Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GiordanoMF.pdf: 774778 bytes, checksum: b977df28e6c6f90822e09729743a9dc1 (MD5) Previous issue date: 2005-03-31 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This work consists on the theoretical and numerical analysis of some properties of circular microstrip patch antennas on isotropic and uniaxial anisotropic substrates. For this purpose, a full wave analysis is performed, using Hertz Vector Potentials method in the Hankel Transform domain. In the numerical analysis, the moment method is also used in order to determine some characteristics of the antenna, such as: resonant frequency and radiation pattern. The definition of Hertz potentials in the Hankel domain is used in association with Maxwell?s equations and the boundary conditions of the structures to obtain the Green?s functions, relating the components of the current density on the patch and the tangential electric field components. Then, the Galerkin method is used to generate a matrix equation whose nontrivial solution is the complex resonant frequency of the structure. In the analysis, a microstrip antenna with only one isotropic dielectric layer is initially considered. For this structure, the effect of using superconductor patches is also analyzed. An analysis of a circular microstrip antenna on an uniaxial anisotropic dielectric layer is performed, using the Hertz vector potentials oriented along the optical axis of the material, that is perpendicular to the microstrip ground plane. Afterwards, the circular microstrip antenna using two uniaxial anisotropic dielectric layers is investigated, considering the particular case in which the inferior layer is filled by air. In this study, numerical results for resonant frequency and radiation pattern for circular microstrip antennas on isotropic and uniaxial anisotropic substrates are presented and compared with measured and calculated results found in the literature / Este trabalho consiste na an?lise te?rica e num?rica das caracter?sticas de uma antena de microfita com patch circular, cujo substrato ? composto por materiais diel?tricos isotr?picos e anisotr?picos uniaxiais. Para isto, uma an?lise de onda completa ? realizada, utilizando-se o M?todo dos Potenciais Vetoriais de Hertz no dom?nio da transformada de Hankel. Na an?lise num?rica da estrutura, ? utilizado tamb?m o M?todo de Galerkin, como um caso particular do M?todo dos Momentos, visando a determina??o de suas caracter?sticas, tais como a freq??ncia de resson?ncia e o diagrama de radia??o. A defini??o dos potenciais vetoriais de Hertz, em conjunto com as equa??es de Maxwell e as condi??es de contorno da estrutura, permite a obten??o das fun??es di?dicas de Green, relacionando as componentes da densidade de corrente no patch com as componentes tangenciais do campo el?trico. O M?todo de Galerkin ? ent?o usado para gerar a equa??o matricial, cuja solu??o n?o trivial permite a obten??o da freq??ncia de resson?ncia complexa da estrutura. Na an?lise, s?o consideradas, inicialmente, antenas de microfita com uma camada diel?trica isotr?pica separando o patch e o plano de terra, sendo analisado ainda para esta estrutura, o caso no qual o patch ? composto por um material supercondutor. Em seguida, ? considerado tamb?m o caso no qual o substrato diel?trico ? composto por um material anisotr?pico uniaxial, orientando os potenciais vetoriais na dire??o do eixo ?ptico, que ? tomado na dire??o perpendicular ao plano de terra. ? feita ainda a an?lise da antena de microfita com patch circular situado sobre duas camadas diel?tricas anisotr?picas uniaxiais, considerando o caso particular do patch suspenso, no qual a camada inferior ? composta pelo ar. S?o apresentados resultados da freq??ncia de resson?ncia e do diagrama de radia??o para patches circulares isotr?picos e anisotr?picos, fazendo-se compara??es com outros resultados obtidos na literatura

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-01-23T14:13:10Z No. of bitstreams: 1 PhelipeSenaOliveira_TESE.pdf: 2369727 bytes, checksum: 2bb1dad07260b4efd645c7028636e62f (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-01-24T15:05:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PhelipeSenaOliveira_TESE.pdf: 2369727 bytes, checksum: 2bb1dad07260b4efd645c7028636e62f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-24T15:05:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PhelipeSenaOliveira_TESE.pdf: 2369727 bytes, checksum: 2bb1dad07260b4efd645c7028636e62f (MD5) Previous issue date: 2017-02-06 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / As novas configura??es de dispositivos e circuitos de micro-ondas resulta em aumento de complexidade nos processos de desenvolvimento, particularmente nos casos de s?ntese. Antenas e superf?cies seletivas de frequ?ncia (Frequency Selective Surface - FSS) s?o estruturas muito importantes nos sistemas de comunica??es, que podem ser otimizadas pela atua??o dos algoritmos bioinspirados. Geralmente, para que os algoritmos bioinspirados auxiliem na otimiza??o dessas estruturas ? necess?ria a implementa??o de t?cnicas de an?lise num?rica como o M?todo dos Momentos ou Elementos Finitos. Diante da dificuldade de modelagem das t?cnicas descritas, ? comum a utiliza??o de uma fun??o de estima??o, como as Redes