京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(情報学) / 甲第22590号 / 情博第727号 / 新制||情||124(附属図書館) / 京都大学大学院情報学研究科通信情報システム専攻 / (主査)教授 橋口 浩之, 教授 山本 衛, 准教授 村田 英一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Informatics / Kyoto University / DFAM

Submitted by Marlucy Farias Medeiros (marlucy.farias@unipampa.edu.br) on 2018-05-11T18:52:52Z No. of bitstreams: 1 Daniel_Lemes - 2018.pdf: 18189235 bytes, checksum: 1ee5df4451f15272b5fcd3e07ef614e8 (MD5) / Approved for entry into archive by Dayse Pestana (dayse.pestana@unipampa.edu.br) on 2018-05-14T12:00:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Daniel_Lemes - 2018.pdf: 18189235 bytes, checksum: 1ee5df4451f15272b5fcd3e07ef614e8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-14T12:00:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel_Lemes - 2018.pdf: 18189235 bytes, checksum: 1ee5df4451f15272b5fcd3e07ef614e8 (MD5) Previous issue date: 2018-04-05 / The main goal of this work was to develop a MATLAB-based co de capable of finding the optimum values for amplitudes, phases and spacings of a non-uniformly spaced linear antenna array for a specified purpose. This tool allowed investigating the influence of the relative spacings between the elements of an antenna array in its radiation pattern. Two optimization methods were implemented: PSO (Particle swarm optimization), which is an evolutionary heuristic based on the social interaction and movement of swarms, and Taguchi’s method, which is based on orthogonal arrays to reduce the number of experiments needed to find the optimum value of a given variable. Different optimization goals were investigated, so that a comparison between these techniques has been done. The developed co de was applied to solve two practical problems. In the first one, a dual-band antenna array for base stations of mobile communication systems was modeled and its amplitudes, phases and spacings were optimized. By doing so, it was possible to mitigate the granting lobes that app eared in the pattern in the higher band, because the relative spacings between the elements could not be smaller than λ0. The pattern of this array was also shaped following a squared cosecant contour, in order to illuminate a pico-cell with uniform power. The results of the optimizations in both bands were validated using the commercial software Ansys HFSS and a study about the influence of the mutual coupling in the pattern was done. The second practical problem was to design an antenna array with beamshaping. By using the proposed code, it was possible to reduce the number of array elements from seven to four comparing to an uniformly spaced array. The optimization was split into two parts in order to mitigate the influence of the mutual coupling. A passive feeder for the optimized array was designed and a prototype was manufactured. The results were validated using HFSS and by measurements. The complete development of the array and of the feeder are detailed in this work. Finally, the design of a transmitter for adaptive beamshaping is described. The architecture nis capable to change the phase and power level of the signal, hence allowing to deliver the weights optimized by the proposed code to the antenna array. A modular concept was chosen in order to increase the flexibility of the transmitter. The device translates the input frequency from 500 MHz to 7 GHz, in order to deliver the weights to the antenna array. Eight transmitters were assembled and they were coupled to the antenna array in order to test their functionality. The patterns were measured in an anechoic chamber. All measured results of the transmitter are presented. / O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver uma ferramenta computacional em MATLAB capaz de otimizar as fases, as amplitudes e os espaçamentos de uma rede de antenas, a fim de satisfazer um determinado objetivo. De posse dessa ferramenta, foi possível analisar a influência do espaçamento relativo entre os elementos de uma rede no diagrama da mesma. Dois métodos de otimização foram implementados: PSO (Particle Swarm Opmitization), baseado na interação social e no movimento de um enxame, e o método de Taguchi, que utiliza matrizes ortogonais para diminuir o número de testes necessários para otimizar uma variável. Diferentes cenários foram analisados de forma a permitir uma comparação entre os dois métodos. O código desenvolvido foi aplicado a dois problemas práticos. No primeiro deles, uma rede de antenas dupla-faixa para emprego em estações rádio base de sistemas de comunicações móveis foi modelada e suas amplitudes, fases e espaçamentos foram otimizados. Como na banda mais alta o espaçamento entre os elementos não podia ser menor que λ0., fez-se necessário otimizar os espaçamentos para controle dos grating lobes. O diagrama dessa rede foi também conformado seguindo um contorno em cossecante ao quadrado, para iluminar uma certa região com potência uniforme. Os resultados de todas as otimizações em ambas bandas foram validados usando o software Ansys HFSS e um estudo sobre a influência do acoplamento mútuo foi feito. O segundo caso consistiu na otimização de uma rede de antenas com conformação de feixe. Foi possível diminuir o número de elementos de sete para quatro em comparação a uma rede com elementos uniformemente espaçados. A otimização foi dividida em duas partes para compensar o efeito do acoplamento mútuo. Para a rede otimizada, um sistema alimentador passivo foi desenvolvido e um protótipo foi fabricado. Os resultados foram validados com simulações no software comercial Ansys HFSS e, também, por medições. Todo o projeto da rede e do alimentador é detalhado neste trabalho. Finalmente, o desenvolvimento de um circuito transmissor para beamshaping adaptativo ´e detalhado. Tal sistema é composto por um defasador e um amplificador de ganho variável, com os quais é possível inserir as amplitudes e fases, otimizadas pelo código proposto, em uma rede de antenas. Desenvolveu-se um transmissor modular, a fim de aumentar a flexibilidade do sistema. A frequência de entrada do transmissor é de 500 MHz, que é transladada para 7 GHz antes de ser entregue à rede de antenas. Foram fabricados oito transmissores, os quais foram acoplados a uma rede de antenas para testar suas funcionalidades. Os diagramas de irradiação foram medidos em câmera anecóica. Todo o desenvolvimento e medições de cada componente do transmissor são também mostrados neste trabalho.

El Instituto Geofísico del Perú ha desarrollado un proyecto, financiado por INNOVATE Perú, llamado “Diseño e implementación de un radar perfilador de vientos que opera en UHF para estudios de turbulencias y precipitación en el territorio peruano”, este proyecto es la propuesta de solución a una limitación presentada por la comunidad científica del Perú y otras entidades para hacer estudios climáticos de vientos y precipitación. Parte del desarrollo de este radar, es el procesamiento de los datos recibidos. En esta tesis se ha hecho un análisis del diseño, frecuencia y tipo de radar que fue diseñado para luego seleccionar los algoritmos de procesamiento necesarios. Los algoritmos que se desarrollaron para el procesamiento del radar UHF permiten estimar vientos troposféricos y turbulencia con la técnica de análisis espectral total. Además de medir la intensidad de precipitación y el factor de reflectividad obtenido de las lluvias con la relación del diámetro de gotas y el factor de reflectividad. Los resultados de estas estimaciones, posteriormente son comparados con otros instrumentos para su validación y su posterior aplicación. / The Geophysical Institute of Peru (IGP) has developed a project called "Design and implementation of a radar profiler that operates in UHF for studies of turbulence and precipitation in the Peruvian territory", this project is the proposed solution to a limitation presented by the scientific community of Peru and other entities to conduct climate studies of winds and precipitation. Part of the development of this radar is the processing of received data. In this thesis an analysis of the design, frequency and type of the designed radar was done to then select the appropriate processing algorithms. The algorithms that were developed for the UHF radar processing allows the estimation of tropospheric winds and turbulence with the full spectral analysis technique. In addition to measuring the intensity of precipitation and the reflectivity factor obtained from rainfall related to the diameter of drops and the reflectivity factor. The results of these estimates are then compared with other instruments for validation and subsequent application. / Tesis