Esta tese propõe a síntese e o estudo de uma nova técnica de cavidades de borda aplicada a antenas Vivaldi, com o intuito de melhorar suas características de diretividade. Embora as antenas do tipo Vivaldi possuam características diretivas, elas produzem radiações laterais indesejáveis, o que se reflete nos elevados índices de lóbulos laterais devido a correntes superficiais que fluem ao longo das bordas metalizadas nas laterais da antena. Estas correntes são a origem das radiações laterais que vêm sendo mitigadas pela aplicação de cavidades ressonantes, triangulares ou retangulares, que aprisionam tais correntes e, consequentemente, atenuam os lóbulos laterais, sem o incremento do lóbulo principal, uma vez que toda a energia dos lóbulos laterais é apenas confinada nos ressonadores e por isso literalmente perdida. Ao contrário desses esforços, este trabalho propõe cavidades radiantes tanto na forma de abertura exponencial, como na forma do fractais de Koch, que funcionam como radiadores auxiliares (antenas auxiliares), canalizando as correntes de borda e aproveitando-as para aumentar os níveis do lóbulo principal, mitigando os níveis de lóbulo lateral. A síntese desta nova técnica foi implementada em uma antena Vivaldi antipodal com características de baixa diretividade, como qualquer antena Vivaldi, o que foi corrigido e a aplicação da técnica de cavidades radiantes deu origem a duas novas antenas Vivaldis efetivamente diretivas. Os resultados foram obtidos através de simulações do modelo numérico no CST Microwave Studio e confirmados com medidas de laboratório, o que evidenciou a melhora das características de diretividade da antena pela aplicação da nova técnica de cavidades radiantes. / This work presents a new Slot Edge technique applied to Vivaldi antennas to improve their characteristics of directivity, resulting in two new Vivaldi antennas: the Palm Tree Vivaldi antenna and the Koch Vivaldi antenna. This new technique proposes to add lateral radiators which reduce the side lobe level, increasing the gain of the main lobe in an unprecedented way. This technique is called radiating slot edges, and acts as parasitic antennas, surface currents draining edges of the antenna, and using them to increase the gain in the main lobe. The development was done systematically, starting with an extensive literature review, design and simulation in CST, as well as prototyping and measurements of several antenna designs. All this effort proved the functionality of this technique.

Orientadores Hugo Enrique Hernández Figueroa, Arismar Cerqueira Sodré Junior: / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação. / Made available in DSpace on 2018-08-20T15:01:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_TomasPowellVillena_M.pdf: 5215489 bytes, checksum: ac57ac4162ff7586bb1be7c096aaf290 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O avanço das telecomunicações, em particular das comunicações ópticas e sem fio, exige o desenvolvimento de soluções tecnológicas de alto desempenho para suprir a demanda crescente de serviços de transmissão de dados. Este trabalho visa contribuir para este contexto por meio da proposta e implementação de uma nova técnica para geração de sinais micro-ondas multi-nível no domínio óptico. Até o momento, as comunicações sem fio comerciais, que utilizam modulação por amplitude, são do tipo binário. A aplicação da técnica proposta permite a geração de sinais de radiofrequência (RF) na faixa de micro-ondas com modulação multi-nível, com a finalidade de permitir maiores taxas de transmissão de dados digitais ocupando uma mesma largura de banda de um sinal binário. O objetivo deste trabalho é a geração experimental de sinais digitais multi-nível na frequência de 20 GHz. Para tal, são criadas portadoras de RF a partir do batimento de dois sinais na banda C óptica, previamente moduladas com sinais digitais. Além disso, são apresentadas simulações computacionais para avaliar a viabilidade do trabalho experimental / Abstract: The advances in telecommunications, particularly for optical and wireless communications, require the development of high-performance technology solutions to meet the growing demand for data transmission services. This work aims to contribute to this context through the proposition and implementation of a new technique for generating microwave signals multi-level in the optical domain. So far, the wireless communications business, using amplitude modulation is of type binary. The application of the proposed technique allows the generation of radiofrequency signals (RF) in the range of microwaves with multi-level modulation, in order to allow higher transmission rates of digital data occupying the same bandwidth of a binary signal. The objective of this work is the experimental generation of multi-level digital signals at a frequency of 20 GHz. To this end, carriers are created from the RF beating of two C-band optical signals previously modulated with digital signals. Furthermore, computer simulations are presented to evaluate the feasibility of experimental work / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] Neste trabalho é feita uma análise das características de transmissão de estruturas microstrip blindadas e contendo várias camadas de dielétrico. O problema é formulado em termos de uma representação rigorosa de modos híbridos, superposição de modos TE e TM. A equação característica para as propriedades de dispersão dessas linhas é obtida pela aplicação da técnica da matriz de transferência da estrutura em associação com o método de Galerkin no domínio espectral. As principais vantagens do método são sua simplicidade e convergência rápida, permitindo a caracterização dos modos fundamental e de ordem superior. São apresentados resultados teóricos e práticos para linhas isoladas acopladas e ressoadores lineares, comparando-se com outros autores. Os efeitos de metalização, perdas e descontinuidades são também considerados. / [en] A hybrid mode analysis is presented for a multilayer dielectric within a rectangular conducting box. An arbitrary set of planar conductors may be distributed along one of the surfaces. The problem is formulated in terms of a rigorous hybrid-mode representation, superposition of TE and TM fields. The analysis combines a transfer-matrix approach with Galerkin´s method in the spectral domain to give a characteristic equation for the dispersion properties of the lines. Among the advantages of the method are its simplicity and rapid convergence, allowing a characterization of the fundamental and higher order modes. Theoretical and practical results are presented, for single/coupled lines and linear resonators, and they are compared with the results presented by other authors. The effects due to metallization, loss and discontinuities are also considered.