Neurais Artificiais, para substituir a an?lise num?rica. Embora encontre solu??es desejadas, as estima??es s?o realizadas ap?s um processo de treinamento efetuado atrav?s de uma base de dados. Cada estrutura de antena ou FSS exige uma base de dados espec?fica. Este trabalho prop?e uma t?cnica de otimiza??o baseado na utiliza??o de um algoritmo bioinspirado e um framework que realiza a integra??o do algoritmo ao software comercial ANSYS HFSS. O prop?sito ? realizar as simula??es das poss?veis solu??es durante a execu??o do algoritmo bioinspirado, e com isso, evitar o uso de uma base de dados, e assim, tornar a t?cnica eficiente e flex?vel com rela??o ?s altera??es nas estruturas de antenas ou FSS. Outro objetivo original deste trabalho ? a utiliza??o do algoritmo Social Spider Optimization ? SSO para a solu??o de problemas na ?rea de eletromagnetismo aplicado. Para comprovar a efic?cia da t?cnica proposta alguns projetos de antena e FSS s?o otimizados atrav?s de varia??es em seus par?metros estruturais. Os resultados obtidos na otimiza??o dos projetos dos circuitos s?o comparados com outras t?cnicas, tendo sido observado uma boa concord?ncia. / The new settings for devices and microwaves circuits result in an increase of complexity in the processes of development, specially in regards to the process of synthesis. Antennas and Frequency Selective Surfaces (FSS) are primordial in communication systems. Alternatively, these structures may be optimized through the usage of bio-inspired algorithms. Generally, in order for the bio-inspired algorithms to assist in the optimization of FSS structures, it is necessary to implement several numerical analysis techniques, such as the method of moments or finite elements. Because of the difficulty to model such methods, it has been turned common the usage of a point estimation function, such as artificial neural networks, to substitute the numerical analysis. Although these procedures end up encountering desirable solutions, the estimations are done after a training process conducted through a database. Additionally, every FSS antenna demands a specific database. This work proposes an optimization technique that relies on the usage of a bio-inspired algorithm and a framework (that provides the integration between the algorithm and the commercial software ANSS HFSS). The purpose of the work is to do simulations of possible solutions during the execution of the bio-inspired algorithm; therefore, avoiding the usage of the database; and so, make the technique flexible and efficient in relation to altering the antennas? structures or FSS. Furthermore, another objective of this work is the usage of the algorithm, namely Social Spider Optimization - SSO in the search for solutions in the field of applied electromagnetism. In order to prove the efficiency of the proposed techniques, some FSS? and antennas? projects are optimized through the variation of their structural parameters. In conclusion, the results that were obtained through the procedures previously shown, are compared to other techniques, resulting in a satisfying agreement rate.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-03-17T19:09:01Z No. of bitstreams: 1 EdwinLuizeFerreiraBarreto_TESE.pdf: 4396827 bytes, checksum: 67d20b4064513759f618b9148557fcdd (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-03-17T21:47:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 EdwinLuizeFerreiraBarreto_TESE.pdf: 4396827 bytes, checksum: 67d20b4064513759f618b9148557fcdd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-17T21:47:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EdwinLuizeFerreiraBarreto_TESE.pdf: 4396827 bytes, checksum: 67d20b4064513759f618b9148557fcdd (MD5) Previous issue date: 2016-11-18 / Este trabalho tem como objetivo principal realizar o estudo e an?lise de diferentes antenas planares de microfita, atrav?s do emprego de geometrias fractais no patch ressoador e da remo??o parcial do plano de terra com acoplamento. Recentes estudos mostram que as varia??es nas formas geom?tricas do patch da antena e do plano de terra produzem mudan?as na distribui??o da densidade de corrente da estrutura e consequentemente nos modos ressonantes e na polariza??o da antena. No desenvolvimento desta tese, apresenta-se uma nova antena fractal que utiliza a t?cnica de inser??o de fendas e aberturas de forma fractal no plano de terra e tamb?m descontinuidades no transformador ? de onda na linha de transmiss?o a fim de aumentar a largura de banda e alcan?ar comportamentos espec?ficos em aplica??es de banda de frequ?ncia. Emprega-se o substrato FR-4 com dimens?es de 85,0 x 85,0 x 1,57 mm?. Al?m disso, usam-se diferentes modos de casamento de imped?ncia na linha de alimenta??o de antena como CPW (Coplanar Wave Guide) e altera??es da largura da linha de transmiss?o, a fim de obter varia??o na distribui??o de corrente e, consequentemente, na largura de banda de resposta por imped?ncia para S11 ? -10dB para banda C (3.9 GHz - 6,2 GHz) e banda S (2,0 GHz - 4,0 GHz). Uma an?lise comparativa de desempenho para a linha de microfita e CPW foi realizada, obtendo-se para alguns casos antenas circularmente polarizadas. Boa concord?ncia foi obtida entre os resultados medidos e simulados. / This work has as main objective to carry out the study