Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-03-09T23:21:32Z No. of bitstreams: 1 ElielPoggiDosSantos_DISSERT.pdf: 2107477 bytes, checksum: b83f3b889d4017245f0c0550f4569d4e (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-03-11T21:38:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ElielPoggiDosSantos_DISSERT.pdf: 2107477 bytes, checksum: b83f3b889d4017245f0c0550f4569d4e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-11T21:38:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ElielPoggiDosSantos_DISSERT.pdf: 2107477 bytes, checksum: b83f3b889d4017245f0c0550f4569d4e (MD5) Previous issue date: 2015-01-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Com o r?pido crescimento dos sistemas de comunica??es sem fio, estudos envolvendo absorvedores de ondas eletromagn?ticas tem despertado grande aten??o pelos pesquisadores. Suas aplica??es v?o desde sistemas indoor at? aplica??es militares. Em paralelo a esse crescimento, os estudos crescentes em superf?cies seletivas em frequ?ncia (FSS) permitem que suas propriedades de filtragem sejam aplic?veis em diversos sistemas, como em antenas refletoras, em radomes passa-faixa e em absorvedores, que ser? o foco deste trabalho. Este trabalho tem como objetivo projetar absorvedores de micro-ondas usando FSS. A metodologia consiste basicamente em duas etapas: na primeira fase, uma an?lise te?rica e num?rica das estruturas isoladas envolvidas no processo de absor??o e, na segunda fase, a an?lise das estruturas em cascata. Para a an?lise ser? utilizado o M?todo dos Circuitos Equivalentes que prev? caracter?sticas de transmiss?o da estrutura para uma onda plana com incid?ncia normal e requer recursos computacionais muito limitados quando comparado aos m?todos de an?lise de onda completa e, portanto, ? ?til para predizer com rapidez o desempenho das estruturas. Tamb?m ser? usada a Matriz de Espalhamento para modelar numericamente o cascateamento das FSS condutiva e resistiva obtendo propriedades de absor??o na faixa projetada. Os resultados experimentais usados para a an?lise s?o encontrados na literatura devido ? dificuldade de construir em pouco tempo, tendo em vista que n?o ? uma t?cnica de constru??o simples. Ser? apresentado o desenvolvimento matem?tico, pelo M?todo dos Circuitos Equivalentes, da modelagem de uma FSS com geometria do tipo dipolo cruzado e uma FSS resistiva como tamb?m o cascateamento entre as duas estruturas. A mesma configura??o ser? utilizada com uma geometria espira quadrada. Melhoramentos ser?o discutidos na conclus?o. / Considering the fact that, the use of wireless communication systems has grown too fast, investigations concerning absorbers of electromagnetic waves has called closer attention of researchers. It is applicable from indoor systems to military applications. Paralleling with this growth, some extremely relevant investigations through Frequency Selective Surfaces (FSS) allows its filter property to be applicable in several systems, for example: reflector antennas, band-pass radomes, and absorbers, which are the main objective of this work. Therefore, the main goal of this work concerns to design micro-waves absorbers through FSS. Thus, the methodology consists basically in two steps: the first step concerns a theoretical and numerical analysis of the structures involved in the process of absorption, the second step, the analysis of the cascaded structures. In order to carry out the analysis, the Equivalent Circuit Method will be used. This method provides characteristics of transmission from the structure, for a plane wave incidence and it requires an extremely limited computing resource in relation if compared to full wave analyses method. Hence, it is useful to allow fast predictions of the development of the structures. Furthermore, a spreading matrix will be used in order to cascade the conductive FSS and the resistive FSS achieving absorption characteristics in the designed band. The experimental results used for the analysis are found in the literature due to the difficulty of building soon, given that it is not a simple construction technique. To conclude, a mathematical development through the Equivalent Circuit Method of a FSS modeling with cross-dipole geometry and a resistive FSS will be presented, as well as the cascading involving the two structures. The same setting is used with a square loop geometry. Besides it, the next steps will be discussed in the conclusion.

