A tecnologia de radar e comunicação em banda ultralarga (UWB) tem sido investigada intensamente nas últimas décadas. Esta tecnologia emprega pulsos de curta duração, que resultam em um espalhamento de energia em uma faixa ampla de frequência, fazendo com que, em transmissão de dados, o sinal apareça como ruído branco, dificultando a sua interceptação. Uma das aplicações mais promissoras da tecnologia UWB é na implementação de radares para detecção de pessoas, no monitoramento de ambientes, no uso em missões de resgate em desmoronamento de construções e na detecção de pessoas soterradas. Entretanto, diversos são os desafios para a construção de radares UWB: geração e recepção do pulso UWB, antenas, processamento, análise e visualização dos dados. Este trabalho propõe uma nova antena para aplicações de radar para visualização através da parede, e realiza a sua caracterização usando algoritmos de detecção de pessoas. Para a caracterização, o trabalho apresenta um cenário experimental que utiliza um sistema de caracterização de antena UWB. A antena proposta consiste em modificações na estrutura de uma antena antipodal, de forma a se obter alto ganho e estabilidade nos diagramas de irradiação, requisitos importantes para esse tipo de aplicação. Os resultados obtidos experimentalmente mostram que a antena proposta apresenta diagrama de irradiação direcional e principalmente alto ganho, característica importante para as aplicações de detecção. Processando-se os dados obtidos experimentalmente com algoritmos de detecção clássicos e adaptativo, verificou-se que a antena cumpre os requisitos da aplicação de detecção de pessoas. / Ultra-Wideband (UWB) radar and communication systems have been widely studied in the last decades. This technology employs very short duration pulses, resulting in energy spreaded in a very wide frequency band. In data communication applications, the signal appears as a white noise, making difficult the interception. One of the most promising applications of this technology is in radar implementation for people detection, in environment monitoring, rescue missions etc. The challenges to UWB radar implementation area diverse: pulse generation, pulse transmission and reception, antennas, and data processing, analysis and visualization. This work proposes a new antenna for through the wall (TTW) UWB radar. The antenna is characterized using people detection algorithms. A scenario, composed by a UWB antenna characterization system is presented. The antenna is a antipodal antenna modified in order to obtain high gain and stability in the irradiation diagram. Using people detection algorithms, it was verified full attendance to application requirements.

A tecnologia de radar e comunicação em banda ultralarga (UWB) tem sido investigada intensamente nas últimas décadas. Esta tecnologia emprega pulsos de curta duração, que resultam em um espalhamento de energia em uma faixa ampla de frequência, fazendo com que, em transmissão de dados, o sinal apareça como ruído branco, dificultando a sua interceptação. Uma das aplicações mais promissoras da tecnologia UWB é na implementação de radares para detecção de pessoas, no monitoramento de ambientes, no uso em missões de resgate em desmoronamento de construções e na detecção de pessoas soterradas. Entretanto, diversos são os desafios para a construção de radares UWB: geração e recepção do pulso UWB, antenas, processamento, análise e visualização dos dados. Este trabalho propõe uma nova antena para aplicações de radar para visualização através da parede, e realiza a sua caracterização usando algoritmos de detecção de pessoas. Para a caracterização, o trabalho apresenta um cenário experimental que utiliza um sistema de caracterização de antena UWB. A antena proposta consiste em modificações na estrutura de uma antena antipodal, de forma a se obter alto ganho e estabilidade nos diagramas de irradiação, requisitos importantes para esse tipo de aplicação. Os resultados obtidos experimentalmente mostram que a antena proposta apresenta diagrama de irradiação direcional e principalmente alto ganho, característica importante para as aplicações de detecção. Processando-se os dados obtidos experimentalmente com algoritmos de detecção clássicos e adaptativo, verificou-se que a antena cumpre os requisitos da aplicação de detecção de pessoas. / Ultra-Wideband (UWB) radar and communication systems have been widely studied in the last decades. This technology employs very short duration pulses, resulting in energy spreaded in a very wide frequency band. In data communication applications, the signal appears as a white noise, making difficult the interception. One of the most promising applications of this technology is in radar implementation for people detection, in environment monitoring, rescue missions etc. The challenges to UWB radar implementation area diverse: pulse generation, pulse transmission and reception, antennas, and data processing, analysis and visualization. This work proposes a new antenna for through the wall (TTW) UWB radar. The antenna is characterized using people detection algorithms. A scenario, composed by a UWB antenna characterization system is presented. The antenna is a antipodal antenna modified in order to obtain high gain and stability in the irradiation diagram. Using people detection algorithms, it was verified full attendance to application requirements.