and analysis of different planar microstrip antenna, by employing fractal geometry in the resonator patch and partial removal of the ground plane with coupling. Recent studies show that variations in geometric shapes of the antenna and the ground plane generate changes in current density distribution of the planar structure and consequently the resonant modes and antenna polarization. In developing this thesis presents a new fractal antenna using the technique of insertion slots and fractal shaped defects (gaps) in the ground plane and discontinuities with ? wavelength transformer in the transmission line in order to increase the bandwidth and inserting in the feed line to reach specific behaviors in three frequency bandwidth applications. We used the FR-4 substrate with dimensions of 85.0 x 85.0 x 1.57 mm?. In addition, we used different modes of impedance matching in line antenna feed as CPW (Coplanar Wave Guide), to change the width of the transmission line in order to obtain a variation in the current distribution and hence the response bandwidth impedance to S11 ? -10dB for C band (3.9 GHz - 6.2 GHz) and S band (2.0 GHz - 4.0 GHz). A comparative analysis of cases with microstrip line and CPW was made, applications in this frequency range require preferably circularly polarized antennas. Good agreement was obtained between measured and simulated results.

[pt] Modulação Espacial com Pré-codificação Generalizada (Generalized Precoding Aided Spatial Modulation, GPSM) é uma estratégia de comunicação em sistemas MIMO em que o transmissor codifica a informação em duas entidades: a transmissão paralela de símbolos pertencentes à constelação de uma modulação digital, e os índices das posições do vetor de informação que transportam estes símbolos, denominada information bearing positions (IBP), enquanto as demais posições transportam zero. Além disto, o transmissor, previamente à transmissão dos dados pré-codifica o vetor de informação, possibilitando a redução da complexidade do nó receptor. Entre as vantagens desta estratégia destaca-se a concentração da energia transmitida apenas nas posições do vetor de informação que efetivamente contém símbolos, favorecendo o desempenho do sistema. Esta tese considera um sistema MIMO multiusuário (MU-MIMO) que emprega GPSM no enlace direto. O modelo de sinais desenvolvido para descrever este sistema evidencia a influência das matrizes que codificam as IBP no desempenho do sistema. Com base neste modelo, o sistema GPSM MU-MIMO é apresentado para três pré-codificadores lineares: Zero-Forcing, Block Diagonalization e Block Diagonalization de Duas Fases. Para cada um destes pré-codificadores são propostas estratégias de seleção das matrizes de codificação IBP, de acordo com a matriz que descreve o canal MU-MIMO corrente, a serem empregadas pelo transmissor visando melhorar o desempenho de detecção do sistema. As curvas de desempenho de detecção são comparadas a limitantes semianalíticos desenvolvidos. Por fim, considera-se o cenário em que existem mais antenas disponíveis na estação rádio-base e/ou nos usuários do que o número de cadeias de radiofrequência que os equipam. Esta tese apresenta estratégias ótimas e de complexidade reduzida de se explorar o uso das antenas mais favoráveis à transmissão e/ou recepção, em adição à escolha das matrizes de codificação IBP, com o objetivo de prover melhorias ao desempenho do sistema. / [en] Generalized Pre-coding Aided Spatial Modulation (GPSM) is a MIMO system communication strategy in which the transmitter encodes the information in two entities: the parallel transmission of symbols belonging to a digital modulation constellation, and the choice of the indices of the information vector elements that carries the informaiton symbols, denoted information bearing positions (IBP), while the remaing positions are set to zero. Besides, the transmitter precodes, prior to transmission, the information vector, which lets the receiver node benefit from complexity reduction. Among the advantages of this strategies, the concentration of the transmitted energy only on the information vector positions that transports modulated symbols, resulting in system performance improvement. This thesis considers a multiuser MIMO (MU-MIMO) that employs GPSM in the donwlink transmission. The presented signal model to describe this system evidences the influence of the IBP coding matrices on the system performance. Based on this model, GPSM MU-MIMO system is presented considering three linear precoders: Zero-Forcing, Block Diagonalization and Double-Stage Block Diagonalization. For each precoder, strategies to select the IBP encoding matrix, acording to the matrix that describes the current MU-MIMO channel, is proposed. These matrices are to be employed by the user, aiming at system detection performance improvement. Detection performance curves are compared to semianalytic lower bounds. Finally, a scenario in which that are a number of available antennas at the BS and/or at the users that exceed the number of radiofrequency chains. this thesis porposes optimal and reduced complexity strategies that exploit the use of the most favorable antennas for transmission and/or reception, in addition to the choice of the IBP enconding matrices, aiming at system performance improvement.

