O presente trabalho apresenta um equipamento para o processamento de reduções carbotérmicas sob campo de micro-ondas, permitindo pleno controle da potência fornecida e da medida da energia de micro-ondas efetivamente aplicada à carga em processo de redução podendo assim realizar balanços de energia e determinação de taxa de reação com altos níveis de confiança. O equipamento permite, sobretudo, a medida simultânea de temperatura e de massa do material sob redução, e a fácil reprodutibilidade das condições de ensaio. O protótipo opera com um gerador de micro-ondas de 2.45 GHz e potência variável até 3000 W. A amostra é mantida sob atmosfera de argônio. Nos testes operacionais do protótipo procedeu-se à redução carbotérmica de minério de ferro de Carajás, utilizando coque de petróleo como redutor através de pelotas esféricas com massa de 3,5 g e diâmetro de 15 mm. Obtiveram-se curvas cinéticas de redução de minério de ferro e de consumo de energia durante o processo. Os dados colhidos com este protótipo permitiram realizar uma análise da energia de micro-ondas efetivamente consumida na redução do minério. / This work presents of a device for microwave enhanced carbothermic reductions which permits the full control of microwave power irradiated, the measurement of effectively applied microwave power to the charge in process thus performing a high confidence determination of rate of reaction and energy balance. In particular, the simultaneous records of its temperature and mass loss, and good reproducibility of operation parameters, are obtainable. This prototype works with a 2.45 GHz microwave generator with variable power up to 3000 W. Samples are processes under argon gas atmosphere. Operational tests for Carajás iron ore reduction with petroleum coke were performed using spherical pellets with weight of 3,5 g and diameter of 15 mm. Kinetic curves of iron ore reduction and effective consumption of microwave power curves were determined. These results made possible to perform an analysis of actual energy consumption for enhanced microwave iron ore carbothermic reduction.

O presente trabalho apresenta um equipamento para o processamento de reduções carbotérmicas sob campo de micro-ondas, permitindo pleno controle da potência fornecida e da medida da energia de micro-ondas efetivamente aplicada à carga em processo de redução podendo assim realizar balanços de energia e determinação de taxa de reação com altos níveis de confiança. O equipamento permite, sobretudo, a medida simultânea de temperatura e de massa do material sob redução, e a fácil reprodutibilidade das condições de ensaio. O protótipo opera com um gerador de micro-ondas de 2.45 GHz e potência variável até 3000 W. A amostra é mantida sob atmosfera de argônio. Nos testes operacionais do protótipo procedeu-se à redução carbotérmica de minério de ferro de Carajás, utilizando coque de petróleo como redutor através de pelotas esféricas com massa de 3,5 g e diâmetro de 15 mm. Obtiveram-se curvas cinéticas de redução de minério de ferro e de consumo de energia durante o processo. Os dados colhidos com este protótipo permitiram realizar uma análise da energia de micro-ondas efetivamente consumida na redução do minério. / This work presents of a device for microwave enhanced carbothermic reductions which permits the full control of microwave power irradiated, the measurement of effectively applied microwave power to the charge in process thus performing a high confidence determination of rate of reaction and energy balance. In particular, the simultaneous records of its temperature and mass loss, and good reproducibility of operation parameters, are obtainable. This prototype works with a 2.45 GHz microwave generator with variable power up to 3000 W. Samples are processes under argon gas atmosphere. Operational tests for Carajás iron ore reduction with petroleum coke were performed using spherical pellets with weight of 3,5 g and diameter of 15 mm. Kinetic curves of iron ore reduction and effective consumption of microwave power curves were determined. These results made possible to perform an analysis of actual energy consumption for enhanced microwave iron ore carbothermic reduction.

