Materiais eletromagnéticos são extensamente usados em uma variedade de aplicações, que vão de núcleo de transformadores até componentes de satélites. A extração da permeabilidade ( ) e permissividade ( ) complexas de placas e filmes utilizam os modos transversal eletromagnético e quase transversal eletromagnético, empregando os dispositivos stripline e microstrip, respectivamente, como porta-amostra. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo a confecção de um porta-amostra inovador que pode ser usado para extrair a e utilizando o modo transversal eletromagnético. O porta-amostra possui uma geometria no formato de semicírculo operacional na faixa de frequência de 40Hz até 3GHz. A sua principal vantagem é a facilidade na conexão e robustez, igual a de uma linha coaxial de ar com terminações do tipo N. Ainda, ele foi desenvolvido para facilitar o acesso para posicionar ou implantar amostras: A área útil de medição é constituída de parte móvel para deposição de filme ou fixar laminas de amostras. O porta-amostra foi estudado em função da razão entre os condutores e desta forma pode ser redimensionado para suportar amostras com espessuras superiores a 1,85mm ou conectar a analisadores que possuem impedância de entrada diferente de 50 ?. Para avaliar a sensibilidade eletromagnética foram analisados os seguintes materiais: PVC, PMMA, PE, filme de ferrita (Co0,5Cu0,5Fe2O4 e resina epóxi), compósito (cimento Portland CP-V e ferrita Cu0,9Co0,1Fe2O4) e compósito (ferrita NiZn e silicone). Em baixa frequência (40Hz até 110MHz), os valores de e das amostras de PVC, PE e PMMA com espessura de 1,85mm estão em conformidade com os dados obtidos na literatura. O filme de ferrita caracterizado pelo porta -amostra apresentou um comportamento típico de Debye, que é uma característica da ferrita estudada. O valor de diminuiu com o aumento da ferrita no compósito (cimento Portland CP-V e ferrita Cu0,9Co0,1Fe2O4), isto mostra a sensibilidade do porta-amostra semicírculo na presença de uma variação na composição química. O compósito (ferrita NiZn e silicone) apresentou os mesmos valores de e quando caracterizados pelo porta-amostra semicírculo e pelo porta-amostra coaxial. Em alta frequência (50MHz até 3GHz), a convergência ocorreu acima de 2,5GHz para as amostras de PVC, PMMA e PE.

Devido às suas propriedades magnéticas e alta resistividade (>105 Om) em altas freqüências, os materiais magnéticos cerâmicos têm sido largamente usados, nas últimas décadas, em aplicações de RF, absorvedores de microondas, transdutores em transformadores de pulso e supressores de ruído. Estes materiais estão entre os principais constituintes de equipamentos utilizados nas indústrias aeronáutica, automobilística, etc. Desde meados de 1970, vários métodos foram desenvolvidos para medir a permeabilidade magnética (m) e a permissividade elétrica (e) destes materiais. Neste trabalho foi empregado o algoritmo de Nicolson, Ross e Weir (NRW), que de forma explícita relaciona os parâmetros de espalhamento S medidos numa linha coaxial de ar, utilizada como porta-amostra, com os valores de mr* e er* complexos. A rotina computacional desenvolvida em ambiente MATLAB V6.5 foi validada em duas etapas de testes, para garantir a confiabilidade dos resultados gerados na faixa de freqüência de 50 MHz a 200 MHz. Na primeira etapa, o processo de validação envolveu o uso de dados de parâmetros S gerados a partir de expressões analíticas - dados virtuais. Na segunda etapa, dados de parâmetros S medidos nas duas portas de uma linha coaxial, preenchida com uma amostra de Ni-Zn, foram submetidos à execução da rotina computacional desenvolvida e, os dados de mr* e er* gerados foram comparados com os obtidos de um programa computacional comercial da Agilent Co., considerado o estado da arte. A partir dos dados de mr* e er* dessa amostra de ferrita, discutem-se as soluções para ampliar a faixa de freqüência do ensaio, as divergências e multiplicidades das soluções geradas pelo algoritmo e os efeitos nas variações de planos de referências para as medidas dos parâmetros S.

