Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-04-11T20:06:39Z No. of bitstreams: 1 JoseLucasDaSilva_TESE.pdf: 3479810 bytes, checksum: 104984cc1ac3030914010d411403b0b2 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-04-16T21:57:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JoseLucasDaSilva_TESE.pdf: 3479810 bytes, checksum: 104984cc1ac3030914010d411403b0b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-16T21:57:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseLucasDaSilva_TESE.pdf: 3479810 bytes, checksum: 104984cc1ac3030914010d411403b0b2 (MD5) Previous issue date: 2018-01-30 / O Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Com a ampla utilização de sistemas de comunicação sem fio e sua aplicação em banda de frequência WLAN (Wireless Local Area Network), o presente trabalho visa analisar o comportamento de antenas de microfita, projetadas em configurações de estruturas com anéis ressoadores (SRR), ressoadores complementares (CSRR) e bandas eletromagnéticas proibidas (EBG) com largura de banda acima de 400 MHz. Esses elementos são inseridos periodicamente sob o patch no substrato das antenas e aplicadas para faixas de frequência ISM - bandas reservadas no desenvolvimento industrial, científico e médico (2,45 GHz e 5,85 GHz). Dessa forma, objetiva-se melhorar o desempenho dos parâmetros eletromagnéticos das antenas de microfita. Em seguida, aplicou-se à antena de microfita padrão uma estrutura metasuperfície com células simplificadas, de forma a proporcionar capacidade de converter os sinais linearmente polarizados, gerados por uma antena de microfita, em sinais circularmente polarizados, obedecendo a faixa de operação projetada. Para obter a otimização das estruturas modeladas na polarização, de acordo com a resposta em banda de frequência, razão axial e perda de retorno desejada, a ferramenta optimetric foi utilizada, permitindo explorar resultados para perda de retorno menor que -10 dB e razão axial abaixo de 3 dB. A análise numérica das estruturas se deu por meio do ANSYS HFSS e, para a validar esses resultados, as estruturas foram experimentalmente caracterizadas. / With the wide use of wireless communication systems and its application in Wireless Local Area Network (WLAN) frequency band, the present work aims to analyze the behavior of microstrip antennas, designed in configurations of structures with resonator rings (SRR), resonators (CSRRs) and banned electromagnetic bands (EBG) with bandwidth above 400 MHz. These elements are periodically inserted under the patch on the antennas substrate and developed for ISM frequency bands - bands reserved for industrial, scientific and medical development (2.45 GHz and 5.85 GHz). Hence, the objective is to improve the performance of the electromagnetic parameters of these modern microstrip antennas. Then, the proposed antennas are applied to the simplified cell metasurface model, in order to provide the ability to convert the linearly polarized signals generated by a microstrip antenna into circularly polarized signals, obeying their projected operating range. To obtain optimization of the structures modeled in the polarization according to the response of frequency band, axial ratio and desired return loss, the optimetric tool was used, allowing to exploit results for return loss of less than -10 dB and axial ratio below 3 dB. The numerical analysis of the structures takes place through ANSYS HFSS and, to validate these results, the structures will be experimentally characterized.