Los sistemas MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) multi-usuario multi-celda coordinados se definen como una configuración avanzada y cooperativa de sistema MIMO. En estos sistemas, varias estaciones base cooperan perfectamente en datos a través de un enlace de alta capacidad, y transmiten de forma coordinada a todos los usuarios de una determinada área. Además, cada estación base del sistema está sujeta a una restricción en la potencia total que puede transmitir. El objetivo general de la Tesis es estudiar algoritmos que combinan control de potencia y beamforming óptimo para resolver el problema de minimización de potencia en el enlace downlink de un sistema W-CDMA MIMO multi-usuario multi-celda coordinado. Al mismo tiempo, se propone un modelo de sistema matricial y lineal que caracteriza completamente los procesos que tienen lugar en transmisión y en recepción en este tipo de sistemas. Paralelamente, a lo largo de la Tesis se contemplan soluciones a problemas de tipo práctico, como por ejemplo, limitaciones en el tipo de información que se dispone en transmisión. / Botella Mascarell, C. (2008). Algoritmos para Sistemas de Comunicaciones Multi-Usuario con Múltiples Antenas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2421

[ES] En esta tesis denominada "Estudio modal de antenas integradas en cuerpos geométricos y cavidades", se estudia en primera instancia la teoría de los modos característicos, enfocada en la interpretación física de sus parámetros, y se exponen brevemente diferentes metodologías para el diseño de antenas. A manera de guía inicial de diseño de antenas, se analizan los modos característicos de estructuras simples utilizando la herramienta de simulación FEKO. A continuación, se aplican los criterios de análisis de los modos característicos a cuerpos geométricos 2D y su acoplamiento con estructuras simples de hilo. Entre los cuerpos geométricos planos estudiados se encuentran: una placa cuadrada y su acoplamiento con hilos radiales, un disco y su acoplamiento con discos pequeños en su interior. En base a los resultados de estructuras planas, el estudio continúa con el análisis de los modos característicos de cuerpos geométricos tridimensionales, como un cubo y un cilindro, así como versiones alargadas de estas estructuras. Además, se analiza el cubo con radiales en diferentes orientaciones. También se estudian cavidades abiertas cuadradas y cilíndricas. Estas estructuras se examinan con elementos de alimentación, y se observan sus efectos en la respuesta modal. Por otro lado, se estudian las estructuras 3D compuestas para lograr, dependiendo el caso, antenas multipuerto con uno o múltiples haces, gran ancho de banda, buen aislamiento entre puertos, diversidad de polarización o polarización circular. En varios casos, se sintetizan o combinan modos para alcanzar los objetivos deseados. Con el propósito de aplicar los estudios modales de cuerpos geométricos y cavidades, se realiza un análisis completo utilizando onda completa con el software de simulación CST Studio Suite. Estas propuestas se centran en aplicaciones de 5G y IoT. Además, la estructura cúbica con radiales se enfoca en aplicaciones de CubeSat. Varios de estos prototipos se fabrican y se llevan a cabo mediciones. Los resultados de las simulaciones y las mediciones se comparan para validar las propuestas. Para concluir, se resumen las conclusiones de los resultados más relevantes obtenidos durante el desarrollo de esta tesis. Asimismo, se plantean posibles líneas de investigación futuras relacionadas con este trabajo. / [CA] En aquesta tesi anomenada "Estudi modal d'antenes integrades en cossos geomètrics i cavitats", s'estudia en primera instància la teoria de les maneres característiques, enfocada a la interpretació física dels seus paràmetres, i s'exposen breument diferents metodologies per al disseny d'antenes. A manera de guia inicial de disseny d"antenes, s"analitzen els modes característics d"estructures simples utilitzant l"eina de simulació FEKO. A continuació, s'apliquen els criteris d'anàlisi de les maneres característiques a cossos geomètrics 2D i el seu acoblament amb estructures simples de fil. Entre els cossos geomètrics plans estudiats hi ha: una placa quadrada i el seu acoblament amb fils radials, un disc i el seu acoblament amb discos petits a l'interior. En base als resultats d'estructures planes, l'estudi continua amb l'anàlisi de les maneres característiques de cossos geomètrics tridimensionals, com ara un cub i un cilindre, així com versions allargades d'aquestes estructures. A més, s'analitza la galleda amb radials en diferents orientacions. També s'hi estudien cavitats obertes quadrades i cilíndriques. Aquestes estructures s'examinen amb elements d'alimentació i se n'observen els efectes en la resposta modal. D'altra banda, s'estudien les estructures 3D compostes per aconseguir, segons el cas, antenes multiport amb un o múltiples feixos, gran amplada de banda, bon aïllament entre ports, diversitat de polarització o polarització circular. En diversos casos, se sintetitzen o combinen maneres per assolir els objectius desitjats. Amb