Neste trabalho é realizada a otimização de antena de microfita banda larga de formato E utilizando o método de Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD). Um programa desenvolvido em C é usado para analisar e aperfeiçoar a antena em projeto, tamanho, largura de banda e polarização. Inicialmente é feita a introdução sobre o assunto, abordando aspectos de comunicações e de antenas de microfita, além de se fazer revisão bibliográfica e resumir o estado da arte sobre o tema do trabalho. O próximo item, visando a sistematizar o projeto da antena, é a caracterização da antena de formato E, obtida ao variar seus parâmetros e verificar o desempenho por meio da análise do comportamento das freqüências que compõem a largura de banda. O trabalho prossegue com simulações numéricas e medidas da largura de banda, do ganho, dos níveis de polarização e da eficiência da antena. A tese é concluída com observações sobre o analisado e sugestões para prosseguimento e aperfeiçoamento das investigações técnicas realizadas. / The optimization of wideband E-format microstrip antenna employing the Finite Difference Time Domain (FDTD) method is shown in this work. This developed software is used to optimize different design parameters and characteristics of the antenna, such the dimensions, the bandwidth, the input impedance and the polarization. Firstly, an introduction considering the main issues related to wireless communications and antennas is done. Then, a review of the wideband antennas theory and conventional methods to the antenna analysis, with emphasis on the FDTD method, are described. The following topic is a parametric study, where the antenna parameters are being changed and performance variations are considered. Next, simulations using the FDTD method and measurements are compared and the relevant characteristics are optimized, e.g., in terms of dimensions, bandwidth, input impedance, gain, efficiency and polarization. Finally, the main contributions and conclusion of this thesis are described and some suggestions for further works are presented.

Dois dispositivos de comunicação sem fio populares são considerados nesta pesquisa. Em primeiro lugar, o fone de ouvido que utiliza tecnologia Bluetooth, sendo um dos acessórios móveis mais econômicos do mercado e os óculos para dispositivos de comunicação que são uma representação da nova visão futurista. A absorção de ondas eletromagnéticas na cabeça humana durante um certo período de tempo, pode conduzir a problemas de saúde. A Taxa de Absorção Específica (SAR) foi simulada em quatro modelos diferentes para duas abordagens que realizam variações nos parâmetros dielétricos dos tecidos da cabeça. Estes resultados foram comparados com as recomendações internacionais (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). O primeiro modelo utilizado foi o Manequim Antropomórfico Específico (SAM phantom), bem como três modelos realistas de cabeça humana (ou seja, um adulto de 34 anos e duas crianças de 10 e 6 anos). As simulações foram executadas utilizando o método de diferenças finitas (FDTD) e a frequência usada para alimentar as antenas foi de 2,45 GHz. Além disso foram feitas medidas experimentais de potência transmitida pelo dispositivo Bluetooth. / Two popular wireless communication devices are considered in this research. Firstly, the handset Bluetooth which is one of the most economic mobile accessories and the eyewear Communicating Device which are a representation of the new futuristic vision. It is well known that the absorption of electromagnetic waves on the human head for a certain period of time may lead to health problems such as headaches. The Specific Absorption Rate (SAR) is simulated to four different head models for two approaches that perform variations in the dielectric parameters in the head tissues and compared with the available international recommendations (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). The first model used is the Specific Anthropomorphic Mannequin (SAM phantom), as well as three realistic models of human head (i.e., a 34 years old adult and two children of 10 and 6 years old). The simulations were performed using the finite difference time domain (FDTD) method and the frequency used to feed the antennas was 2.45 GHz. Experimental measurements of transmission power in Bluetooth device are also described.