A área de projeto, modelagem e simulação de circuitos e dispositivos para microondas e ondas milimétricas é muito promissora para o uso de algoritmos de otimização, dada a atual complexidade advinda do número de parâmetros considerados e exigência de desempenho. Estes algoritmos são particularmente úteis quando se trata de circuitos e dispositivos que têm sido projetados com base em experiência de projetistas ou procedimentos de tentativa e erro. Várias abordagens têm sido propostas para auxiliar o projeto e otimização de circuitos e dispositivos. Dentre elas, o algoritmo genético (AG) tem se destacado por ser computacionalmente simples e eficaz na busca de soluções ótimas de problemas de otimização multitarefa. Os conceitos básicos e algumas ferramentas que úteis para a melhoria da convergência deste método de otimização são apresentados neste trabalho. Algoritmos baseados em AG são propostos para projetar circuitos de microondas a partir de curvas de resposta em freqüência desejadas. Os algoritmos devem determinar as configurações de circuitos equivalentes que realizem as características desejadas. Para ilustrar a versatilidade do programa, são apresentados exemplos de diversos filtros de microondas projetados com componentes discretos e microfitas, descontinuidades em guias de onda retangulares e filtros passa-faixa utilizando acopladores direcionais. Técnicas para a determinação de parâmetros de espalhamento de redes formadas por seções de microfita arbitrariamente conectadas são desenvolvidas. O objetivo do algoritmo é determinar uma configuração de associação de seções de microfitas que reproduza a curva de resposta em freqüência desejada. Vários resultados numéricos são apresentados e comparados com simulações realizadas em software comercial e atestam a versatilidade e aplicabilidade dos algoritmos propostos. / Optimization algorithms have proved to be a valuable tool for the design, modeling and simulation of circuits and devices for microwave and millimeter wave applications. These algorithms are particularly useful when the design of circuits and devices are based either on the designer experience or on trial-and-error procedures. Several approaches currently available in the literature are dedicated to the design of circuits and devices. Nevertheless, a special attention has been paid to the genetic algorithm (GA) approach by virtue of its simple computational procedures and efficiency to find the optimum solution of multitask problems. This work presents the basic GA concepts and proposes algorithms to design and optimize microwave circuits, including several filters based on microstrip technique, lumped elements, discontinuities in rectangular waveguides, and bandpass filters using directional couplers. Additionally, it is proposed a technique to evaluate the S-parameters of a circuit formed by arbitrarily-connected microstrip sections. The GA is employed in this case to find a configuration capable of exhibiting a pre-established frequency response. Several numerical results are presented and compared with simulations carried out with commercial software package. The results show the versatility and applicability of the proposed GA procedures in the design, modeling and simulations of microwave circuits.

A área de projeto, modelagem e simulação de circuitos e dispositivos para microondas e ondas milimétricas é muito promissora para o uso de algoritmos de otimização, dada a atual complexidade advinda do número de parâmetros considerados e exigência de desempenho. Estes algoritmos são particularmente úteis quando se trata de circuitos e dispositivos que têm sido projetados com base em experiência de projetistas ou procedimentos de tentativa e erro. Várias abordagens têm sido propostas para auxiliar o projeto e otimização de circuitos e dispositivos. Dentre elas, o algoritmo genético (AG) tem se destacado por ser computacionalmente simples e eficaz na busca de soluções ótimas de problemas de otimização multitarefa. Os conceitos básicos e algumas ferramentas que úteis para a melhoria da convergência deste método de otimização são apresentados neste trabalho. Algoritmos baseados em AG são propostos para projetar circuitos de microondas a partir de curvas de resposta em freqüência desejadas. Os algoritmos devem determinar as configurações de circuitos equivalentes que realizem as características desejadas. Para ilustrar a versatilidade do programa, são apresentados exemplos de diversos filtros de microondas projetados com componentes discretos e microfitas, descontinuidades em guias de onda retangulares e filtros passa-faixa utilizando acopladores direcionais. Técnicas para a determinação de parâmetros de espalhamento de redes formadas por seções de microfita arbitrariamente conectadas são desenvolvidas. O objetivo do algoritmo é determinar uma configuração de associação de seções de microfitas que reproduza a curva de resposta em freqüência desejada. Vários resultados numéricos são apresentados e comparados com simulações realizadas em software comercial e atestam a versatilidade e aplicabilidade dos algoritmos propostos. / Optimization algorithms have proved to be a valuable tool for the design, modeling and simulation of circuits and devices for microwave and millimeter wave applications. These algorithms are particularly useful when the design of circuits and devices are based either on the designer experience or on trial-and-error procedures. Several approaches currently available in the literature are dedicated to the design of circuits and devices. Nevertheless, a special attention has been paid to the genetic algorithm (GA) approach by virtue of its simple computational procedures and efficiency to find the optimum solution of multitask problems. This work presents the basic GA concepts and proposes algorithms to design and optimize microwave circuits, including several filters based on microstrip technique, lumped elements, discontinuities in rectangular waveguides, and bandpass filters using directional couplers. Additionally, it is proposed a technique to evaluate the S-parameters of a circuit formed by arbitrarily-connected microstrip sections. The GA is employed in this case to find a configuration capable of exhibiting a pre-established frequency response. Several numerical results are presented and compared with simulations carried out with commercial software package. The results show the versatility and applicability of the proposed GA procedures in the design, modeling and simulations of microwave circuits.