[pt] O objetivo deste trabalho é apresentar o método das linhas aplicado ao estudo das características de propagação em estruturas planares. Na sua aplicação, discretiza-se variáveis especiais em um conjunto de linhas perpendiculares as fitas. Conseqüentemente, equações diferenciais parciais são reduzidas a equações diferenciais ordinárias com soluções bem conhecidas. Apesar da aplicação de diferenças finitas, o Método das Linhas é mais eficiente em termos de velocidade computacional e uso de memória, quando comparado com método de diferenças finitas usual. Algumas estruturas planares em guias retangulares com três camadas dielétricas foram analisadas e os resultados comparados com outros métodos. Nos apêndices mostra-se como é possível implementar programas com discretização não uniforme, o que aumenta a eficiência do método, bem como a discretização em duas direções, o que permite análise de ressoadores de microondas. Este trabalho pretende servir como auxilio básico, podendo ser útil em outros trabalhos empregando o Método das Linhas. / [en] In this work, the Method of Lines applied to the study of the propagation caracteristics of planar structures is presented. In this method, the spacial variables are discretized in several lines orientated in a direction normal to the conductor strips. Then, the partial differential equations are reduced to ordinary differential equations having well known solutions. Although this method uses finite differences, it is much more efficient with respect to computer speed and memory necessary, in comparison to the conventional finite difference method. A few planar structures with three dieletric layers, inside rectangular waveguides were analysed, and the results are compared with those using other reported methods. In the appendix, it is shown how to develop computer programs using non-uniform discretization for the improvement of the efficiency of this method. Also, the discretization in two directions is presented, which is adequate for analysis of microwave resonators. This work is intended as a basic approach to hel in further analysis using the Method of Lines.

[pt] Neste trabalho é feita uma análise das características de transmissão de estruturas microstrip blindadas e contendo várias camadas de dielétrico. O problema é formulado em termos de uma representação rigorosa de modos híbridos, superposição de modos TE e TM. A equação característica para as propriedades de dispersão dessas linhas é obtida pela aplicação da técnica da matriz de transferência da estrutura em associação com o método de Galerkin no domínio espectral. As principais vantagens do método são sua simplicidade e convergência rápida, permitindo a caracterização dos modos fundamental e de ordem superior. São apresentados resultados teóricos e práticos para linhas isoladas acopladas e ressoadores lineares, comparando-se com outros autores. Os efeitos de metalização, perdas e descontinuidades são também considerados. / [en] A hybrid mode analysis is presented for a multilayer dielectric within a rectangular conducting box. An arbitrary set of planar conductors may be distributed along one of the surfaces. The problem is formulated in terms of a rigorous hybrid-mode representation, superposition of TE and TM fields. The analysis combines a transfer-matrix approach with Galerkin´s method in the spectral domain to give a characteristic equation for the dispersion properties of the lines. Among the advantages of the method are its simplicity and rapid convergence, allowing a characterization of the fundamental and higher order modes. Theoretical and practical results are presented, for single/coupled lines and linear resonators, and they are compared with the results presented by other authors. The effects due to metallization, loss and discontinuities are also considered.

[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] 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] O presente trabalho apresenta uma estrutura balanceada em quadratura para linearização de amplificadores de potência em RF e microondas. Várias técnicas de linearização têm sido utilizadas para reduzir a intermodulação. Alguns exemplos, tais como Feedback, Pre-distorsion e Feedforward, podem ser mencionados. A característica ímpar de nosso arranjo é que ele não precisa de ajustes, enquanto que os outros métodos precisam. A desvantagem de nosso arranjo é que ele reduz apenas os produtos de intermodulação de terceira ordem. Um trabalho prático foi conduzido, mostrando que nosso arranjo é capaz de reduzir o conteúdo de intermodulação de terceira ordem em até 17 dB. / [en] The present work introduces a quadrature balanced structure for linearization of RF and microwave amplifiers. Several linearization techniques have been used to reduce intermodulation products. Some examples such as Feedback, Pre-distorsion and Feedforward may be mentioned. The unique feature of our arrangment is that it does not need adjustments, while the other methods do. The drawback of our arrangement is that it only reduces the third-order intermodulation products. A pratical work was carried out, showing that our arrangement is able to reduce the third-order intermodulation content up to 17 dB. / [es] EL presente trabajo presenta una extructura balanceada en cuadratura para linealización de amplificadores de potencia en RF y microondas. Varias técnicas de linealización han sido utilizadas para reducir la intermodulación. Algunos ejemplos como Feedback, Pre-distorsion y Feedforward, pueden ser mencionados. La principal ventaja de nuestro arreglo frente a los otros métodos es que éste no precisa de ajustes. La desventaja de nuestro arreglo es que reduce solamente los produtos de intermodulación de tercer orden. Se condujo un trabajo práctico, mostrando que nuestro arreglo es capaz de reducir el contenido de intermodulación de tercera orden en hasta 17 dB.