el propòsit d'aplicar els estudis modals de cossos geomètrics i cavitats, es fa una anàlisi completa utilitzant ona completa amb el programari de simulació CST Studio Suite. Aquestes propostes se centren en aplicacions de 5G i IoT. A més, l'estructura cúbica amb radials s'enfoca a aplicacions de CubeSat. Diversos d'aquests prototips es fabriquen i es fan mesuraments. Els resultats de les simulacions i els mesuraments es comparen per validar les propostes. Per concloure, es resumeixen les conclusions dels resultats més rellevants obtinguts durant el desenvolupament daquesta tesi. Així mateix, es plantegen possibles línies de recerca futures relacionades amb aquest treball. / [EN] In this thesis entitled "Modal Investigation of Antennas Integrated into Geometric Bodies and Cavities," the theory of characteristic modes is explored initially, with a specific focus on the physical interpretation of its parameters. Various methodologies for antenna design are briefly introduced as well. To provide an initial guidance for antenna design, the characteristic modes of simple structures are analyzed using the FEKO simulation tool. Subsequently, the criteria for examining characteristic modes are applied to 2D geometric bodies and their interactions with simple wire structures. Among the planar geometric bodies investigated are a square plate coupled with radial wires and a disk coupled with smaller disks within it. Building upon the findings from planar structures, the study proceeds to investigate the characteristic modes of three-dimensional geometric bodies, including a cube, a cylinder, and elongated variations of these structures. Additionally, the analysis encompasses cubes with radials oriented in different directions. The study also extends to square and cylindrical open cavities, which are examined with feed elements to observe their impact on modal response. Furthermore, composite 3D structures are examined to achieve various objectives, such as multiport antennas with single or multiple beams, wide bandwidth, strong isolation between ports, polarization diversity, or circular polarization. In several instances, modes are synthesized or combined to meet specific goals. To facilitate the application of modal studies on geometric bodies and cavities, a comprehensive analysis is conducted using full-wave simulations with CST Studio Suite software. These proposals are primarily geared toward 5G and IoT applications, with a particular emphasis on CubeSat applications in the case of the cubic structure with radials. Several prototypes are fabricated, and measurements are carried out to validate the results obtained from simulations. In conclusion, the thesis summarizes the most significant findings obtained throughout its development. Additionally, it proposes potential avenues for future research related to this work. / Llanga Vargas, A. (2024). Estudio modal de antenas integradas en cuerpos geométricos y cavidades [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203191

O presente trabalho tem como objetivo contribuir para o conhecimento, entendimento e desenvolvimento das células solares sensibilizadas por corantes. Assim foram abordadas rotas sintéticas com o fim de obter novas espécies supramoleculares constituídos por fragmentos que apresentam separadamente ótimas propriedades eletrônicas e eletroquímicas. A abordagem sintética feita é muito importante dado que dá as bases para sistemas supramoleculares como o apresentado nas perspectivas, nos quais estase visando diminuir os processos de recombinação e melhor aproveitamento do espectro solar através da estabilização do corante foto-oxidado e da transferência vetorial de elétron/energia. Na série de complexos apresentada e aplicada no presente trabalho realizou-se um estudo comparativo buscando determinar qual é o melhor sistema de injeção de elétrons na banda de condução do TiO2, obtendo uma diferença considerável entre os sistemas estudados, sendo assim o sistema com o ligante acido 2,2 -bipiridine-4,4 -dicarboxilico o complexo que melhor injeta elétrons na BC. / The present work aims to contribute to the knowledge, understanding and development of solar cells sensitized by dyes. Thus, synthetic routes were approached in order to obtain new supramolecular species constituted by fragments that separately present excellent electronic and electrochemical properties. The synthetic approach is very important since it provides the basis for supramolecular systems such as that presented in the perspectives, in which stasis is aimed at decreasing the processes of recombination and better utilization of the solar spectrum through the stabilization of the photo-oxidized dye and the vectorial transfer of electron /energy. In the series of complexes presented and applied in the present work, a comparative study was carried out to determine which is the best electron injection system in the conduction band of TiO2, obtaining a considerable difference between the studied systems, being thus the complex with the ligand 2,2 -Bipyridine-4,4 -dicarboxylic acid the best system that injects electrons into BC.