[pt] Com o objetivo de se aumentar a confiabilidade de um sistema de micro-ondas tem-se utilizado, em alguns casos, a polarização circular. De modo a se evitar o emprego de vários dispositivos para a obtenção de fontes de polarização circular (os quais concorrem para um aumento do coeficiente de onda estacionária global do sistema) utiliza-se um único componente capaz de efetuar a transformação da polarização circular desejada. Tal componente é conhecido como polarizador. Este trabalho de tese visa apresentar o desenvolvimento e o projeto de um polarizador construído em guia circular, para a faixa de SHF. O efeito da transformação de polarização é conseguido através de diafragmas indutivos e capacitivos dispostos ao longo do guia circular. O coeficiente de onda estacionária máximo encontrado em um modelo construído para a faixa de 6,8 a 7,8 GHz foi de 1,1 e a relação axial de 1,2 dB. Devido a não utilização de dielétricos com perdas na estrutura, pode-se esperar baixos valores de perda por inserção. Nestas medidas incluem-se a transição guia retangular-guia circular. Na Introdução do presente trabalho é apresentada a obtenção de polarização circular em guia circular através de dois modos TE 11, ortogonais, defasados de 90 0. no Capítulo 1 são analisados os fundamentos teóricos em que se apóia o polarizador e no Capítulo 2 é analisada a sistemática de projeto da estrutura. Os Capítulos 3 e 4 descrevem, respectivamente, o projeto de um modelo experimental e os ensaios efetuados. / [en] Circular polarization hás been used in some cases to increase the capability and reliability of microwave systems. The desing employed here avoids introduccing several components to generate circular polarization (as such elements tend to increase the total voltage standing wave ratio of the system) by utilizing a single component capable of making the transformation from the original linear polarization in the retangular guide to the desired circular polarization. This component is known as a polarizer. This paper presents the development and results of a thesis project involving the construction of a polarizer in circular waveguide for the SHF band. The transformation from linear to circular polarization is obtained by using inductive and capacitive diaphrams dispposed longitudinaly in circular guide. The maximum voltage standing wave ratio measured in the model constructed was 1,1 and the maximum axial ratio was 1.2 dB for the band 6,8 to 7.8 GHz. Because lossy dielectric materials were not used in this polarizer low values of insertion loss are expected. The effects of the transition from retangular to circular guide are included in the measurements. In the introduction section of this paper the author describes the method for realizing circular polarization in circular waveguides by the use of two orthogonal TE 11 modes phased 90 0 apart with respect to each other. In Chapter 1 the theoretical fundamentals upon which the polarizer is based are analysed and in Chapter 2 a systematic analysis of the structure is reported, Chapter 3 and 4 describe, respectively, the investigations of the experimental model and the test results achieved.

