incident plane wave, using local and global functions, are compared with results found in the literature. In addition, circularly symmetric reflector antennas (paraboloids and hyperboloids with diameters between 10-20 lambda) are analyzed using the three different classes. The analysis involves the determination of induced currents, scattered and radiated fielsd. A comparision is made among the results obtained when employing different numbers of basis funcions and with the ones derived from Physical Optics (PO) approxomation.

[pt] Os sistemas que operam em banda larga necessitam de radiadores que atendam eletricamente a banda de frequência utilizada. As antenas com características de independência da frequência, em particular as antenas espirais, têm encontrando cada vez mais utilização nesses sistemas, seja em aplicações comercias ou militares. Esta dissertação tem por objetivo a análise de desempenho de antenas espirais do tipo fenda em cavidades, pela aplicação do método dos momentos. Serão consideradas cavidades com a face oposta à antena constituída por um condutor perfeito ou acoplada a uma estrutura de microondas com matriz de espalhamento conhecida. Essa estrutura de microondas, poderá simular, por exemplo, uma ou mais camadas de material absorvente.Um modelo numérico foi desenvolvido, e a partir dele foi elaborado um programa de computador, para determinar as características de radiação de antenas espirais em cavidade. São apresentados e comparados os resultados obtidos para três configurações de antenas espirais de Arquimedes do tipo fenda: sem cavidade, com cavidade condutora e com um material absorvente colocado sobre a face da cavidade oposta a abertura da antena. / [en] Broad band systems need radiators to operate over the entire frequency band. Frequency independent antennas, in particular spiral antennas, are finding increasing application in such systems, for commercial or military purposes. This dissertation has for objective the analysis of performance of cavity-backed slot spiral antenna, by applying the moment method . For this study it will be taken into account cavities with the face opposing to the antenna consisting of a perfect conductor or connected to a structure of microwaves with known scattering matrix. This microwave structure will be able to simulate, for example, one or more layers of absorbing material. A numerical model was developed, and based on it, it was elaborated a computer program to determine the radiation characteristics of cavity-backed spiral antennas. The results surveyed for three configurations of slot Archimedean spiral antenna are presented and compared: without cavity, with conducting cavity, and with an absorbing material placed on the cavity opposite to the antenna.

[pt] Neste trabalho é apresentada a análise e síntese de redes refletoras para aplicações espaciais. Redes refletoras são abordadas para expor de forma sucinta suas aplicações, geometrias, métodos de análise e de síntese de diagramas de irradiação. O método do circuito equivalente é utilizado para a formulação da função diádica de Green, possibilitando estabelecer relações entre os campos eletromagnéticos e as densidades superficiais de corrente elétrica em meios estratificados e constituídos por diversas metalizações. Validações numéricas são realizadas através da determinação das constantes de propagação em estruturas slab e guia de onda parcialmente preenchido, formadas por paredes metálicas com condutividade infinita. Análises de redes refletoras com poucos elementos são realizadas empregando-se o método dos momentos para calcular numericamente as densidades superficiais de corrente elétrica que fluem sobre os patches. Adicionalmente, propõe-se a aplicação de uma função base de domínio completo com condição de borda segmentada para modelar o comportamento impulsivo da densidade de corrente nas bordas dos espalhadores. Diferentes curvas de fase são obtidas através da técnica de variação das dimensões físicas dos espalhadores metálicos, considerando o campo elétrico total composto pelos campos espalhado, refletido e difratado, devido às posições espaciais dos patches. Softwares comerciais são utilizados nas verificações dos resultados obtidos. Por fim, o conceito de defasagem progressiva e o método de enxame de partículas foram aplicados para se determinar a fase desejada em cada célula. Assim, as curvas de fase são interpoladas e utilizadas para projetar as dimensões dos elementos impressos e garantir a distribuição de fase calculada sobre a superfície da rede refletora, de forma a reproduzir os diagramas desejados. / [en] This thesis presents the analysis and synthesis of reflectarrays for space applications. A review of the state-of-the-art of reflectarrays is presented and the applications, geometries, methods of analysis and methods of synthesis are discussed. Dyadic Green s function is formulated using the equivalent circuit method to describe the relation between electromagnetic fields and electrical current densities in structures composed of stratified media and several metallizations. Slab and partially-filled waveguide formed by metallic walls with infinite conductivity are analyzed to validate the formulation. Analyses of reflectarrays with few elements are performed using the method of moments to numerically calculate the densities of electric current that flow on the patches. Additionally, entire-domain basis function with segmented edge condition to model the impulsive behavior of current density at the edges of the scatterers is proposed. Different phase curves are obtained due to the patches positions in the reflectarray using the variable size technique. Phase curves are calculated considering a total electric field composed of scattered, reflected and diffracted fields. Commercial software is used to verify the obtained results. Finally, the desired phase in each cell is determined using the progressive phase concept and the particle swarm optimisation method. The phase curves are used to design the dimensions of the printed elements, and, thus, ensure the desired phase distribution on the surface of the reflectarrays, and, consequently, the specified radiation pattern.

