Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma rede planar de antenas em tecnologia microfita para Radar de Abertura Sintética (SAR) polarimétrico, de alta resolução, para uso em sensoriamento remoto. A rede foi projetada a partir de especificações estabelecidas para operação em banda L (1,2 a 1,3 GHz), com características que atendem boa parte das necessidades atualmente existentes no Brasil. Ressalta-se que a implementação desta tecnologia, importante devido às dimensões continentais do Brasil, é perfeitamente viável e agregará um grande valor ao desenvolvimento econômico e social do país, bem como sua relevância frente à segurança nacional. Inicialmente é descrito o sistema SAR, enfatizando suas vantagens e a relevância quanto ao emprego desta tecnologia à luz das necessidades brasileiras. Exemplos de sistemas operando, tanto em plataformas orbitais, quanto em aerotransportadas, são apresentados com o objetivo de informar e preparar o leitor para um melhor entendimento deste trabalho. Em seguida, introduz-se o elemento irradiador em tecnologia de microfita, onde uma série de topologias é estudada com o objetivo de escolher aquela que melhor se adapta às necessidades de um sistema SAR polarimétrico. Uma vez definido o elemento irradiador, um sistema imageador em banda L é especificado para operar em uma aeronave EMB-120 (Brasília). Por fim, uma rede planar de antenas, que utiliza a topologia do elemento irradiador previamente projetado, é desenvolvida seguindo as especificações determinadas pelo sistema em questão. Para todas as antenas projetadas, foram desenvolvidos protótipos, cujos resultados experimentais concordaram muito bem com os preditos por programas comerciais, que auxiliaram nos seus respectivos projetos. Salienta-se ainda a importância da parte prática desenvolvida neste trabalho, pois as dificuldades e, sobretudo, o desafio que a implementação de uma rede de antenas deste porte representa, apontam para o elevado estágio alcançado pelo Laboratório de Antenas e Propagação (LAP) do ITA.

Neste trabalho é estabelecido um procedimento para a obtenção dos campos eletromagnéticos em estruturas com múltiplas camadas, anisotrópicas ou não, e respectivas funções de Green. Os cálculos são efetuados no domínio de Fourier com auxílio da programação simbólica do Mathematica. Análises das características de irradiação são realizadas para dipolos de meia onda e antenas de microfita retangulares e circulares, sobre substratos isotrópicos. Síntese de redes de antenas circulares, para aplicação em satélites de órbita baixa, também são contemplados. Empregando o formalismo desenvolvido, um programa em linguagem simbólica é implementado para a obtenção das funções de Green espectrais de estruturas com substratos anisotrópicos. Este programa é usado na análise do comportamento de um dipolo elétrico curto impresso sobre um substrato de ferrite polarizado. O método dos momentos é estruturado para a análise rigorosa de antenas de microfita alimentadas por acoplamento eletromagnético. Aplicação para um dipolo elétrico imerso em camadas biaxiais é efetuada e efeitos sobre a impedância de entrada são estudados. Resultados teóricos são comparados com os simulados por programas comerciais. Experimentos são realizados com um protótipo construído. Boa concordância entre os resultados experimentais e os previstos pelos programas desenvolvidos validam o procedimento estabelecido.

Este trabalho é parte do estudo sobre antenas para GPS que vem sendo realizado no Laboratório de Antenas e Propagação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica, objetivando ampliar os conhecimentos na área de antenas de microfita circularmente polarizadas, para futuras aplicações em redes do tipo phased array. A parte que coube ao presente trabalho contempla a análise de uma rede circularmente polarizada com comutação de feixe e controle de nível de lóbulos secundários, para emprego em um pseudo-satélite GPS. Inicialmente é realizado um estudo para estabelecer o elemento irradiador que deverá compor a rede. Elementos linearmente polarizados, dispostos adequadamente em rede e com alimentação apropriada, são analisados. Além destes, elementos circularmente polarizados são também avaliados. Destes estudos conclui-se pela utilização do elemento quadrado com dupla alimentação. Definido o elemento, realiza-se o projeto do circuito alimentador visando estabelecer as correntes nos elementos irradiadores necessárias para gerar a irradiação circularmente polarizada para a direita. Uma vez estabelecida a estrutura irradiante, inicia-se o processo de síntese da rede através da técnica de multiplicação de diagramas. Como a aplicação desta técnica só é viável em situações particulares que não possibilitam prever o comportamento da irradiação na região traseira da rede, parte-se para realizar a simulação da rede com plano de terra finito. Entretanto, este procedimento mostra-se inviável frente à atual capacidade computacional do LAP. Para viabilizar os cálculos, um método alternativo, capaz de estimar o diagrama de irradiação da rede com plano de terra finito, é proposto. Testes são realizados com uma rede constituída por elementos com cantos truncados, disponível no LAP e desenvolvida em trabalhos anteriores, cujos resultados confirmam a adequação do método proposto. Comprovada a eficácia do método, a síntese da rede com comutação de feixe e controle de nível dos lóbulos secundários é realizada. O trabalho é finalizado com uma proposta para o sistema alimentador da rede sintetizada.