Esta tesis aborda el problema del diseño de sistemas multiantena, donde el caso más general corresponde a un canal multi-input-multi-output (MIMO) con un transmisor y un receptor con más de una antena. La ventaja de estos sistemas es que ofrecen un rendimiento mucho mejor que los de una única antena, tanto en términos de calidad en la transmisión como en capacidad entendida como número de usuarios a los que se les puede prestar servicio simultáneamente.El objetivo es diseñar conjuntamente el transmisor y el receptor, lo que depende directamente de la calidad y la cantidad de información del canal de la que se dispone. En esta tesis se analiza el impacto de dicha información en el diseño.Primero se ha estudiado un sistema MIMO de un único usuario usando la modulación orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) y asumiendo un conocimiento perfecto del canal en ambos extremos. La arquitectura propuesta se basa en conformación conjunta por portadora, calculándose los conformadores óptimos y proponiéndose diversas estrategias de distribución de potencia entre las portadoras con una baja complejidad. Se han analizado también las relaciones asintóticas de estas distribuciones de potencia con otras soluciones clásicas con mayor coste.El diseño anterior se ha extendido a sistemas MIMO multiusuario, donde todos los terminales en el escenario tienen más de una antena y la información del canal es perfecta. El objetivo es la minimización de la potencia total transmitida sujeto a restricciones de tasa de error máxima para cada enlace. El problema matemático obtenido es no convexo, por lo que estrategias clásicas basadas en algoritmos de gradiente o de optimización sucesiva pueden llevar a soluciones subóptimas. Como posible alternativa se ha propuesto la aplicación de simulated annealing, una potente herramienta heurística y estocástica que permite hallar el diseño global óptimo incluso cuando el problema es no convexo.Los errores en la información de canal disponible pueden empeorar el rendimiento del sistema si éstos no se tienen en cuenta explícitamente durante el diseño. La degradación del sistema MIMO-OFDM de un único usuario se ha estudiado en esta situación, obteniendo una expresión analítica de una cota superior de la máxima degradación relativa de la relación señal a ruido más interferencia.El rendimiento se puede mejorar usando técnicas robustas que tengan en cuenta la presencia de dichos errores. Existen dos aproximaciones clásicas: las Bayesianas y las maximin. En las soluciones Bayesianas el problema se formula estadísticamente, donde el objetivo es optimizar el valor medio de una función de rendimiento promediada sobre la estadística del canal real condicionado a su estimación. Por otro lado, los diseños maximin se caracterizan por optimizar el peor rendimiento para cualquier posible error en la información del canal dentro de una cierta región de incertidumbre que modela el conocimiento imperfecto del mismo.Se han mostrado dos ejemplos de diseños Bayesianos. Primero, una distribución de potencia en un sistema OFDM de una única antena que minimiza el valor medio de una cota superior de la tasa de error, y después un diseño de un transmisor multiantena con un banco de filtros que maximiza la relación señal a ruido media (SNR) o minimiza el error cuadrático medio.Finalmente, se ha obtenido el diseño robusto maximin de un sistema MIMO de un único usuario donde en el transmisor se combinan un código bloque ortogonal espacio-tiempo, una distribución de potencia y un banco de conformadores correspondientes a los modos espaciales del canal estimado. La distribución de potencia se ha diseñado acorde a una región de incertidumbre para el error en la estimación de canal de manera que se maximiza la peor SNR en dicha región. Posteriormente, este diseño se ha extendido al caso de modulaciones adaptativas y multiportadora, mostrando que el rendimiento es mejor que para los códigos bloque otrogonales y la conformación no robusta. / This Ph.D. dissertation addresses the design of multi-antenna systems, where the most general case corresponds to a transmitter and a receiver with more than one antenna, i.e., a multiple-input-multiple-output (MIMO) channel. The main advantage is that they can provide a much better performance than single-antenna systems, both in terms of transmission quality and system capacity, i.e., number of users that can be served simultaneously.The objective is to carry out a joint transmitter-receiver design, which depends directly on the quantity and the quality of the available channel state information (CSI). In this dissertation, the impact of the CSI on the design has been analyzed.First, a single-user MIMO communication system has been designed assuming the use of the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation and according to a perfect CSI at both sides. The proposed architecture is based on a joint beamforming approach per carrier. The optimum beamvectors have been calculated and several power allocation strategies among the subcarriers have been derived. These power allocation solutions have been shown to be asymptotically related to other classical designs but with a much lower computational load.The previous design has been extended to multi-user communications, where the multi-antenna terminals in the scenario have a perfect CSI. The