Atualmente, o setor produtivo vem impulsionando o interesse da comunidade científica no estudo das técnicas de transmissão/reflexão (T/R) para a caracterização de propriedades eletromagnéticas de amostras sólidas de materiais em amplas faixas de frequências. Tais propriedades são aplicáveis, por exemplo, no desenvolvimento de projetos de circuitos de micro-ondas, estudos biológicos e de materiais absorvedores de radiação eletromagnética. Neste contexto, este trabalho tem por objetivo o estudo do algoritmo de Nicolson-Ross-Weir (NRW), que associa os parâmetros de espalhamento, medidos com o auxílio de Analisadores de Redes Vetoriais (VNA), com os valores de permissividade e permeabilidade relativas complexas para amostras toroidais inseridas dentro de linhas coaxiais de ar. A metodologia de estudo consiste na implementação de uma rotina NRW computacional, desenvolvida em ambiente VEE 8.0, e validada por meio de comparação de seus resultados com aqueles obtidos de programas comerciais. O programa Agilent Co. foi empregado na extração de permissividade e permeabilidade complexas relativas para uma amostra experimental de Ferrita Mn-Mg, estudada de 50MHz a 500MHz. Modelos eletromagnéticos de simulação para uma linha coaxial de ar preenchida com amostras de Teflon, Madeira e Ferrita Virtual, estudados até 5GHz, são desenvolvidos com a ferramenta CST Microwave Studio 2008 (MWS) para auxílio no processo de validação das rotinas de correções de erros provenientes da existência de lacunas de ar longitudinais e transversais, situadas entre as extremidades das amostras e dos portas-amostra. As simulações permitem ainda o estudo de instabilidade do método NRW em faixas de frequências próximas àquelas onde o comprimento da amostra torna-se múltiplo de meio comprimento de onda do sinal eletromagnético que se propaga através dela. A conclusão do trabalho discute as divergências encontradas entre os resultados alcançados por meio da rotina implementada e os das ferramentas comerciais (Agilent Co, e MWS 2008), e também apresenta sugestões para trabalhos futuros.

Atualmente, empregam-se ferramentas computacionais para o desenvolvimento de estruturas eletromagnéticas, com o objetivo de eliminar os altos custos de prototipagem e de ensaios de conformidade. Para se garantir a confiabilidade dos resultados gerados nas simulações computacionais, faz-se necessária a submissão de bancos de dados com as propriedades eletromagnéticas dos materiais empregados. O Grupo de Sistemas Eletromagnéticos (GSE) do CNPq/IEAv realiza pesquisas na área de aplicações de materiais cerâmicos eletromagnéticos em sensores aeroespaciais, em especial para transdutores de pulso de corrente, de presença de rádio frequência (RF) e magnetoelásticos. De acordo com a literatura, as ferritas de cobalto têm potencial para aplicações nesses três tipos de sensores. No entanto, não são encontrados dados suficientes que possam cumprir as exigências de projeto para os seus desenvolvimentos. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi o estudo da dispersão eletromagnética dessas cerâmicas. Foram confeccionadas amostras de ferrita de cobalto em três diferentes temperaturas de sinterização: 1100 C, 1200 C e 1300 C. Medidas de DRX dessas amostras confirmaram a presença da esperada estrutura espinélio inverso. Foram realizadas medidas de permeabilidade magnética ( ) e da permissividade elétrica ( ), na faixa de frequência de 50 MHz a 5 GHz. Foi possível determinar a influência da temperatura de sinterização nas frequências de relaxação das amostras, cujos valores encontrados foram 3,35 GHz, 2,51 GHz e 2,92 GHz, respectivamente. O valor de foi menor que 2, e o valor de foi menor que 13. As perdas magnéticas ( ) foram desprezíveis, e as perdas dielétricas ( ) atingiram 12,07. A curva de dispersão dielétrica das amostras apresentou um comportamento típico de resposta de relaxação de Debye. Também são apresentadas curvas de histerese e medidas de magnetostricção.