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Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HertzWCL_TESE.pdf: 4465162 bytes, checksum: b8574ba7e4819cb59386ad0ba99ebd86 (MD5) Previous issue date: 2012-10-11 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The frequency selective surfaces, or FSS (Frequency Selective Surfaces), are structures consisting of periodic arrays of conductive elements, called patches, which are usually very thin and they are printed on dielectric layers, or by openings perforated on very thin metallic surfaces, for applications in bands of microwave and millimeter waves. These structures are often used in aircraft, missiles, satellites, radomes, antennae reflector, high gain antennas and microwave ovens, for example. The use of these structures has as main objective filter frequency bands that can be broadcast or rejection, depending on the specificity of the required application. In turn, the modern communication systems such as GSM (Global System for Mobile Communications), RFID (Radio Frequency Identification), Bluetooth, Wi-Fi and WiMAX, whose services are highly demanded by society, have required the development of antennas having, as its main features, and low cost profile, and reduced dimensions and weight. In this context, the microstrip antenna is presented as an excellent choice for communications systems today, because (in addition to meeting the requirements mentioned intrinsically) planar structures are easy to manufacture and integration with other components in microwave circuits. Consequently, the analysis and synthesis of these devices mainly, due to the high possibility of shapes, size and frequency of its elements has been carried out by full-wave models, such as the finite element method, the method of moments and finite difference time domain. However, these methods require an accurate despite great computational effort. In this context, computational intelligence (CI) has been used successfully in the design and optimization of microwave planar structures, as an auxiliary tool and very appropriate, given the complexity of the geometry of the antennas and the FSS considered. The computational intelligence is inspired by natural phenomena such as learning, perception and decision, using techniques such as artificial neural networks, fuzzy logic, fractal geometry and evolutionary computation. This work makes a study of application of computational intelligence using meta-heuristics such as genetic algorithms and swarm intelligence optimization of antennas and frequency selective surfaces. Genetic algorithms are computational search methods based on the theory of natural selection proposed by Darwin and genetics used to solve complex problems, eg, problems where the search space grows with the size of the problem. The particle swarm optimization characteristics including the use of intelligence collectively being applied to optimization problems in many areas of research. The main objective of this work is the use of computational intelligence, the analysis and synthesis of antennas and FSS. We considered the structures of a microstrip planar monopole, ring type, and a cross-dipole FSS. We developed algorithms and optimization results obtained for optimized geometries of antennas and FSS considered. To validate results were designed, constructed and measured several prototypes. The measured results showed excellent agreement with the simulated. Moreover, the results obtained in this study were compared to those simulated using a commercial software has been also observed an excellent agreement. Specifically, the efficiency of techniques used were CI evidenced by simulated and measured, aiming at optimizing the bandwidth of an antenna for wideband operation or UWB (Ultra Wideband), using a genetic algorithm and optimizing the bandwidth, by specifying the length of the air gap between two frequency selective surfaces, using an optimization algorithm particle swarm / As superf?cies seletivas de freq??ncia, ou FSS (Frequency Selective Surfaces), s?o