Blendas poliméricas de PAni dopada com ácido dodecilbenzeno sulfônico (PANI-DBSA) e copolímero etileno-propileno-monômero dieno desvulcanizado por microondas (dEPDM) foram obtidas por processo mecânico em diferentes concentrações. Caracterizações físico-químicas, morfológicas e elétrica foram realizadas para analisar as blendas. Um estudo sobre a desvulcanização da borracha EPDM foi descrito. Os ensaios de DSC mostraram temperaturas de transição vítrea diferentes nas blendas indicando que os componentes poliméricos não são totalmente miscíveis, o que permite a formação de uma rede condutora (PANI-DBSA) na matriz isolante (dEPDM). As análises de FTIR indicaram uma interação basicamente física entre o polímero PANI-DBSA e o copolímero dEPDM. As análises de raios-X confirmaram a presença de uma fase cristalina no interior das blendas atribuída à PANI-DBSA. Os ensaios de TGA mostraram que a PAni-DBSA diminuiu, significativamente, a estabilidade térmica do dEPDM. As análises de DMTA apresentaram a diminuição do amortecimento do sistema ocasionado pela presença da PAni, que é mais rígida, no segmento flexível do EPDM; ou seja, a mobilidade da cadeia fica mais limitada. Finalmente, o estudo de condutividade elétrica das blendas foi realizado e como esperado, esta aumenta com a concentração de PANIDBSA nas blendas, e um baixo limite de percolação pode ser observado devido à condutividade ocorrer para baixas concentrações de material condutor (<20%). A condutividade máxima alcançada foi de, aproximadamente, 102 S/cm para a composição de 50% de PANI-DBSA em massa. / Polyaniline doped with dodecylbenzenesulfonic acid (PAni-DBSA) and ethylene-propylene-diene-monomer (EPDM) rubber devulcanizated by microwave (dEPDM) blends have been prepared by mechanical process. Flexible, free-standing and stretchable films have been obtained, which have been characterized by electrical conductivity measurements, FTIR, XRD, DSC, TGA, DMTA and SEM. Study about EPDM rubber devulcanization has been described. DSC analysis have showed different glass-transition temperatures in the blends and it has been observed that the compositions present enough compatibility to form a conductive network (PAni-DBSA) in the elastomeric matrix (dEPDM). By FTIR analysis, it has been noted that there was not modification about the spectrum of blends; therefore the interactions between the components were, basically, physics. X-ray analysis have confirmed the presence of a crystalline phase into the blends that is attributed by PAni-DBSA. TGA analysis have showed that the PAni-DBSA decreased significantly the rubber thermal stability. DMTA analysis have indicated that the system damping decreased according to the presence of PAni because of its stiffness. Finally, blends electric conductivity study has been carried out and as expected, the conductivity have increased with PAni-DBSA concentration in the blends and a low percolation threshold has been observed with the onset of conductivity occurring at lower concentrations of the conductive materials (<20%).

Blendas poliméricas de PAni dopada com ácido dodecilbenzeno sulfônico (PANI-DBSA) e copolímero etileno-propileno-monômero dieno desvulcanizado por microondas (dEPDM) foram obtidas por processo mecânico em diferentes concentrações. Caracterizações físico-químicas, morfológicas e elétrica foram realizadas para analisar as blendas. Um estudo sobre a desvulcanização da borracha EPDM foi descrito. Os ensaios de DSC mostraram temperaturas de transição vítrea diferentes nas blendas indicando que os componentes poliméricos não são totalmente miscíveis, o que permite a formação de uma rede condutora (PANI-DBSA) na matriz isolante (dEPDM). As análises de FTIR indicaram uma interação basicamente física entre o polímero PANI-DBSA e o copolímero dEPDM. As análises de raios-X confirmaram a presença de uma fase cristalina no interior das blendas atribuída à PANI-DBSA. Os ensaios de TGA mostraram que a PAni-DBSA diminuiu, significativamente, a estabilidade térmica do dEPDM. As análises de DMTA apresentaram a diminuição do amortecimento do sistema ocasionado pela presença da PAni, que é mais rígida, no segmento flexível do EPDM; ou seja, a mobilidade da cadeia fica mais limitada. Finalmente, o estudo de condutividade elétrica das blendas foi realizado e como esperado, esta aumenta com a concentração de PANIDBSA nas blendas, e um baixo limite de percolação pode ser observado devido à condutividade ocorrer para baixas concentrações de material condutor (<20%). A condutividade máxima alcançada foi de, aproximadamente, 102 S/cm para a composição de 50% de PANI-DBSA em massa. / Polyaniline doped with dodecylbenzenesulfonic acid (PAni-DBSA) and ethylene-propylene-diene-monomer (EPDM) rubber devulcanizated by microwave (dEPDM) blends have been prepared by mechanical process. Flexible, free-standing and stretchable films have been obtained, which have been characterized by electrical conductivity measurements, FTIR, XRD, DSC, TGA, DMTA and SEM. Study about EPDM rubber devulcanization has been described. DSC analysis have showed different glass-transition temperatures in the blends and it has been observed that the compositions present enough compatibility to form a conductive network (PAni-DBSA) in the elastomeric matrix (dEPDM). By FTIR analysis, it has been noted that there was not modification about the spectrum of blends; therefore the interactions between the components were, basically, physics. X-ray analysis have confirmed the presence of a crystalline phase into the blends that is attributed by PAni-DBSA. TGA analysis have showed that the PAni-DBSA decreased significantly the rubber thermal stability. DMTA analysis have indicated that the system damping decreased according to the presence of PAni because of its stiffness. Finally, blends electric conductivity study has been carried out and as expected, the conductivity have increased with PAni-DBSA concentration in the blends and a low percolation threshold has been observed with the onset of conductivity occurring at lower concentrations of the conductive materials (<20%).