[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo sobre os parâmetros envolvidos no projeto de amplificadores de microondas. Um curto prêmbulo destaca os objetivos desejados. O capítulo segundo desenvolve teoria de quadripolos a partir dos parâmetros de espalhamento e transmissão. Círculos de instabilidade, de ganho constante, dipolos de fechamento, critérios de unilateralização, fator de ruídos e círculos de ruído constantemente são apresentados. No capítulo seguinte é apresentada uma função passa-faixa extremamente versátil. Oferece soluções exatas para sínteses de circuitos e adaptação usando linhas de transmissão. Apresentam-se vários modelos de estruturas resultantes com respostas tipo Butterworth e Chebyshev, Técnicas de absorção de parasitas pela estrutura são discutidas, bem como as limitações de banda pertinentes. Um exemplo encerra este capítulo. O capítulo quatro inicia-se com uma coletânea de características relevantes da linha microstrip. A seguir são propostos modelos analíticos para representar o efeito das descontinuidades mais comuns. Verifica-se, ao medir, que circuitos abertos e descontinuidades de impedância são modelados com exatidão. Já para as junções em T, simétricas ou não, os modelos se aplicam, mas apenas como formulações de primeira ordem. No entanto é oferecida uma sistemática operacional que pode ser usada sempre que resultados mais exatos se tornarem necessários. O trabalho se encerra com a descrição de um programa de computador para análise e otimização de circuitos de microondas. Descreve-se a técnica de otimização utilizada, com a combinação linear de dois gradientes e apresenta-se as facilidades oferecidas pelo programa, ilustrando com exemplos. / [en] This work presents a study on the parameters related to the project for microwave amplifiers. In the introduction we state our goals. Chapter 2 introduces the theory of two-port networks from the standpoint of scattering and transmission parameters. Instability and constant gain circles, terminating loads, unilateralization critera, noise figure and constant noise circles are examined. In the next chapter an extremely versatile band-pass function is introduced. This function leads to exact solutions in the synthesis of adapting structures using transmission lines. Several Butterworth and Chebyshev structures resulting from the use of this function are presented. Techniques to absorb reactively constrained loads are discussed as well as bandwidth limitation. The chapter closes with an example. Chapter 4 first introduces a summary of relevant characteristics of a microstrip. Analytical models to represent the most common types of discontinuities are then proposed. Measurements indicate that open circuits and impedance discontinuities are adequately modeled. On the other hand for T junctions (symmetric or not) the models can only be used as first order approximations. An alternative approach is then suggested whenever more exact results are required. We finally describe a computer program to analyze and optimize microwave structures. The optimization technique involves a linear combination capabilities are introduced. / [fr] Le sujet de ce travail est le project d’amplificateurs hyperfréquences. Um court préambule donne tout d’abord de plus amples détails sur les objectifs visés. Un deuxième chapitre développe la théorie des quadripoles en utilisant les paramètres S et ceux de transmission. On y présent les cercles d’instabilité et de gain constane, les dipoles de fermeture, les critères d’unilatéralisation, le facteur de bruit et les cercles correspondants de bruit constant. Le chapitre suivant présente une fonction passe-band extrèmement utile puisqu’elle offre des solutions exactes pour la synthése de circuits d’adaptation réalisés en lignes de transmission. Plusieurs modèles de structures à réponse Butterworth et Tchebyshev y sont abordés. On y descute aussi les techniques d’absorption des éléments parasites et, également, les limitations de bande correspondantes. Ce chapitre se termine par un exemple typique. Le chapitre quatre commence par un ensemble de caractéristiques de la ligne microruban. On y propose ensuite des modeles analytiques pour représenter les effets dês discontinuités les plus communes. Des résultats pratiques démontrent que ces modeles sont três exacts. En ce qui concerne les jonctions T, symétriques ou non, les modeles s’appliquent seulement comme approximations de premier ordre. Il existe cependant une systématique opérationnelle qui peut être utiliséedans ces casa fin d’obtenir des résultats plus exacts. Um dernier chapitre décrit un programme d’ordinateur d’analyse et d’optimization de circuits hyperfréquences. Il décrit la méthode d’optimisation utilisée, la combinaison linéaire de deux gradients, et démontre la facilité d’utilisation du programme à l’aide de quelques examples.

Please read the abstract in the section 00front of this document / Thesis (DPhil (Electronic Engineering))--University of Pretoria, 2007. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted

One of the leading problems that will be carried into the 21st century is that of alternative fuels to get our planet away from the consumption of fossil fuels. There has been a growing interest in the use of nanotechnology to somehow aid in this progression. There are several unanswered questions in how to do this. It is known that carbon nanotubes will store hydrogen but it is unclear how to increase that storage capacity and how to remove this hydrogen fuel once stored. This document offers some answers to these questions. It is possible to implant more hydrogen in a nanotube sample using a technique of ion implantation at energy levels ~50keV and below. This, accompanied with the rapid removal of that stored hydrogen through the application of a microwave field, proves to be one promising avenue to solve these two unanswered questions.