[pt] Este trabalho aborda o desenvolvimento de divisores de freqüência por dois paramétricos balanceados a PHEMT, tendo, como motivação, seu emprego como conversores de freqüência em receptores digitais de Defesa Eletrônica. Estes dispositivos têm como características importantes a simplicidade de projeto, um número reduzido de componentes, a possibilidade de integração em circuitos monolíticos de microondas (MMIC), coerência de fase, banda de operação larga, resposta a sinal pulsado muito boa, supressão de harmônicos boa, insensibilidade a variações térmicas e ruído de fase baixo. Uma metodologia de projeto passo a passo é proposta, norteada pela obtenção de dispositivos com ganho máximo (ou perdas mínimas) e banda de operação maximizada. Duas configurações de circuito são consideradas: com ressoadores em paralelo (linhas acopladas) e em série. A caracterização dos divisores é realizada por meio de simulação e experimentalmente. Por fim, uma análise comparativa com a literatura disponível é apresentada, mostrando que alguns dos circuitos desenvolvidos e realizados alcançaram melhor desempenho. / [en] This work assesses the development of PHEMT balanced parametric frequency dividers by two, intended for application as frequency converters on Electronic Defense digital receivers. The main characteristics of these devices are design simplicity, reduced number of components, possibility of integration in MMIC, phase coherence, wide bandwidth, very good pulse response, good harmonic suppression, insensitivity to thermal variations and low phase noise. A step-by-step design methodology is proposed, guide by maximum gain (or minimum loss) and maximized band device requirements. Two circuit topologies are considered: with either parallel (coupled lines) or series resonators. The characterization of the dividers is performed both through simulation and experimentally. Finally, a comparative analysis against literature results is presented, evidencing that some of the developed circuits achieve better performance.

[pt] Este trabalho analisa o desempenho de sistemas de micro-ondas em visibilidade em função do comportamento dos equipamentos (taxa de falha e tempo de reposição) e das características de propagação (desvanecimento). Os modelos estudados correspondem às configurações dos sistemas usuais e diversos resultados numéricos são apresentados para ilustrar a formulação teórica. A confiabilidade dos equipamentos é estimada a partir de dados relativos aos sistemas da EMBRATEL ( Empresa Brasileira de Telecomunicações) e na parte de propagação são discutidas algumas expressões semi-empíricas para avaliar o efeito desvanecimento rápido. / [en] This work deals with the performance os line-of-sight microwave links as a function of equipment behavior (failure rate and reposition time) and the propagation caracteristics (fading). The studied models correspond to usual system configurations and several numerical results are presented to ilustrate the theoretical formulation. The equipment reliability is estimated from EMBRATEL ( Brasilian Telecommunications Enterprise) systems data and some semi-empirical expressions are discurred to take into account the fast fading effect.

[pt] Este trabalho de Tese apresenta a pesquisa, dimensionamento e desenvolvimento de lentes de Rotman em microstrip. É apresentada uma nova metodologia para projetos com apoio de ferramentas computacionais de simulação eletromagnética. São desenvolvidos protótipos em substratos dielétricos (permissividade relativa igual 10,2) para aplicações de direcionamento eletrônico de feixe (phased array) nas faixas de frequências de radares e sistemas de defesa (4 menos 6 GHz) e dos futuros sistemas de telefonia móvel 5G (27 menos 29 GHz). Também são apresentados os resultados das simulações e testes realizados em todos os dispositivos desenvolvidos. / [en] This work presents the research, dimensioning and design of microstrip Rotman lens. A new methodology for designs with support of computational tools of electromagnetic simulation is presented. Prototypes are developed on dielectric substrates (relative permittivity equal 10.2) for phased array applications in frequencies of defense systems and radar (4 minus 6 GHz) and of future 5G mobile systems (27 minus 29 GHz). Besides that, the results of the simulations and tests performed in all designed devices are presented.