A dispersão e absorção das ondas eletromagnéticas que se propagam através de um material dielétrico podem ser medidas ao longo de uma ampla região do espectro que se estende desde a região de freqüências extremamente baixas até a região óptica incluindo as faixas das microondas, objeto de interesse do presente estudo. Dentre os dielétricos, incluem-se os materiais cristalinos e amorfos isolantes e semicondutores. Os vidros de composições (1-x)(60\'P IND. 2\'\'O IND.5\'.\'40\'BA\'\'O).x(\'M\'\'O\'), (1-X)(25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\').x(\'M\'\'O\') e 60\'B IND. 2\'\'O IND. 3\'.30\'BA\'\'O\'.\'10\'AL IND. 2\'\'O IND. 3\' onde x é a concentração (mol%) de óxido do metal de transição \'FE\' ou \'CO\' (\'M\'\'O\'), foram escolhidos para representar o comportamento das propriedades dielétricas dos vidros óxidos, tanto na região das freqüências mais baixas (0 - 100 MHz), como na faixa de microondas (2 - 30 GHz). Os íons de metais de transição, quando ocupam posições intersticiais da rede vítrea, como ocorre com os elementos modificadores alcalinos e alcalinoterrosos atuam como compensadores de carga junto às unidades estruturais tetraédricas eletricamente carregadas, formando dipolos permanentes locais, contribuindo para a constante dielétrica do vidro. A polarização desses dipolos, quando submetido ao campo elétrico oscilatório de uma onda eletromagnética, atinge valores maiores às freqüências mais baixas decrescendo gradualmente à medida que estas atingem a região de microondas. Um novo método alternativo foi desenvolvido para a medida da temperatura da transição vítrea (\'T IND. g\') utilizando técnicas de microondas. Mostramos que a posição da inflexão do gráfico da constante dielétrica em função da temperatura do vidro 25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\' medida em 9 GHz, na faixa de temperaturas em torno de \'(270 \'+ OU -\' 10) GRAUS\' C coincidiu com o valor da \'T IND. g\' deste vidro obtida por análise térmica diferencial (DTA). Outro método também foi desenvolvido para monitorar o resfriamento do vidro em função do tempo a partir do estado liquido até a solidificação, registrando o sinal de microondas refletido sobre o material vertido no interior de um guia de ondas. Pudemos observar, também, mudanças no espectro de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) do vidro fosfato contendo níquel após ter sido irradiado com diferentes níveis de potência das microondas, por cerca de duas horas. Este efeito pode estar relacionado com mecanismos de acoplamento de spins paramagnéticos. Os espectros de transmissão de microondas das amostras de vidros fosfatos contendo diferentes concentrações de cobalto, bário, ferro e manganês, obtidos por meio de uma varredura de freqüências desde 7 até 13 GHz, mostraram a presença de uma intensa atenuação do sinal próximo de 9,7 GHz. Essa atenuação diminuiu conforme aumenta a concentração dos modificadores. / The dispersion and absorption of electromagnetic waves that propagate through a dielectric material can be measured along a wide spectral region ranging from extremely low frequency to the optical region, including microwaves one, which is the subject of interest of the present study. Among dielectrics, there are crystalline and amorphous materials that can be either insulators or semiconductors. Glasses of compositions (1-x)(60\'P IND. 2\'\'O IND.5\'.\'40\'BA\'\'O).x(\'M\'\'O\'), (1-X)(25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\').x(\'M\'\'O\') and 60\'B IND. 2\'\'O IND. 3\'.30\'BA\'\'O\'.\'10\'AL IND. 2\'\'O IND. 3\', where x is the concentration (mol %) of the \'FE\' or \'CO\' (\'M\'\'O\') transition metal oxide, were selected to investigate the behavior of the dielectric properties of oxide glasses in the lower frequency range (0 - 100 MHz) and in the microwave region (2- 30 GHz). When transition metal ions occupy interstitial positions in the glass matrix, as it happens with the regular alkaline and alkaline-earth modifier ions, they compensate the electrically charged tetrahedral structural units. As a consequence, local permanent dipoles are formed, contributing to the dielectric constant of the glass. The polarization of these dipoles, when submitted to an oscillating electromagnetic field, is higher at lower frequencies and decreases gradual1y as the frequency approaches the microwave region. An alternative new method was developed to measure the glass transition temperature (\'T IND. g\') using microwave techniques. It was