As propriedades eletromagnéticas dos materiais são necessárias em diversos campos de pesquisa, como no desenvolvimento de absorvedores eletromagnéticos, e também no setor produtivo, como nas indústrias das áreas de telecomunicações e aeroespacial. Um dos métodos mais utilizados para calcular a permissividade e a permeabilidade dos materiais é o algoritmo de conversão de Nicholson-Ross-Weir. Entretanto, precauções devem ser tomadas para corrigir erros de precisão nos resultados, como os causados pela posição do material dentro do porta-amostra em relação ao plano de referência definido durante o processo de calibração do sistema. Entretanto, o método invariante no plano de referência possibilita a redução das incertezas causadas pela posição da amostra para obtenção das propriedades eletromagnéticas do material estudado de maneira mais precisa. Nesse trabalho foram considerados os conceitos teóricos e o desenvolvimento prático necessários à implementação de uma rotina computacional em ambiente Agilent VEE utilizando o método invariante no plano de referência para determinação da permissividade elétrica e da permeabilidade magnética em amostras do tipo toroidal inseridas em linhas coaxiais de ar através de medidas da transmissão/reflexão. Para validar a rotina, os parâmetros de espalhamento obtidos de uma simulação de uma amostra de teflon foram utilizados como dados de entrada e os resultados comparados com os valores de permissividade da simulação, onde foi observada uma diferença menor que 0,05% entre os resultados e a simulação. A seguir, os resultados de amostras de PVC e ferrita de Co2Ba3Fe24O41 na faixa de frequência de 0,5 a 4 GHz foram comparados com os calculados por uma ferramenta comercial, onde foi observada uma convergência entre os resultados da rotina e o programa comercial. A seguir, foram feitas medições variando a distância entre a amostra e o plano de calibração para demonstrar que a rotina implementada não depende da posição da amostra.

O principal objetivo deste estudo é contribuir para uma maior compreensão da interação de aditivos magnéticos com a onda eletromagnética, na faixa de micro-ondas (2-18 GHz), de materiais absorvedores de radiação eletromagnética (MARE). Nesse sentido, este trabalho mostra o comportamento eletromagnético de diferentes tipos de MARE à base de ferrita de MnZn, ferro carbonila e suas misturas em uma matriz de silicone. Ênfase foi dada na determinação dos parâmetros permissividade e permeabilidade complexas, na faixa de 2 a 18 GHz e refletividade entre 8,2 - 12,4 GHz. Para a determinação dos parâmetros complexos foi estabelecida uma metodologia de medidas via técnica de guia de ondas coaxial. A partir dos resultados obtidos observa-se, por exemplo, que no caso da permissividade, a ferro carbonila interage prioritariamente com o campo elétrico da onda incidente, por meio do componente de armazenamento, já que o componente de perdas do campo elétrico é desprezível. Já, a ferrita de MnZn estudada mostra variação dos componentes de armazenamento e de perdas com o aumento da concentração de aditivo no MARE e da frequência de medida. Quanto à permeabilidade, verifica-se que a amostra de MARE à base de ferro carbonila apresenta os maiores valores (1,0 a 2,2), ou seja, este aditivo interage mais intensamente com o campo magnético da onda do que a ferrita MnZn (0,7 a 1,8). Medidas de refletividade de amostras de MARE, experimentais ou simuladas, obtidas pelo uso dos aditivos puros como das suas misturas apresentam bons resultados (70 - 99% de atenuação da radiação incidente). Verifica-se, ainda, que esses materiais comportam-se como absorvedores de micro-ondas do tipo ressonante. Os resultados também confirmam que a atenuação da radiação incidente é dependente da proporção dos aditivos magnéticos, da espessura da amostra e da frequência. Estudos comparativos de medidas de refletividade experimentais e simuladas mostram boa concordância, indicando que a simulação é uma ferramenta de apoio à otimização do processamento de MARE, contribuindo para a redução de custos e de tempo de processamento.

A caracterização da anisotropia na permissividade relativa complexa do Compósito de Fibra de Carbono (CFC) tornou-se importante para avaliar os efeitos diretos e indiretos causados por impacto de raio em aeronaves construídas com esse material. Esta importância está associada à relação que existe entre a blindagem eletromagnética utilizada para proteger os equipamentos de bordo e a permissividade do CFC. Devido a estas relações e sua relevância para a indústria aeronáutica, foi realizada uma extensa investigação da permissividade do CFC. Foram medidas as partes real e imaginária (e' e e") da permissividade na faixa de freqüência de 1 kHz a 10 MHz, a 25C, a partir de amostras cilíndricas extraídas de uma mesma placa multicamadas de CFC, com seus eixos ortogonais entre si e paralelos aos eixos cartesianos. Os resultados destas medidas foram compilados em uma base de dados para serem utilizados em um software de simulação baseado no Método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD). Como resultado, foi possível representar em três eixos o campo próximo e a intensidade da energia eletromagnética a que pode ser submetida uma estrutura de CFC com geometria arbitrária no espaço tridimensional de uma placa de CFC do material iluminada pela componente elétrica. Além disso, foi observada a anisotropia entre os planos YZ e YX, apontando que a maior anisotropia ocorre na direção do eixo Y. O material analisado apresentou baixas perdas, com e" tendendo assintoticamente a zero.