Neste trabalho é realizada a otimização de antena de microfita banda larga de formato E utilizando o método de Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD). Um programa desenvolvido em C é usado para analisar e aperfeiçoar a antena em projeto, tamanho, largura de banda e polarização. Inicialmente é feita a introdução sobre o assunto, abordando aspectos de comunicações e de antenas de microfita, além de se fazer revisão bibliográfica e resumir o estado da arte sobre o tema do trabalho. O próximo item, visando a sistematizar o projeto da antena, é a caracterização da antena de formato E, obtida ao variar seus parâmetros e verificar o desempenho por meio da análise do comportamento das freqüências que compõem a largura de banda. O trabalho prossegue com simulações numéricas e medidas da largura de banda, do ganho, dos níveis de polarização e da eficiência da antena. A tese é concluída com observações sobre o analisado e sugestões para prosseguimento e aperfeiçoamento das investigações técnicas realizadas. / The optimization of wideband E-format microstrip antenna employing the Finite Difference Time Domain (FDTD) method is shown in this work. This developed software is used to optimize different design parameters and characteristics of the antenna, such the dimensions, the bandwidth, the input impedance and the polarization. Firstly, an introduction considering the main issues related to wireless communications and antennas is done. Then, a review of the wideband antennas theory and conventional methods to the antenna analysis, with emphasis on the FDTD method, are described. The following topic is a parametric study, where the antenna parameters are being changed and performance variations are considered. Next, simulations using the FDTD method and measurements are compared and the relevant characteristics are optimized, e.g., in terms of dimensions, bandwidth, input impedance, gain, efficiency and polarization. Finally, the main contributions and conclusion of this thesis are described and some suggestions for further works are presented.

Dois dispositivos de comunicação sem fio populares são considerados nesta pesquisa. Em primeiro lugar, o fone de ouvido que utiliza tecnologia Bluetooth, sendo um dos acessórios móveis mais econômicos do mercado e os óculos para dispositivos de comunicação que são uma representação da nova visão futurista. A absorção de ondas eletromagnéticas na cabeça humana durante um certo período de tempo, pode conduzir a problemas de saúde. A Taxa de Absorção Específica (SAR) foi simulada em quatro modelos diferentes para duas abordagens que realizam variações nos parâmetros dielétricos dos tecidos da cabeça. Estes resultados foram comparados com as recomendações internacionais (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). O primeiro modelo utilizado foi o Manequim Antropomórfico Específico (SAM phantom), bem como três modelos realistas de cabeça humana (ou seja, um adulto de 34 anos e duas crianças de 10 e 6 anos). As simulações foram executadas utilizando o método de diferenças finitas (FDTD) e a frequência usada para alimentar as antenas foi de 2,45 GHz. Além disso foram feitas medidas experimentais de potência transmitida pelo dispositivo Bluetooth. / Two popular wireless communication devices are considered in this research. Firstly, the handset Bluetooth which is one of the most economic mobile accessories and the eyewear Communicating Device which are a representation of the new futuristic vision. It is well known that the absorption of electromagnetic waves on the human head for a certain period of time may lead to health problems such as headaches. The Specific Absorption Rate (SAR) is simulated to four different head models for two approaches that perform variations in the dielectric parameters in the head tissues and compared with the available international recommendations (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). The first model used is the Specific Anthropomorphic Mannequin (SAM phantom), as well as three realistic models of human head (i.e., a 34 years old adult and two children of 10 and 6 years old). The simulations were performed using the finite difference time domain (FDTD) method and the frequency used to feed the antennas was 2.45 GHz. Experimental measurements of transmission power in Bluetooth device are also described.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-01-25T12:20:01Z No. of bitstreams: 1 2012_LeandroCarisioFernandes.pdf: 11244387 bytes, checksum: 56968dbdb42928aca7dfd8945faf01cd (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-02-01T12:59:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_LeandroCarisioFernandes.pdf: 11244387 bytes, checksum: 56968dbdb42928aca7dfd8945faf01cd (MD5) / Made available in DSpace on 2013-02-01T12:59:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_LeandroCarisioFernandes.pdf: 11244387 bytes, checksum: 56968dbdb42928aca7dfd8945faf01cd (MD5) / A demanda por serviços de comunicações móveis cresce ano após ano. A implantação de sistema que ofereça esse tipo de serviço requer mecanismos de predição de cobertura de sinal, a fim de otimizar parâmetros usados na fase de planejamento. E importante considerar que, em um enlace de comunicação via rádio, a propagação do sinal