shown that the inflexion position of the dielectric constant of the glass 25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\' measured at 9 GHz, in the temperature range about \'(270 \'+ OU -\' 10) GRAUS\' C, coincided with the \'T IND. g\' value obtained by differential thermal analysis (DTA). Another method was also developed for monitoring the melt cooling as a function of time from the liquid to the solid state, by recording the reflected microwave signal crossing the material poured inside the wave guide. We observed, also, changes in the electronic paramagnetic resonance (EPR) spectrum of phosphate glass containing nickel after being irradiated for two hours with several microwave power levels. This effect may be related with coupling and decoupling mechanisms among the spin clusters developed in the sample. The microwave transmission spectra of the phosphate glass samples containing different concentrations of iron, cobalt, barium, manganese and barium, obtained by a frequency sweep from 7 to 13 GHz, presented an intense attenuation of the signal near to 9,7 GHz. This attenuation was found to decrease with the increase of modifier content.

Esta dissertação de mestrado apresenta uma metodologia de projeto de filtros de microondas planares passa-faixa tipo patch dual-mode, que associam baixas perdas nos condutores, boa capacidade de potência, rejeição da banda de segunda harmônica e miniaturização. Utilizou-se a ferramenta computacional MATLAB para desenvolver programas de cálculo de dimensões de ressoadores patch single-mode em função da freqüência fundamental e do substrato escolhido, bem como para cálculo da distribuição de campos eletromagnéticos (EM) ao longo destes ressoadores. O simulador EM 3D Momentum/ADS foi utilizado na análise, otimização e simulação do desempenho dos filtros. A metodologia desenvolvida consiste no projeto do ressoador patch single-mode nas geometrias quadrada, triangular e circular, com perturbações tais que resultem na freqüência central e banda de passagem desejadas para o filtro, bem como na miniaturização do mesmo. A metodologia engloba a análise do posicionamento das linhas de entrada e de saída para excitação dos modos desejados e seu acoplamento ao ressoador projetado. Foram propostos três ressoadores patch com topologias originais, modificados pela inserção de fendas, os quais foram aplicados ao projeto, construção e caracterização de cinco filtros. Desses, dois filtros passa-faixa dual-mode de banda mediana utilizam a nova topologia proposta de ressoador patch quadrado. Esses filtros, com dois e com quatro pólos, operam em 2,4 GHz e 2,35 GHz, com banda de passagem fracional de 14% e 9,8%, respectivamente. Outros dois filtros passa-faixa dual-mode de banda estreita, um com dois pólos e outro com quatro pólos, utilizam a topologia original proposta de ressoador patch triangular, com fenda em forma de \"T\" invertido. O filtro com dois pólos opera em 7,8 GHz, com banda de passagem fracional de 4,3% e o filtro de quatro pólos, em 7,5 GHz, com banda de 3,5%. Por fim, o filtro passa-faixa circular banda larga utiliza o ressoador patch circular proposto, que foi modificado para operar como triple-mode, comportamento inédito na literatura internacional enfocando ressoadores patch. Esse filtro triple-mode com três pólos apresenta freqüência central de 2,4 GHz e banda fracional de 29%. Os resultados experimentais validam a aplicação da metodologia, que apresenta grande flexibilidade no projeto de filtros com bandas estreitas, medianas ou largas, com boa rejeição na faixa de segunda harmônica (resultados acima de 13 dB). Conseguem-se leiautes miniaturizados com redução em área maior que 50% e ao mesmo tempo sem dimensões críticas, o que resulta em facilidade de fabricação através de métodos tradicionais de fotogravação em placas de circuito impresso. / This dissertation presents a methodology for the design of microwave planar bandpass filters using dual-mode patch resonators, which have low conductor loss, high power handling, second harmonic band rejection and miniaturization. MatLab software was used to develop routines that can calculate the dimensions of the single-mode patch resonators as a function of their fundamental frequency and of the chosen substrate. Further, these routines are able to calculate the electromagnetic (EM) field patterns across these resonators. Momentum/ADS EM 3D software was used for the analysis, optimization and simulation of the performance of the filters. The developed