Biossensores que empregam dispositivos de efeitos de campo podem ser obtidos em diversas arquiteturas, incluindo dispositivos Eletrólito-Isolante-Semicondutor (EIS), que são capacitores em que o eletrodo metálico é substituído por um filme e uma solução. Medindo-se a capacitância em função do potencial aplicado, é possível detectar variações de pH oriundas de reações ou interações entre o filme e o analito. Nesta dissertação, sensores foram produzidos com a adsorção de filmes automontados de dendrímero (PAMAM) e nanotubos de carbono (SWNT) num chip. Medidas de espectroscopia de impedância foram realizadas para investigar o crescimento de cada bicamada do filme automontado, e os dados foram analisados com circuitos equivalentes que continham uma capacitância de dupla camada, um elemento de fase constante e uma capacitância para a região de depleção. Para o chip, os melhores ajustes foram obtidos na frequência de 2 kHz, em que a concentração de dopantes foi 6,6x1020 m-3 para o chip com isolante de SiO2 e de 1,1x1021 m-3 para o chip com isolante de SiO2/Ta2O5. O potencial de banda plana foi -0,2 V e -0,06V, respectivamente. Para os chips recobertos com os filmes de PAMAM/SWNT, observamos que a região de depleção é causada pelas cargas positivas do PAMAM. Com relação às implicações para biossensores, verificamos que o desempenho ótimo deve ser obtido com 3 bicamadas de PAMAM/SWNT. Isso pode explicar a observação empírica na literatura de que existe uma espessura ideal dos filmes para um desempenho otimizado. / Biosensors based on field effect devices can be produced with several architectures, including Electrolyte-Insulator-Semiconductor (EIS) devices, which are capacitors where conventional metal electrodes are replaced by a sensing layer and an electrolyte solution. By measuring the capacitance as a function of the bias voltage, it is possible to detect pH changes that may originate from reactions or interactions between the film in the sensing unit and the analyte. In this study sensors were obtained by adsorbing layer-by-layer (LbL) films made with dendrimers (PAMAM) and carbon nanotubes (SWNT) on a semiconductor chip. Impedance spectroscopy measurements were performed to monitor the growth of each bilayer in the LbL film, whose data were analyzed with equivalent circuits containing a double-layer capacitance, a constant phase element and a capacitance for the depletion region. The results for the semiconductor chip could be best fitted for a frequency of 2 kHz, where the doping concentration was 6.6 x1020 m-3 for the insulating SiO2 layer and 1.1 x1021 m-3 for the SiO2/Ta2O5 layer. The flat band voltage was -0.2 V and -0.06 V, respectively. In the analysis of the chip coated with different numbers of PAMAM/SWNT bilayers, we found that the depletion region appears as a contribution from the positive charges in the PAMAM layer. With regard to implications for biosensors, we found that optimized performance should be reached with three PAMAM/SWNT bilayers, which may explain the empirical finding in the literature that an ideal thickness exists for enhanced performance.