Este trabalho apresenta uma técnica para realização do apontamento do feixe de uma rede de antenas utilizando pulsos aplicados ao caminho de RF dos elementos da rede. A proposta de trabalho está em desenvolver aplicações para redes de antenas do tipo phased array. A inserção dos sinais pulsados no caminho de RF é realizada por um circuito de chaveamento com diodos pin, integrado ao circuito de alimentação. Utiliza-se o conceito de uma estrutura convencional com amostragem do sinal recebido pela rede de antenas para a realização do beamforming em micro-ondas, denominada estrutura MSBF. Para demonstração da técnica proposta foram projetados a rede de antenas, o circuito de alimentação e o gerador de sinais de controle, utilizando-se a tecnologia de microfita nos dois primeiros blocos. Com o auxílio do Ansoft Designer e do HFSS, realizaram-se análises dos circuitos projetados em microfita. Foram construídos protótipos da rede de antenas e do circuito de alimentação e os resultados experimentais foram comparados com as análises realizadas. Para os testes integrados foi projetado e construído um equipamento para gerar os pulsos de controle dos elementos da rede, definidos em módulos com saídas independentes. Este equipamento permite programar parâmetros dos pulsos aplicados, responsáveis pelo apontamento da rede. Por fim, com os protótipos integrados, os diagramas de irradiação da rede de antenas foram medidos em Câmara Anecóica. Os resultados obtidos comprovam experimentalmente a técnica proposta neste trabalho.

este trabalho são analisadas antenas de microfita retangulares, alimentadas por prova de corrente e moldadas sobre superfícies cilíndricas, utilizando-se o modelo da cavidade ressonante e a técnica da transformada dupla de Fourier. Inicialmente, expressões gerais para os campos irradiados por uma abertura eletromagnética em um cilindro perfeitamente condutor e de comprimento infinito são estabelecidas no domínio de Fourier. Formas assintóticas para os campos distantes são também determinadas empregando-se o método da fase estacionária. Os campos eletromagnéticos irradiados por uma antena de microfita retangular conformada sobre uma superfície cilíndrica são determinados usando-se um modelo equivalente constituído por uma rede de quatro fendas retangulares localizadas ao longo de sua circunferência. Diagramas de irradiação para os dois modos dominantes TM10 e TM01 são traçados e discutidos. Utilizando-se a formulação desenvolvida são determinadas expressões para o cálculo da impedância de entrada e da razão axial da onda irradiada pela antena. Equações para a síntese de antenas circularmente polarizadas são também estabelecidas. Um exemplo de aplicação é apresentado para o caso de uma antena operando em 2,25 GHz, que se encontra dentro da faixa alocada para telemetria de veículos espaciais. Em seguida apresenta-se a análise de redes de antenas moldadas em superfícies cilíndricas. O efeito do acoplamento entre duas antenas linearmente polarizadas é estudado através do cálculo da impedância mútua entre dois desses elementos. As expressões para os campos irradiados por redes de antenas conformadas são estabelecidas e diagramas de irradiação são traçados para várias configurações de redes circularmente polarizadas. Experimentos realizados na freqüência de 2,25 GHz são discutidos e seus resultados comparados com a teoria. São apresentadas medidas de impedância de entrada e de diagramas de irradiação para o caso de uma antena retangular circularmente polarizada moldada sobre uma superfície cilíndrica, verificando-se boa concordância entre resultados teóricos e experimentais. O projeto e a medida da impedância de entrada de duas redes circularmente polarizadas conformadas sobre uma superfície cilíndrica são descritos. Fotografias dos protótipos construídos são apresentadas ao longo do trabalho.