não ocorre em situações ideais, na maioria das vezes. A quantidade de fenômenos que influenciam a propagação do sinal é proporcional a complexidade do ambiente. Em regra, em áreas urbanas existe um número maior de obstáculos do que em localidades rurais, o que torna mais complicado estimar a perda de propagação em cidades e metrópoles. Melhorar a estimativa da perda de propagação pode assegurar mais qualidade ao serviço oferecido por operadoras de telecomunicações. Este trabalho mostra como o ambiente urbano pode ser considerado no cálculo da perda de propagação em duas faixas de freqüência. Para a faixa de 900 MHz, são propostos métodos que analisam situações em que a altura da antena transmissora é menor do que a altura média das construções. Os resultados demonstram uma melhora signicativa quando comparados com aqueles obtidos por meio do modelo COST-Walfisch-Ikegami. Em ondas médias, na faixa de 1MHz, propõe-se uma correção da Recomendação ITU-R P.368 de forma a se incluir informações sobre a densidade de área ocupada por construções na localização do receptor. Os valores estimados do campo elétrico estão mais próximos dos dados de medidas do que os obtidos usando-se apenas a recomendação do ITU. O estudo da propagação em ambientes indoor também e um problema de grande interesse prático. Nesse caso, devido a complexidade do ambiente, o uso de equações analíticas torna-se impraticável. Uma forma de contornar essa restrição e usando métodos numéricos. Nesse sentido, será mostrado também como problemas de propagação em ambientes indoor podem ser analisados via métodos numéricos. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The demand for mobile communications services grows year after year. Path loss prediction models are necessary to deploy any system that o ers this service. In a wireless communication link, the propagation of the signal occurs mostly over a non line of sight path. The more complex the environment, the greater the number of phenomena that a ect the propagation of the signal. In urban areas, the number of obstacles is greater than in rural areas, and therefore it is more di cult to estimate the path loss in those sites. However, improve estimates of path loss in urban environment can also improve the quality of service o ered by telecommunications operators. Thus, this thesis shows how the urban environment can be considered to calculate the path loss in two frequency bands. Two path loss models are proposed at 900 MHz, when transmitting antenna is lower than the average height of the buildings. The results show a signi cant improvement when compared with COST-Wal sch-Ikegami model. For medium waves, at 1 MHz, a correction of Recommendation ITU-R P.368 is proposed to include information of area occupied by buildings in the receiver's location. The estimated values of the electric fi eld are better than those obtained using the Recommendation ITU-R P.368. Propagation in indoor environments is also a problem with practical interest. Due to the complexity of the environment, the use of analytical equation is impractical. Numerical methods solve this limitation. Thus, it will be shown how to analyse indoor environments using numerical methods.

Neste trabalho é realizada a otimização de antena de microfita banda larga de formato E utilizando o método de Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD). Um programa desenvolvido em C é usado para analisar e aperfeiçoar a antena em projeto, tamanho, largura de banda e polarização. Inicialmente é feita a introdução sobre o assunto, abordando aspectos de comunicações e de antenas de microfita, além de se fazer revisão bibliográfica e resumir o estado da arte sobre o tema do trabalho. O próximo item, visando a sistematizar o projeto da antena, é a caracterização da antena de formato E, obtida ao variar seus parâmetros e verificar o desempenho por meio da análise do comportamento das freqüências que compõem a largura de banda. O trabalho prossegue com simulações numéricas e medidas da largura de banda, do ganho, dos níveis de polarização e da eficiência da antena. A tese é concluída com observações sobre o analisado e sugestões para prosseguimento e aperfeiçoamento das investigações técnicas realizadas. / The optimization of wideband E-format microstrip antenna employing the Finite Difference Time Domain (FDTD) method is shown in this work. This developed software is used to optimize different design parameters and characteristics of the antenna, such the dimensions, the bandwidth, the input impedance and the polarization. Firstly, an introduction considering the main issues related to wireless communications and antennas is done. Then, a review of the wideband antennas theory and conventional methods to the antenna analysis, with emphasis on the FDTD method, are described. The following topic is a parametric study, where the antenna parameters are being changed and performance variations are considered. Next, simulations using the FDTD method and measurements are compared and the relevant characteristics are optimized, e.g., in terms of dimensions, bandwidth, input impedance, gain, efficiency and polarization. Finally, the main contributions and conclusion of this thesis are described and some suggestions for further works are presented.