objective is the minimization of the total transmit power subject to maximum bit error rate (BER) constraints for each link. The mathematical optimization problem is non-convex and, therefore, classical solutions based on gradient search or alternate & maximize schemes may find a local suboptimum design. As a possible solution, the application of the simulated annealing technique has been proposed, a powerful stochastic optimization tool able to find the global optimum design even when the problem is non-convex.The errors in the available CSI may decrease importantly the system performance if they are not taken into account explicitly in the design. This degradation has been studied for the single-user MIMO-OFDM system. An analytical expression of an upper-bound on the maximum relative signal to noise plus interference ratio degradation has been found.The system performance can be improved when exploiting an imperfect CSI by using adequate robustness strategies. Two robust approaches have been proposed: the Bayesian and the maximin solutions. The Bayesian approach is a full statistical solution that optimizes the mean value of the performance function averaged over the statistics of the actual channel and the errors in the CSI. On the other hand, the maximin approach provides a design that optimizes the worst system performance for any possible error in a predefined uncertainty region.Two simple examples of Bayesian designs have been provided. First, a power allocation has been derived for an OFDM system with one transmit and one receive antenna minimizing the mean value of an upper-bound on the BER. Afterwards, a design of a multi-antenna transmitter with a bank of filters and a single-antenna receiver has been proposed, whose objective is either the maximization of the mean signal to noise ratio (SNR) or the minimization of the mean square error.Finally, a robust maximin design has been proposed for a single-user MIMO system, in which the transmitter is based on the combination of an orthogonal space time block code (OSTBC), a power allocation stage, and a set of beamformers coupling the transmission through the estimated channel eigenmodes. The power allocation has been found according to a channel estimate and an uncertainty region for the error in this estimate, so that the worst SNR for any error in the uncertainty region is maximized. This design has been then extended and applied to adaptive modulation schemes and multicarrier modulations, showing that the performance is much better than that achieved by a pure OSTBC solution or a non-robust beamforming scheme.

[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.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HumbertoDA_TESE.pdf: 4762435 bytes, checksum: 20aae983d6895db90a85b0e2b107200f (MD5) Previous issue date: 2013-09-02 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In the globalized world modern telecommunications have assumed key role within the company, causing a large increase in demand for the wireless technology of communication, which has been happening in recent years have greatly increased the number of applications using this technology. Due to this demand, new materials are developed to enable new control mechanisms and propagation of electromagnetic waves. The research to develop new technologies for wireless communication presents a multidisciplinary study that covers from the new geometries for passive antennas, active up to the development of materials for devices that improve the performance at the frequency range of operation. Recently, planar antennas have attracted interest due to their characteristics and advantages when compared with other types of antennas. In the area of mobile communications the need for antennas of this type has become increasingly used, due to intensive development, which needs to operate in multifrequency antennas and broadband. The microstrip antennas have narrow bandwidth due to the dielectric losses generated by irradiation. Another limitation is the degradation of the radiation pattern due to the generation of surface waves in the substrate. Some techniques have been developed to minimize this limitation of bandwidth, such as the study of type materials PBG - Photonic Band Gap, to form the dielectric material. This work has as main objective the development project of a slot resonator with multiple layers and use the type PBG substrate, which carried out the optimization from the numerical analysis and then designed the device initially proposed for the band electromagnetic spectrum between 3-9 GHz, which basically includes the band S to X. Was used as the dielectric material RT/Duroid 5870 and RT/Duroid 6010.LM where both are laminated ceramic-filled PTFE dielectric constants 2.33 and 10.2, respectively. Through an experimental investigation was conducted an analysis of the simulated versus measured by observing the behavior of the radiation characteristics from the height variation of the dielectric multilayer substrates. We also used the LTT method resonators structures rectangular slot with multiple layers of material photonic PBG in order to obtain the resonance frequency and the entire theory involving the electromagnetic parameters of the structure under consideration. xviii The analysis developed in this work was performed using the method LTT - Transverse