Les oscillateurs à transfert de spin se distinguent des autres oscillateurs électroniqueshyperfréquences notamment par leurs grandes non-linéarité et agilité en fréquence.Cependant quoi que les principes fondamentaux de ces systèmes soient bien compris,leurs performances en termes de puissance de sortie et de largeur de raie en limitent lesapplications au stade de prototype. Pour y remédier, une des stratégies est celle de lasynchronisation mutuelle, qui devrait améliorer les caractéristiques de ces systèmes enaugmentant le volume oscillant, mais aussi permettre la réalisation de structures pluscomplexes. Bien que le mécanisme fondamental a été démontré, toutes ses implicationsne sont pas encore parfaitement comprises. C’est dans cette perspective que nous étudionsle réseau minimal d’oscillateurs non-linéaires constitué par une paire d’oscillateursà transfert de spin mutuellement couplés via leur rayonnement dipolaire. L’originalitéde ce travail réside dans l’introduction d’une antenne, qui peut générer un signal hyperfréquence et agir comme troisième oscillateur "idéal" pour explorer la riche dynamique du système, qui présente des intérêts aussi bien fondamentaux qu’applicatifs. / Spin torque oscillators have driven interest among other electronic microwaveoscillators notably for their high nonlinearity and agility. However although the fundamentalprinciples of those systems are well-understood, these are limited to the realisationof prototypes due to their poor performances in terms of emitted power and linewidth.One strategy to deal with those limitations consists in mutually synchronising several suchoscillators, which would increase the oscillating volume, thereby improving these characteristics and allowing the realisation of more complex structures. Despite the fact thatthe fundamental principle has been demonstrated, its implication are still far from beingperfectly understood. In this perspective we study the minimalistic network consisting ina pair of spin torque oscillators mutually coupled via their magneto-dipolar interaction.The originality of this work lies in the introduction of a microstrip antenna, which enablesthe generation a microwave signal and acts as a third "ideal" oscillator to probe the richdynamics of this system, which displays fundamental as well as applicative interests.

[pt] O presente trabalho apresenta uma estrutura balanceada em quadratura para linearização de amplificadores de potência em RF e microondas. Várias técnicas de linearização têm sido utilizadas para reduzir a intermodulação. Alguns exemplos, tais como Feedback, Pre-distorsion e Feedforward, podem ser mencionados. A característica ímpar de nosso arranjo é que ele não precisa de ajustes, enquanto que os outros métodos precisam. A desvantagem de nosso arranjo é que ele reduz apenas os produtos de intermodulação de terceira ordem. Um trabalho prático foi conduzido, mostrando que nosso arranjo é capaz de reduzir o conteúdo de intermodulação de terceira ordem em até 17 dB. / [en] The present work introduces a quadrature balanced structure for linearization of RF and microwave amplifiers. Several linearization techniques have been used to reduce intermodulation products. Some examples such as Feedback, Pre-distorsion and Feedforward may be mentioned. The unique feature of our arrangment is that it does not need adjustments, while the other methods do. The drawback of our arrangement is that it only reduces the third-order intermodulation products. A pratical work was carried out, showing that our arrangement is able to reduce the third-order intermodulation content up to 17 dB. / [es] EL presente trabajo presenta una extructura balanceada en cuadratura para linealización de amplificadores de potencia en RF y microondas. Varias técnicas de linealización han sido utilizadas para reducir la intermodulación. Algunos ejemplos como Feedback, Pre-distorsion y Feedforward, pueden ser mencionados. La principal ventaja de nuestro arreglo frente a los otros métodos es que éste no precisa de ajustes. La desventaja de nuestro arreglo es que reduce solamente los produtos de intermodulación de tercer orden. Se condujo un trabajo práctico, mostrando que nuestro arreglo es capaz de reducir el contenido de intermodulación de tercera orden en hasta 17 dB.

Microwave radiometers are used to measure blackbody microwave emissions emitted by natural targets. Radiative transfer theory provides a well founded physical relationship between the atmosphere and surface geophysical parameters and the brightness temperature measured by these radiometers. The atmospheric brightness temperature is proportional to the integral of the microwave absorption of water vapor, oxygen, and liquid water between the top of the atmosphere and the surface. Inverse radiative transfer models use to retrieve the water vapor, cloud liquid and oxygen content in the atmosphere are very well known; however, the retrieval of rain rate in the atmosphere is still a challenge. This project presents a theoretical basis for the rain rate retrieval algorithm, which will be implemented in the Aquarius/SAC-D Microwave Radiometer (MWR). This algorithm was developed based on the radiative transfer model theory for a single layer atmosphere using four WindSat channels. Transmissivity due to liquid water (rain and cloud liquid water) is retrieved from the four channel brightness temperatures, and a statistical regression is performed to relate the rain rate, rain physical temperature and rain height to the liquid water transmissivities at 24 GHz and 37 GHz. Empirical validation results are presented using the WindSat radiometer observations.