methodology consists on the design of the single-mode patch resonator in either square, rounded or triangular shape with perturbations that result in the desired filter\'s central frequency and bandwidth, and also in its miniaturization. The methodology involves the positioning of the input and output transmission lines to excite the desired modes and their coupling to the developed resonator. Three patch resonators were proposed with novel topologies that were modified by the insertion of slots, and applied to the design, fabrication, and measurements of five filters. Out of these five filters, two are dualmode medium band filters that use the proposed new topology for the square patch resonator. These filters, with two and four poles, are centered at 2.4 GHz and 2.35 GHz, with fractional bandwidth of 14% and 9.8%, respectively. Other two filters are dual-mode narrowband filters, a two-pole and a four-pole, that use the original topology proposed for the triangular patch resonator with a \"T\"-shaped slot. The two-pole filter is centered at 7.8 GHz with fractional bandwidth of 4.3%, whereas the four-pole filter is centered at 7.5 GHz with 3.5% of bandwidth. The last filter is a broadband circular filter that uses the proposed circular triplemode patch resonator, which is a brand new behavior in the international literature that focus on patch resonators. This triple-mode filter with three poles is centered at 2.4 GHz with fractional bandwidth of 29%. Experimental results validate the methodology, which presents wide filter design flexibility with narrow, medium or broad bands, and good second harmonic rejection (results better than 13 dB). Layouts can be designed with more than 50% of area reduction, and without critical dimensions at the same time, resulting in a simple fabrication that utilizes conventional PCB photopatterning process.

Esta dissertação de mestrado apresenta uma metodologia de projeto de filtros de microondas planares passa-faixa tipo patch dual-mode, que associam baixas perdas nos condutores, boa capacidade de potência, rejeição da banda de segunda harmônica e miniaturização. Utilizou-se a ferramenta computacional MATLAB para desenvolver programas de cálculo de dimensões de ressoadores patch single-mode em função da freqüência fundamental e do substrato escolhido, bem como para cálculo da distribuição de campos eletromagnéticos (EM) ao longo destes ressoadores. O simulador EM 3D Momentum/ADS foi utilizado na análise, otimização e simulação do desempenho dos filtros. A metodologia desenvolvida consiste no projeto do ressoador patch single-mode nas geometrias quadrada, triangular e circular, com perturbações tais que resultem na freqüência central e banda de passagem desejadas para o filtro, bem como na miniaturização do mesmo. A metodologia engloba a análise do posicionamento das linhas de entrada e de saída para excitação dos modos desejados e seu acoplamento ao ressoador projetado. Foram propostos três ressoadores patch com topologias originais, modificados pela inserção de fendas, os quais foram aplicados ao projeto, construção e caracterização de cinco filtros. Desses, dois filtros passa-faixa dual-mode de banda mediana utilizam a nova topologia proposta de ressoador patch quadrado. Esses filtros, com dois e com quatro pólos, operam em 2,4 GHz e 2,35 GHz, com banda de passagem fracional de 14% e 9,8%, respectivamente. Outros dois filtros passa-faixa dual-mode de banda estreita, um com dois pólos e outro com quatro pólos, utilizam a topologia original proposta de ressoador patch triangular, com fenda em forma de \"T\" invertido. O filtro com dois pólos opera em 7,8 GHz, com banda de passagem fracional de 4,3% e o filtro de quatro pólos, em 7,5 GHz, com banda de 3,5%. Por fim, o filtro passa-faixa circular banda larga utiliza o ressoador patch circular proposto, que foi modificado para operar como triple-mode, comportamento inédito na literatura internacional enfocando ressoadores patch. Esse filtro triple-mode com três pólos apresenta freqüência central de 2,4 GHz e banda fracional de 29%. Os resultados experimentais validam a aplicação da metodologia, que apresenta grande flexibilidade no projeto de filtros com bandas estreitas, medianas ou largas, com boa rejeição na faixa de segunda harmônica (resultados acima de 13 dB). Conseguem-se leiautes miniaturizados com redução em área maior que 50% e ao mesmo tempo sem dimensões críticas, o que resulta em facilidade de fabricação através de métodos tradicionais de fotogravação