Antenas e redes de antenas de microfita híbridas planas e cilíndricas, com patches retangulares e operando no modo TM11, são os tópicos deste trabalho. Alimentadas por pontas de prova coaxiais, diferentemente das convencionais, esses irradiadores podem exibir baixos níveis de polarização cruzada em seus planos H. Partindo da topologia híbrida convencional, antenas embutidas (flush-mounted microstrip antennas) são analisadas, projetadas, implementadas e ensaiadas na faixa do ISM da banda S. Modelos analíticos, como o da cavidade ressonante e o da corrente elétrica superficial, são utilizados na análise e no pré-projeto desses irradiadores. Procedimentos originais são estabelecidos para o cálculo das funções de Green de correntes verticais, enquanto que um novo modelo é proposto para caracterizar a ponta de prova coaxial de alimentação. Como resultado, a assimetria do diagrama de irradiação no plano E, ocasionada pela ponta de prova coaxial de alimentação, pôde ser descrita adequadamente. Estes modelos também são utilizados na análise e pré-projeto de redes lineares e circunferenciais de antenas híbridas. Com as dimensões de pré-projeto determinadas a partir dos modelos analíticos, otimizações foram conduzidas no HFSS de modo a estabelecer as dimensões de construção dos protótipos. Quatro antenas embutidas são confeccionadas em tecnologia SIW: um elemento plano, uma rede colinear de quatro antenas e dois elementos cilíndricos. Os bons resultados experimentais obtidos atestam os procedimentos estabelecidos para os projetos dos irradiadores e os processos de construção dos protótipos.

This thesis picks up from the full-wave spectral-domain formalism developed at ITA's Antenna and Propagation Laboratory (LAP) for the analysis of electromagnetic radiation, scattering and propagation in structures composed of multiple layers made up of complex media. Besides the analysis and design of planar, cylindrical and spherical microstrip antennas, the methodology has also been successfully extended to remote sensing applications. Either way, a representative model needs to account for the geometric and electromagnetic characteristics of the particular structure, and for the electromagnetic excitation mechanism. Nonetheless, the focus so far had been on applications whose sources were distributed along the layer interfaces. So the goal in Chapters 2 and 3 is to extend the model coverage to vertical electric and magnetic sources embedded in planar structures made up of isotropic dielectric layers. Their spectral Green's functions are calculated using the auxiliary vector potential approach. In addition, horizontal electrical and magnetic sources are analyzed using LAP's technique, thus providing a consistent formalism to handle any combination. The limit case of infinitesimal current elements is derived, as well as that of a dipole holding a sinusoidal current distribution. Careful analysis of the boundary conditions affecting the tangential field components produces two uncoupled systems, one on the spectral electric field amplitudes, and another on the magnetic field, cutting down the mathematical workload and processing time. Hybrid microstrip antennas provide interesting means to overcome conventional antenna drawbacks, such as the significant H-plane cross-polarization level. Probe-fed hybrid microstrip antennas are analyzed in Chapter 4 via the resonant cavity and surface electric current models. The primary goal of systematically determining adequate design criteria is achieved and proved by predesigning an antenna for operation in 2.45 GHz. The design criteria are also validated by excellent experimental results for an antenna prototype that was manufactured and tested. As a side benefit, the use of analytical models permits the analysis of effects such as a radiation pattern asymmetry in the E plane, and a systematic study of its cross-polarization. Stratified layered structures containing scattering elements are used for modeling distributed natural targets. Their electromagnetic properties can be synthesized by the scattering matrix, which describes the dependence on signal polarization. From the scattering matrix, mathematical models for natural targets and other polarimetric target descriptors can be derived. Chiral effects and the stratified layer representation for certain natural targets are accounted for in the analysis presented in Chapter 5.From the target modeling, the scattering matrix elements are determined for planar, thin electric and magnetic dipoles embedded in a three-layer planar structure consisting of a chiral layer between free space and an isotropic ground. In addition, the full-wave equivalent circuit technique was efficiently utilized in the determination of the Green's functions of stratified structures.