estruturas constitu?das por arranjos peri?dicos de elementos condutores, denominados patches, geralmente muito finos e impressos sobre camadas diel?tricas, ou de aberturas, perfuradas em superf?cies met?licas muito finas, para aplica??es nas faixas de microondas e ondas milim?tricas. Estas estruturas s?o frequentemente utilizadas em aeronaves, m?sseis, sat?lites, radomes, antenas de refletor, antenas de alto ganho e fornos de microondas, por exemplo. A utiliza??o destas estruturas tem como objetivo principal filtrar bandas de freq??ncia, que podem ser de transmiss?o ou de rejei??o, dependendo da especificidade da aplica??o desejada. Por sua vez, os sistemas de comunica??o modernos, tais como GSM (Global System for Mobile Communications), RFID (Radio Frequency Identification), Bluetooth, Wi-Fi e WiMAX, cujos servi?os s?o altamente demandados pela sociedade, t?m requerido o desenvolvimento de antenas que apresentem, como caracter?sticas principais, baixo custo e perfil, al?m de peso e dimens?es reduzidas. Neste contexto, a antena de microfita se apresenta como uma excelente op??o para os sistemas de comunica??es atuais, pois (al?m de atenderem intrinsicamente aos requisitos mencionados) s?o estruturas planares de f?cil fabrica??o e integra??o com outros componentes de circuitos de microondas. Em consequ?ncia, a an?lise e principalmente a s?ntese destes dispositivos, em face da grande possibilidade de formas, dimens?es e periodicidade de seus elementos, tem sido efetuada atrav?s de modelos de onda completa, tais como o m?todo dos elementos finitos, o m?todo dos momentos e o m?todo das diferen?as finitas no dom?nio do tempo. Entretanto, estes m?todos apesar de precisos requerem um grande esfor?o computacional. Neste contexto, a intelig?ncia computacional (IC) tem sido utilizada com sucesso nos projetos e na otimiza??o de estruturas planares de microondas, como uma ferramenta auxiliar e muito adequada, dada a complexidade das geometrias das antenas e das FSS consideradas. A intelig?ncia computacional ? inspirada em fen?menos naturais como: aprendizado, percep??o e decis?o, utilizando t?cnicas como redes neurais artificiais, l?gica fuzzy, geometria fractal e computa??o evolucion?ria. Este trabalho realiza um estudo de aplica??o de intelig?ncia computacional utilizando metaheur?sticas como algoritmos gen?ticos e intelig?ncia de enxames na otimiza??o de antenas e superf?cies seletivas de frequ?ncia. Os algoritmos gen?ticos s?o m?todos computacionais de busca baseados na teoria da sele??o natural proposta por Darwin e na gen?tica utilizados para resolver problemas complexos como, por exemplo, problemas em que o espa?o de busca cresce com as dimens?es do problema. A otimiza??o por enxame de part?culas tem como caracter?sticas a utiliza??o da intelig?ncia de forma coletiva sendo aplicada em problemas de otimiza??o em diversas ?reas de pesquisa. O objetivo principal deste trabalho consiste na utiliza??o da intelig?ncia computacional, na an?lise e s?ntese de antenas e de FSS. Foram consideradas as estruturas de um monopolo planar de microfita, do tipo anel, e de uma FSS de dipolos em cruz. Foram desenvolvidos os algoritmos de otimiza??o e obtidos resultados para as geometrias otimizadas de antenas e FSS consideradas. Para a valida??o de resultados foram projetados, constru?dos e medidos v?rios prot?tipos. Os resultados medidos apresentaram excelente concord?ncia com os simulados. Al?m disso, os resultados obtidos neste trabalho foram comparados com os simulados atrav?s de um software comercial, tendo sido observada tamb?m uma excelente concord?ncia. Especificamente, a efici?ncia das t?cnicas de IC utilizadas foram comprovadas atrav?s de resultados simulados e medidos, objetivando a otimiza??o da largura de banda de uma antena para opera??o em banda ultralarga, ou UWB (Ultra Wideband), com a utiliza??o de um algoritmo gen?tico e da otimiza??o da largura de banda, atrav?s da especifica??o do comprimento do gap de ar entre duas superf?cies seletivas de frequ?ncia, utilizando um algoritmo de otimiza??o por enxame de part?culas