[pt] A crescente demanda por dispositivos portáveis de tamanho e peso cada vez mais reduzidos vem estimulando a busca por materiais de alta constante dielétrica e baixas perdas na faixa de freqüência de microondas capazes de permitir a integração e miniaturização de circuitos. No presente trabalho foi realizado um estudo teórico e experimental sobre a utilização de filmes de alta constante dielétrica na fabricação de dispositivos passivos de microondas de tamanhos reduzidos. Foi feita uma análise no domínio da freqüência sobre a influência desses filmes nas características de diferentes configurações de linhas de transmissão planares com múltiplas camadas dielétricas. A partir dessa análise, foi escolhida a configuração, denominada aqui de QCPW (Quase-Coplanar Waveguide), que permite a realização prática de estruturas com diversos valores de impedância utilizando dimensões transversais confortáveis. Filmes espessos de compostos de titanato de cálcio e de titanato de magnésio depositados pelo método de screen-printing e filmes finos de titanato de estrôncio por RF Magnetron Sputtering foram fabricados e caracterizados. O método do ressoador linear CPW e da linha de transmissão CPW foram empregados para determinar o valor da constante dielétrica e da tangente de perdas desses filmes na faixa de freqüência de microondas e à temperatura ambiente. O método do ressoador linear CPW foi adaptado e aperfeiçoado para fornecer resultados satisfatórios para o caso dos filmes finos. Finalmente, foram projetados, analisados e fabricados, pela primeira vez, transformadores de impedância em linhas de transmissão (TLT) de tamanho reduzido e com resposta banda larga baseados na configuração QCPW utilizando filmes de alta constante dielétrica. / [en] The growing demand for portable devices with more reduced size and weight has stimulated the search for materials with high dielectric constant and low losses in the microwave frequency range allowing circuit integration and miniaturization. In this work, a theoretical and experimental study of the use of high dielectric constant films in the fabrication of microwave passive devices with reduced sizes has been made. A frequency domain analysis of the influence of these films on the characteristics of different configurations of multilayer transmission lines has been done. From this analysis, a configuration, called here as QCPW (Quasi-Coplanar Waveguide), that allows a practical implementation of structures with several values of impedance using comfortable transversal dimensions was chosen. Composite thick films of calcium titanate and magnesium titanate deposited by screen-printing and thin films of strontium titanate deposited by RF Magnetron Sputtering have been elaborated and characterized. CPW linear resonator method and CPW transmission line have been used to determinate the value of the dielectric constant and loss tangent of these films in the microwave frequency range at room temperature. The CPW linear resonator method was adapted and improved in order to provide satisfactory results for the case of thin films. Finally, for the first time, impedance transmission line transformers (TLT) with reduced size and wide-band response, based on the QCPW configuration using high dielectric constant films have been designed, analyzed, and fabricated.

[pt] O crescimento da demanda por serviços de telecomunicações em terra firme também pode ser encontrado em ambientes marítimos por usuários a bordo de embarcações, sejam elas civis ou militares. Nestes ambientes, um fenômeno conhecido como duto de evaporação influencia a propagação eletromagnética na troposfera, proporcionando a comunicação ponto-a-ponto em distâncias além do horizonte rádio. Este trabalho utiliza a técnica de traçado de raios para analisar o comportamento da onda eletromagnética nestes meios. Foi elaborado um algoritmo capaz de traçar raios e determinar amplitudes e fases do campo elétrico em meios inomogêneos bidimensionais dado um mapa de refratividade modificada M. A partir destes mapas, o algoritmo calcula os gradientes verticais de M, que podem variar ao longo do percurso, e traça os raios, a partir da antena transmissora. Como aplicação, além de cenários com dutos de evaporação, foram utilizados mapas de M estimados com base em dados meteorológicos fornecidos por radiossondas lançadas no litoral brasileiro. Os resultados obtidos foram comparados aos fornecidos pelo software Advanced Refractive Effects Prediction System (AREPS), baseado na solução numérica de equação parabólica. Este trabalho também apresenta resultados estatísticos de dutos de evaporação no litoral brasileiro, a partir de dados meteorológicos fornecidos por boias oceanográficas do Programa Nacional de Boias (PNBOIA). Para tal, é utilizado, com pequenas alterações, o algoritmo de Paulus-Jeske, que estima a altura de dutos de evaporação. / [en] The demand growth for land-based telecommunications services can also be found in maritime environments by users on board ships, whether civilian or military. In these environments, a phenomenon known as the evaporation duct influences electromagnetic propagation in the troposphere, providing point-to-point communication at distances beyond the radio horizon. This work uses the raytracing technique to analyze the behavior of electromagnetic waves in these media. An algorithm capable of tracing rays and determining electric field amplitudes and phases in two-dimensional inhomogeneous media was developed, given a map of modified refractivity M. From these maps, the algorithm calculates the vertical gradients of M, which can vary along the path, and traces rays from the transmitting antenna. As an application, in addition to scenarios with evaporation ducts, M maps were estimated based on meteorological data provided by radiosondes launched in the Brazilian coast. The results obtained were compared with those provided by the Advanced Refractive Effects Prediction System (AREPS) software, based on the numerical solution of parabolic equation. This work also presents statistical results of evaporation ducts in the Brazilian coast, based on meteorological data provided by oceanographic buoys of Programa Nacional de Boias (PNBOIA). For this, the Paulus-Jeske algorithm, which estimates the height of the evaporation ducts, is used with small changes.