Dois dispositivos de comunicação sem fio populares são considerados nesta pesquisa. Em primeiro lugar, o fone de ouvido que utiliza tecnologia Bluetooth, sendo um dos acessórios móveis mais econômicos do mercado e os óculos para dispositivos de comunicação que são uma representação da nova visão futurista. A absorção de ondas eletromagnéticas na cabeça humana durante um certo período de tempo, pode conduzir a problemas de saúde. A Taxa de Absorção Específica (SAR) foi simulada em quatro modelos diferentes para duas abordagens que realizam variações nos parâmetros dielétricos dos tecidos da cabeça. Estes resultados foram comparados com as recomendações internacionais (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). O primeiro modelo utilizado foi o Manequim Antropomórfico Específico (SAM phantom), bem como três modelos realistas de cabeça humana (ou seja, um adulto de 34 anos e duas crianças de 10 e 6 anos). As simulações foram executadas utilizando o método de diferenças finitas (FDTD) e a frequência usada para alimentar as antenas foi de 2,45 GHz. Além disso foram feitas medidas experimentais de potência transmitida pelo dispositivo Bluetooth. / Two popular wireless communication devices are considered in this research. Firstly, the handset Bluetooth which is one of the most economic mobile accessories and the eyewear Communicating Device which are a representation of the new futuristic vision. It is well known that the absorption of electromagnetic waves on the human head for a certain period of time may lead to health problems such as headaches. The Specific Absorption Rate (SAR) is simulated to four different head models for two approaches that perform variations in the dielectric parameters in the head tissues and compared with the available international recommendations (IEC 62209-2, 2010; ICNIRP, 2009; IEEE C95.1,2005; WHO, 2006; IEEE, 2002). The first model used is the Specific Anthropomorphic Mannequin (SAM phantom), as well as three realistic models of human head (i.e., a 34 years old adult and two children of 10 and 6 years old). The simulations were performed using the finite difference time domain (FDTD) method and the frequency used to feed the antennas was 2.45 GHz. Experimental measurements of transmission power in Bluetooth device are also described.

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T19:00:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcez_ScheilaGuedes_M.pdf: 4340903 bytes, checksum: dea029add06ff470ae4ab6fa9dfd28de (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho apresenta subsídios para uma análise preliminar dos efeitos da interação de campos eletromagnéticos com alguns tipos de tecidos, biológicos. A motivação está na necessidade da avaliação de tais efeitos tendo em vista a da grande difusão na utilização de aparelhos celulares. Nese sentido, os campos analisados estão nas freqüências de 800- 900 e 1800 MHz e nas potências de 600. 250 e 125 mW, respectivamente, que representam valores efetivamente utilizados, principalmente pela tecnologia digitai GSM (Global System for Mobile Communication). O método utilizado roi o FDTD. (Finite-Difference Time-Domain) implementado no software Matlab e os resultados de SAR (Specific Absorption Rate) foram obtidos e comparados com os dado:-publicados por algumas agendas reguladoras / Abstract: This work presents the basis for a primary analysis concerning the effects of iteraiton between electromagnetic fields and some kinds of biological tissues. The motivation is the evaluation need of such effects observing the great diffusion of mobile phones. Therefore, the analyzed fields are in the frequencies of 800. 