[pt] O processo de tratamento de tumores por embolização vascular é sensível ao conjunto de partículas poliméricas empregado, ditos agentes embólicos, cujos fatores como tamanho e morfologia influenciam no sucesso do procedimento e podem ocasionar complicações quando mal dimensionados. Partículas esféricas de poli(acetato de vinila-co-metacrilato de metila) apresentam a maioria das características desejadas após tratamento por hidrólise alcalina. Este material é relativamente novo, o que significa que há uma lacuna de conhecimento em relação ao estudo dos fenômenos que regem sua cinética. Dessa forma, o presente trabalho investigou a cinética de copolimerização responsável pela sua produção. No desenvolvimento matemático, o método dos momentos foi utilizado assumindo estado quase-estacionário para as espécies radicalares. Além disso, o modelo considera difusão das moléculas no meio para contabilização dos efeitos viscosos, comumente determinados empiricamente. Constatou-se que as características físicas dos monômeros, assim como os parâmetros cinéticos da homopolimerização, puderam ser utilizados na copolimerização. Entretanto, como relatado na literatura para outros sistemas, os efeitos viscosos se comportam de forma consideravelmente diferente na copolimerização, sendo necessário a reestimação de alguns parâmetros relativos aos mesmos. Assim, foi possível reproduzir de forma adequada perfis de conversão, massas molares médias e composição do copolímero. Concluiu-se que o modelo proposto é capaz de representar a cinética da copolimerização em suspensão do poli(acetato de vinila-co-metacrilato de metila), possibilitando um melhor controle das características do copolímero aplicado ao procedimento de embolização vascular. Até onde se tem conhecimento, este é o primeiro trabalho que investiga e implementa com sucesso a modelagem cinética desse sistema. / [en] The treatment of vascularized tumors through vascular embolization is sensible to the polymeric particles used during procedure. These embolic agents have attributes, like size and morphology, which play a significant role on the success of this technique and can promote complications when not well dimensioned. Among the many options available, spherical particles of poly(vinyl acetate-co-methyl methacrylate) present most desired characteristics after alkalyne hydrolysis treatment. Being relatively new, the literature lack studies related to the kinetics of production of this material. Therefore, this research investigated the copolymerization kinetics of poly(vinyl acetate-co-methyl methacrylate) production. In the mathematical development, the method of moments was used assuming quasi-steady state for the free radical species. Additionally, the model includes the viscous effects through the diffusion of the involved molecules, which is usually accounted empirically. It was possible to use the physical properties of the monomers as well as the homopolymerization kinetic parameters in the copolymerization. However, as reported in the literature, some parameters are sensible to the system and some viscous effects affect the copolymerization differently. Therefore, some parameters were reestimated. It was possible to predict the conversion, average molecular weights and composition. Consequently, the model was capable of representing the kinetics of the suspension copolymerization of poly(vinyl acetate-co-methyl methacrylate), meaning it could be used to improve the production of this polymer as an embolic agent for vascular embolization procedure. As far as known by the author, this is the first study to successfully perform the kinetic modeling of this specific system.

[pt] Esta pesquisa apresenta casos de estudo de aplicações de engenharia, como a propagação eletromagnética em guias de onda uniformemente curvados com seção transversal retangular, operando em frequências típicas dos sistemas de rede móvel 5G e 6G. Neste trabalho, apresentamos o problema de valor de contorno e abordamos técnicas numéricas para resolver as equações de Maxwell em guias de onda curvados, visando soluções para o problema de autovalores associado. Primeiro, o método de Point Matching é empregado como uma alternativa para resolver esse tipo de problema por meio do rastreamento de zeros do determinante de uma matriz. Em seguida, utilizamos o Método do Momentos para resolver esse mesmo problema, por meio do cálculo de integrais de superfície das funções sobre a geometria retangular. Além disso, este método é utilizado por ser tratar de um problema de autovalor linear, tornando-o mais prático que o Point Matching. Por fim, mediante um algoritmo computacional desenvolvido em Matlab, apresentamos uma série de resultados da propagação eletromagnética do guia retangular curvado no plano H e no plano E para diferentes valores do raio de curvatura da seção retangular curvada. Os resultados numéricos evidenciam a convergência da solução apresentada em relação à solução exata com pequena quantidade de harmônicos. / [en] This research presents case studies of engineering applications, such as electromagnetic propagation in uniformly curved waveguides with rectangular cross-sections, operating at typical frequencies of 5G and 6G mobile network systems. In this work, we introduce the boundary value problem and address numerical techniques for solving the Maxwell s equations in curved waveguides, aiming for solutions to the associated eigenvalue problem. First, the Point Matching method is employed as an alternative to solve this type of problem by tracking zeros of the determinant of a matrix. Next, we use the Method of Moments to solve the same problem by computing surface integrals of functions over the rectangular geometry. Additionally, this method is employed because it deals with a linear eigenvalue problem, making it more practical than Point Matching. Finally, using a computational algorithm developed in Matlab, we present a series of results on the electromagnetic propagation of the curved rectangular waveguide in the H-plane and E-plane for different values of the curvature radius of the curved rectangular section. The numerical results demonstrate the convergence of the presented solution with respect to the exact solution using a small number of harmonics.