Biossensores que empregam dispositivos de efeitos de campo podem ser obtidos em diversas arquiteturas, incluindo dispositivos Eletrólito-Isolante-Semicondutor (EIS), que são capacitores em que o eletrodo metálico é substituído por um filme e uma solução. Medindo-se a capacitância em função do potencial aplicado, é possível detectar variações de pH oriundas de reações ou interações entre o filme e o analito. Nesta dissertação, sensores foram produzidos com a adsorção de filmes automontados de dendrímero (PAMAM) e nanotubos de carbono (SWNT) num chip. Medidas de espectroscopia de impedância foram realizadas para investigar o crescimento de cada bicamada do filme automontado, e os dados foram analisados com circuitos equivalentes que continham uma capacitância de dupla camada, um elemento de fase constante e uma capacitância para a região de depleção. Para o chip, os melhores ajustes foram obtidos na frequência de 2 kHz, em que a concentração de dopantes foi 6,6x1020 m-3 para o chip com isolante de SiO2 e de 1,1x1021 m-3 para o chip com isolante de SiO2/Ta2O5. O potencial de banda plana foi -0,2 V e -0,06V, respectivamente. Para os chips recobertos com os filmes de PAMAM/SWNT, observamos que a região de depleção é causada pelas cargas positivas do PAMAM. Com relação às implicações para biossensores, verificamos que o desempenho ótimo deve ser obtido com 3 bicamadas de PAMAM/SWNT. Isso pode explicar a observação empírica na literatura de que existe uma espessura ideal dos filmes para um desempenho otimizado. / Biosensors based on field effect devices can be produced with several architectures, including Electrolyte-Insulator-Semiconductor (EIS) devices, which are capacitors where conventional metal electrodes are replaced by a sensing layer and an electrolyte solution. By measuring the capacitance as a function of the bias voltage, it is possible to detect pH changes that may originate from reactions or interactions between the film in the sensing unit and the analyte. In this study sensors were obtained by adsorbing layer-by-layer (LbL) films made with dendrimers (PAMAM) and carbon nanotubes (SWNT) on a semiconductor chip. Impedance spectroscopy measurements were performed to monitor the growth of each bilayer in the LbL film, whose data were analyzed with equivalent circuits containing a double-layer capacitance, a constant phase element and a capacitance for the depletion region. The results for the semiconductor chip could be best fitted for a frequency of 2 kHz, where the doping concentration was 6.6 x1020 m-3 for the insulating SiO2 layer and 1.1 x1021 m-3 for the SiO2/Ta2O5 layer. The flat band voltage was -0.2 V and -0.06 V, respectively. In the analysis of the chip coated with different numbers of PAMAM/SWNT bilayers, we found that the depletion region appears as a contribution from the positive charges in the PAMAM layer. With regard to implications for biosensors, we found that optimized performance should be reached with three PAMAM/SWNT bilayers, which may explain the empirical finding in the literature that an ideal thickness exists for enhanced performance.

[pt] O surgimento do fenômeno de estabilidade de tensão na operação dos sistemas elétricos motivou centenas de pesquisadores a desenvolverem métodos que permitam detectar a proximidade à instabilidade de tensão, com eficiência computacional, e tomar medidas acertadas para garantir a operação confiável e segura. Neste trabalho são analisados diferentes métodos que permitem transformar sistemas de grande porte em circuitos simples: o circuito equivalente entre geradores e cargas, baseado no cálculo de correntes de curto-circuito, na técnica de redução de rede pela eliminação de barras intermediárias e no equivalente de Thévenin. É analisada a utilização destes equivalentes na avaliação das condições de estabilidade de tensão com sistemas-testes de 3 e 4 barras. Através de diferentes testes verificou-se que o circuito equivalente entre geradores e cargas e a técnica de redução de rede não podem ser usados para o cálculo de índices de avaliação das condições de estabilidade de tensão, enquanto que, usando circuito equivalente de Thévenin encontrou-se um método que funciona corretamente para barra de carga terminal, barra não-terminal e barra de tensão controlada por gerador. / [en] The emergence of voltage stability phenomenon in the operation of power systems has motivated hundreds of researchers to develop methods to detect the proximity to voltage instability, with computational efficiency and to take all necessary and appropriate measures to ensure reliable and safe operation. In this work, different methods that allow transforming large systems into simple circuits were analyzed, such as the equivalent circuit between generators and loads, based on the calculation of short-circuit currents; the network reduction technique for eliminating intermediate buses; and the Thévenin equivalent. The application of these equivalents on voltage stability assessment of 3 and 4 bus testing systems were extensively tested. At the end, it was verified that that the equivalent circuit between the generator and load, and the network reduction technique, cannot be used for calculating the voltage stability conditions evaluation indexes. However, using Thévenin equivalent circuit, it was found a proper method, which works correctly for terminal buses, transit buses and voltage-controlled buses.