Transmission Line, in the field of Fourier transform that uses a component propagating in the y direction (transverse to the real direction of propagation z), thus treating the general equations of the fields electric and magnetic and function. The PBG theory is applied to obtain the relative permittivity of the polarizations for the sep photonic composite substrates material. The results are obtained with the commercial software Ansoft HFSS, used for accurate analysis of the electromagnetic behavior of the planar device under study through the Finite Element Method (FEM). Numerical computational results are presented in graphical form in two and three dimensions, playing in the parameters of return loss, frequency of radiation and radiation diagram, radiation efficiency and surface current for the device under study, and have as substrates, photonic materials and had been simulated in an appropriate computational tool. With respect to the planar device design study are presented in the simulated and measured results that show good agreement with measurements made. These results are mainly in the identification of resonance modes and determining the characteristics of the designed device, such as resonant frequency, return loss and radiation pattern / No mundo globalizado moderno, as telecomunica??es assumiram um papel fundamental dentro das sociedades, provocando um grande aumento da demanda por tecnologia de comunica??o sem fio, isto vem acontecendo nos ?ltimos anos e tem aumentado bastante o n?mero de aplica??es que utilizam esta tecnologia. Em decorr?ncia dessa demanda, novos materiais s?o desenvolvidos no sentido de possibilitar novos mecanismos de controle e propaga??o de ondas eletromagn?ticas. A pesquisa para o desenvolvimento de novas tecnologias para comunica??o sem fios apresenta um car?ter multidisciplinar que abrange desde o estudo de novas geometrias para antenas passivas e ativas at? o de desenvolvimento de materiais para dispositivos que melhorem o desempenho naquela faixa de frequ?ncia de opera??o. Recentemente as antenas planares tem despertado interesses devido as suas caracter?sticas e vantagens que oferecem quando comparadas com os demais tipos de antenas. Na ?rea de comunica??es m?veis a necessidade de antenas desse tipo tem se tornado cada vez maior, devido ao seu intenso desenvolvimento, que necessita de antenas que operem em multifrequ?ncia e em banda larga. As antenas de microfita apresentam largura de banda estreita devido ?s perdas no diel?trico geradas pela irradia??o. Outra limita??o ? a degrada??o do diagrama de irradia??o devido ? gera??o de ondas de superf?cie no substrato. Algumas t?cnicas est?o sendo desenvolvidas para minimizar esta limita??o de banda, como ? o caso do estudo de materiais do tipo PBG Photonic Band Gap, para compor o material diel?trico. Este trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento do projeto de um ressoador de fenda com m?ltiplas camadas e com a utiliza??o de substrato do tipo PBG, onde foi realizada a otimiza??o a partir da analise num?rica e em seguida, projetado o dispositivo proposto inicialmente para a faixa do espectro eletromagn?tico compreendida entre 3-9 GHz, que inclui basicamente a banda S at? X. Foi utilizado como material diel?trico o RT/Duroid 5870 e RT/Duroid 6010.2LM onde ambos s?o laminados cer?micos PTFE com constantes diel?tricas de 2.33 e 10.2, respectivamente. Atrav?s de uma investiga??o experimental foi realizada uma an?lise dos resultados simulados versus medidos observando o comportamento das xvi caracter?sticas de radia??o a partir da varia??o da altura das multicamadas de subtrato diel?trico. Foi utilizado tamb?m o m?todo LTT ?s estruturas ressoadoras retangulares de fenda com m?ltiplas camadas, para a obten??o da freq??ncia de resson?ncia bem como toda a teoria que envolva os par?metros eletromagn?ticos da estrutura em estudo. As an?lises desenvolvidas neste trabalho foram realizadas com utiliza??o do m?todo LTT Linha de Transmiss?o Transversa, no dom?nio da Transformada de Fourier que utiliza uma componente de propaga??o na dire??o y (transversa ? dire??o real de propaga??o z), tratando assim as equa??es gerais dos campos el?tricos e magn?ticos em fun??o de yE e yH . A teoria PBG ser? aplicada para a obten??o da permissividade relativa para as polariza??es s e p dos substratos compostos de material fot?nico. Os resultados s?o obtidos com o software comercial Ansoft HFSS, usado para a an?lise precisa do comportamento eletromagn?tico do dispositivo planar em estudo, por meio do M?todo dos Elementos Finitos (FEM). Resultados num?rico-computacionais s?o apresentados em forma de gr?fico em duas e tr?s dimens?es, para aos par?metros de perda de retorno, frequ?ncia de radia??o, e diagrama de radia??o, efici?ncia de radia??o e densidade superficial de corrente para o dispositivo em estudo, e que tem como substratos, materiais fot?nicos e que fora simulado em uma ferramenta computacional apropriada. . No que diz respeito ao projeto do dispositivo planar em estudo s?o apresentados os resultados medidos e os simulados que apresentam boa concord?ncia com as medi??es efetuadas. Estes resultados consistem principalmente na identifica??o dos modos de resson?ncia e na determina??o das caracter?sticas do dispositivo projetado, como freq??ncia de resson?ncia, perda de retorno e diagrama de radia??o