900 and 1800 MHz with output power of 600, 250 and 125 mW. respectively, which correspond to effective!1, used values, most!) for GSM (Global System for Mobile Communication) digital technology. The used method was FDTD (Finite-Difference Time-Domain) and it was implememed using Mat lab software. The results related lo SAR (Specific Absorption Rate; were achieved and compared with the data published by some regulatory agencies / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Submitted by Alex Sandro R?go (alex@ifpb.edu.br) on 2016-11-25T13:25:10Z No. of bitstreams: 1 9- Laio Lucas de Souza - An?lise e Simula??o de Filtros de Microfita Utilizando o M?todo FDTD.pdf: 3682016 bytes, checksum: e7b92fd51edaba9be1f80daf86f10b4d (MD5) / Approved for entry into archive by Alex Sandro R?go (alex@ifpb.edu.br) on 2016-11-25T13:25:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 9- Laio Lucas de Souza - An?lise e Simula??o de Filtros de Microfita Utilizando o M?todo FDTD.pdf: 3682016 bytes, checksum: e7b92fd51edaba9be1f80daf86f10b4d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-25T13:25:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 9- Laio Lucas de Souza - An?lise e Simula??o de Filtros de Microfita Utilizando o M?todo FDTD.pdf: 3682016 bytes, checksum: e7b92fd51edaba9be1f80daf86f10b4d (MD5) Previous issue date: 2016-11-25 / Esta Disserta??o descreve a aplica??o do m?todo das Diferen?as Finitas no Dom?nio do Tempo (FDTD ? Finite Difference Time Domain) para a an?lise de filtros fabricados em linhas de microfita para a faixa de micro-ondas. O m?todo FDTD 3-D, desenvolvido em linguagem C, implementa condi??es de contorno com o uso da t?cnica PML (Perfect Matched Layer), permitindo a determina??o num?rica dos campos eletromagn?ticos com uma menor interfer?ncia das reflex?es indesej?veis nos limites da malha FDTD. A fim de comparar os resultados obtidos com o m?todo FDTD, o software comercial Ansoft DesignerTM tamb?m ? usado para simula??o dos filtros abordados. Cinco prot?tipos foram constru?dos e caracterizados experimentalmente com o uso de um analisador de redes vetorial, Agilent N5230A. Estes resultados num?ricos e experimentais s?o usados para a compara??o do m?todo FDTD 3-D desenvolvido. O m?todo FDTD foi aplicado para an?lise de um filtro passa-baixa em linha de microfita, de filtros DGS (Defected Ground Structure) unit?rios e peri?dicos e de um filtro spur-line. Os resultados de simula??o foram concordantes com os experimentos realizados com um erro m?ximo de 4,8% para os filtros abordados. Atrav?s de varia??es na malha FDTD, uma an?lise de desempenho do m?todo FDTD foi realizada em termos de precis?o e esfor?o computacional.

The finite difference time domain (FDTD) method is commonly used for numerical simulations of the electromagnetic wave propagation in time domain. The FDTD method is easy to implement and the computational results are highly relevant to the analytical solution, so that the FDTD method is applied to variety application problems. However, the computational efficiency of the FDTD method is constrained by the upper limit of the temporal discretisation. The Courant Friedrich Lewy (CFL) stability condition limits the time step for the computation of the FDTD method, so that if the spatial discretisation of the computation is set to be small in order to obtain high accurate results, the size of the temporal discretisation need to be satisfy the CFL stability condition. The locally one dimensional FDTD (LOD-FDTD) method is unconditionally stable. The time step and the spatial step can be independently chosen for the computation of the LOD-FDTD method. The arithmetic operations of the LOD-FDTD method is fewer than that of the other implicit FDTD method, such as the Crank Nicolson FDTD (CN-FDTD) method and the alternating direction implicit FDTD (ADI-FDTD) method. Although the implementation of the LOD-FDTD method is simpler than that of the ADI-FDTD method,the numerical error in the computational results of the LOD-FDTD method is equivalent to that in the computational results of the ADI-FDTD method. In this thesis, a new three dimensional (3D) frequency dependent (FD) LOD-FDTD method is proposed. The one pole Debye model is incorporated into the 3D-FD-LOD-FDTD method in order to deal with practical applications. The proposed method is implemented in Fortran 90 and parallelised with OpenMP. A simulation model of the human phantom is developed in the 3D-FD-LOD-FDTD method with fine structures and frequency dependent dielectric properties of the human tissues, and numerical simulation of electromagnetic wave propagation inside the human head is shown.