Submitted by Nathalya Silva (nathyjf033@gmail.com) on 2017-06-28T18:58:53Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AntenaGrafenoComposta.pdf: 4555414 bytes, checksum: 147ba9fe429be0b537311893a53e2bb9 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-08-17T12:53:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AntenaGrafenoComposta.pdf: 4555414 bytes, checksum: 147ba9fe429be0b537311893a53e2bb9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-17T12:53:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AntenaGrafenoComposta.pdf: 4555414 bytes, checksum: 147ba9fe429be0b537311893a53e2bb9 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho é apresentada uma antena de grafeno composta por um dipolo planar e uma espira circular para aumento da largura de banda na faixa do terahertz. O dipolo é alimentado por uma fonte de tensão no seu gap e a espira circular é uma antena parasita sem alimentação via conexão física com o dipolo. É utilizado o método dos momentos bidimensional (MoM-2D) com impedância superficial para análise numérica dessa antena composta. São investigadas a influência da geometria e do potencial químico da antena parasita sobre a impedância de entrada e a largura de banda, com o objetivo de se obter operação em banda larga. / This work presents a graphene antenna composed by a planar dipole and a circular loop for increasing bandwidth in the terahertz range. The dipole is fed by a voltage source in its gap and the circular loop is a parasitic antenna without physical connection with dipole. The two-dimensional method of moments (MoM-2D) with surface impedance is used for numerical analysis of this antenna compound antenna. It is investigated the influence of geometry and the chemical potential of loop element on the input impedance and bandwidth of the dipole element, with objective to obtain broadband operation.

Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-07-06T20:43:45Z No. of bitstreams: 1 SamantaMH_DISSERT.pdf: 5589913 bytes, checksum: 13f8ab4185b2d9b1c9576d1b7fd6d94b (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-18T15:04:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 SamantaMH_DISSERT.pdf: 5589913 bytes, checksum: 13f8ab4185b2d9b1c9576d1b7fd6d94b (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-18T15:05:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 SamantaMH_DISSERT.pdf: 5589913 bytes, checksum: 13f8ab4185b2d9b1c9576d1b7fd6d94b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T15:05:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SamantaMH_DISSERT.pdf: 5589913 bytes, checksum: 13f8ab4185b2d9b1c9576d1b7fd6d94b (MD5) Previous issue date: 2016-12-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The growing development of telecommunications, especially mobile devices, has intensified related searches the microstrip antennas in recent years since they have unique properties and wide range of applications. The constant demand for lighter and more flexible devices boosted research in wearable technology area where electronics are fully embedded in their fibers. In this context, knitted fabrics have the necessary elasticity to create adaptable and sports parts, enabling high mobility and comfort to its users. The textile antennas are malleable and, therefore, have great utility in applications where rigidity of traditional antennas is considered limiting, as in military use clothing and in the biomedical field. This work aims to study and develop microstrip antennas using knitted fabric based composite fibers, showing the procedures and materials used from the characterization and choice of fabrics to the design, manufacture and testing of the textile antenna. The electrical characterization was carried out using a Vector Network Analyzer (ARV) to obtain the electrical properties (permittivity and tangent losses). Obtaining textile properties (weight, dimensional stability, degree and tensile strength) was made in accordance with the technical standards, using the equipment available at the Department of Textile Engineering at the Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN). The antenna has been designed using the transmission line model of Fortran program developed in accordance with the electrical properties of textile substrates. Subsequently the antenna was designed and simulated in HFSS® (High Frequency Structural Simulator), where radiation patterns are obtained, return loss, the Smith chart, current density and gain. The best simulated result was implemented with tissue disposed knitted in a three-layer structure according to the dimensions designed, and then the antenna is tested using a spectrum analyzer, which were collected data that allowed the manufacture of the letter Smith and graph of return loss. The experimental data were compared with the simulated and the results analyzed according to the literature that support this paper / O crescente desenvolvimento das telecomunicações, principalmente a de dispositivos móveis, têm intensificado as pesquisas relacionadas as antenas de microfita nos últimos anos, visto que estas possuem propriedades singulares, bem como vasta gama de aplicações. A constante procura por dispositivos mais leves e flexíveis impulsionou as pesquisas na área de tecnologia vestível, onde componentes eletrônicos são inteiramente embutidos em suas fibras têxteis. Nesse contexto, os tecidos malha possuem a elasticidade necessária para criar peças adaptáveis e esportivas, permitindo alta mobilidade e conforto aos seus usuários. As antenas têxteis são maleáveis e, por essa razão, têm grande utilidade em aplicações onde a rigidez das antenas tradicionais é considerada uma limitação, como em roupas de uso militar e na área biomédica. Este trabalho tem como objetivo estudar e desenvolver antenas de microfita utilizando tecido de malha à base de fibras têxteis compostas, mostrando os procedimentos e materiais utilizados desde a caracterização e escolha dos tecidos até o projeto, confecção e testes da antena têxtil. A caracterização elétrica foi realizada através de um Analisador de Redes Vetorial (ARV) para obtenção das propriedades elétricas (permissividade e tangente de perdas). A obtenção das propriedades têxteis (gramatura, estabilidade dimensional, titulação e resistência a tração) foi feita de acordo com as normas técnicas, utilizando os equipamentos disponíveis no Departamento de Engenharia Têxtil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). A antena foi dimensionada através do modelo da linha de transmissão em programa desenvolvido na linguagem Fortran de acordo com as propriedades elétricas dos substratos têxteis. Posteriormente a antena foi desenhada e simulada no HFSS® (High Frequency Structural Simulator), onde serão obtidos os diagramas de radiação, perda de retorno, densidade de corrente e ganho. O melhor resultado simulado foi implementado com o tecido de malha disposto numa estrutura de três camadas de acordo com as dimensões projetadas e, em seguida, a antena foi testada através de um analisador de espectro, onde foram coletados dados que permitiram a confecção da carta de Smith e gráfico da perda de retorno. Os dados experimentais foram comparados com os simulados e, os resultados analisados de acordo com a literatura especializada que embasam este trabalho / 2017-07-06

Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-07-04T19:21:04Z No. of bitstreams: 1 JoséAPM_DISSERT.pdf: 11175477 bytes, checksum: 06a97520ecfb91560a5b33b0a7a17ca7 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-18T15:03:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JoséAPM_DISSERT.pdf: 11175477 bytes, checksum: 06a97520ecfb91560a5b33b0a7a17ca7 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-18T15:06:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JoséAPM_DISSERT.pdf: 11175477 bytes, checksum: 06a97520ecfb91560a5b33b0a7a17ca7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T15:07:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoséAPM_DISSERT.pdf: 11175477 bytes, checksum: 06a97520ecfb91560a5b33b0a7a17ca7 (MD5) Previous issue date: 2016-12-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The complexity of communication systems drives researches into new types of cheaper and more efficient antennas. Microstrip antennas are planar structures that can be used in various types of applications due to their peculiar characteristics. There are several techniques in the literature to improve the performance of these antennas, among them the use of metasurfaces. The working principle of these structures is similar to a metamaterial, based on constitutive properties, permissiveness and permeability, which are not found in materials in nature, resulting in a negative refractive index. The present work has the objective of analyzing the application of metasurfaces in planar antennas in the range of microwaves, in the frequencies of 1 to 10 GHz that comprise the bands L, S, C and part of band X, through the application of rectangular and circular SRR structures in the patch and ground plane of the antennas. The structures were divided into sizes λ/10, λ/15 and λ/20. The antennas were first analyzed by means of simulation with the commercial software HFSS®, with the simulated results were selected four antennas for manufacturing, of which the measured results of the parameters were obtained in a vector network analyzer, namely: loss of return, Gain and impedance matching. The results of the antennas manufactured were in agreement with the simulations / A complexidade dos sistemas de comunicação impulsionam as pesquisas por novos tipos de antenas mais baratas e eficientes. Antenas de microfita são estruturas planares que podem ser utilizadas em vários tipos de aplicações devido as suas características peculiares. Existem na literatura várias técnicas para melhorar o rendimento dessas antenas, dentre elas se destaca o uso das Metassuperfícies. O princípio de funcionamento dessas estruturas é similar ao de um metamaterial, baseiam-se nas propriedades constitutivas, permissividade e permeabilidade, que não são encontrados em materiais na natureza, resultando em um índice de refração negativo. O presente trabalho tem por objetivo analisar a aplicação de estruturas Metassuperfície em antenas planares na faixa de micro-ondas, nas frequências de 1 a 10 GHz que compreendem as bandas L, S, C e parte da banda X, mediante a aplicação das estruturas SRR do tipo retangular e circular no patch e no plano de terra das antenas, as estruturas foram divididas nos tamanhos λ/10, λ/15 e λ/20. As antenas foram primeiramente analisadas por meio de simulação com o software comercial HFSS®, com os resultados simulados foram selecionadas quatro antenas para fabricação, das quais os resultados medidos dos parâmetros foram obtidos em um analisador de redes vetoriais, a saber: perda de retorno, ganho e casamento de impedância. Os resultados das antenas fabricadas apresentaram concordância com as simulações / 2017-07-04