em placas de circuito impresso. / This dissertation presents a methodology for the design of microwave planar bandpass filters using dual-mode patch resonators, which have low conductor loss, high power handling, second harmonic band rejection and miniaturization. MatLab software was used to develop routines that can calculate the dimensions of the single-mode patch resonators as a function of their fundamental frequency and of the chosen substrate. Further, these routines are able to calculate the electromagnetic (EM) field patterns across these resonators. Momentum/ADS EM 3D software was used for the analysis, optimization and simulation of the performance of the filters. The developed methodology consists on the design of the single-mode patch resonator in either square, rounded or triangular shape with perturbations that result in the desired filter\'s central frequency and bandwidth, and also in its miniaturization. The methodology involves the positioning of the input and output transmission lines to excite the desired modes and their coupling to the developed resonator. Three patch resonators were proposed with novel topologies that were modified by the insertion of slots, and applied to the design, fabrication, and measurements of five filters. Out of these five filters, two are dualmode medium band filters that use the proposed new topology for the square patch resonator. These filters, with two and four poles, are centered at 2.4 GHz and 2.35 GHz, with fractional bandwidth of 14% and 9.8%, respectively. Other two filters are dual-mode narrowband filters, a two-pole and a four-pole, that use the original topology proposed for the triangular patch resonator with a \"T\"-shaped slot. The two-pole filter is centered at 7.8 GHz with fractional bandwidth of 4.3%, whereas the four-pole filter is centered at 7.5 GHz with 3.5% of bandwidth. The last filter is a broadband circular filter that uses the proposed circular triplemode patch resonator, which is a brand new behavior in the international literature that focus on patch resonators. This triple-mode filter with three poles is centered at 2.4 GHz with fractional bandwidth of 29%. Experimental results validate the methodology, which presents wide filter design flexibility with narrow, medium or broad bands, and good second harmonic rejection (results better than 13 dB). Layouts can be designed with more than 50% of area reduction, and without critical dimensions at the same time, resulting in a simple fabrication that utilizes conventional PCB photopatterning process.

A dispersão e absorção das ondas eletromagnéticas que se propagam através de um material dielétrico podem ser medidas ao longo de uma ampla região do espectro que se estende desde a região de freqüências extremamente baixas até a região óptica incluindo as faixas das microondas, objeto de interesse do presente estudo. Dentre os dielétricos, incluem-se os materiais cristalinos e amorfos isolantes e semicondutores. Os vidros de composições (1-x)(60\'P IND. 2\'\'O IND.5\'.\'40\'BA\'\'O).x(\'M\'\'O\'), (1-X)(25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\').x(\'M\'\'O\') e 60\'B IND. 2\'\'O IND. 3\'.30\'BA\'\'O\'.\'10\'AL IND. 2\'\'O IND. 3\' onde x é a concentração (mol%) de óxido do metal de transição \'FE\' ou \'CO\' (\'M\'\'O\'), foram escolhidos para representar o comportamento das propriedades dielétricas dos vidros óxidos, tanto na região das freqüências mais baixas (0 - 100 MHz), como na faixa de microondas (2 - 30 GHz). Os íons de metais de transição, quando ocupam posições intersticiais da rede vítrea, como ocorre com os elementos modificadores alcalinos e alcalinoterrosos atuam como compensadores de carga junto às unidades estruturais tetraédricas eletricamente carregadas, formando dipolos permanentes locais, contribuindo para a constante dielétrica do vidro. A polarização desses dipolos, quando submetido ao campo elétrico oscilatório de uma onda eletromagnética, atinge valores maiores às freqüências mais baixas decrescendo gradualmente à medida que estas atingem a região de microondas. Um novo método alternativo foi desenvolvido para a medida da temperatura da transição vítrea (\'T IND. g\') utilizando técnicas de microondas. Mostramos que a posição da inflexão do gráfico da constante dielétrica em função da temperatura do vidro 25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\' medida em 9 GHz, na faixa de temperaturas em torno de \'(270 \'+ OU -\' 10) GRAUS\' C coincidiu com o valor da \'T IND. g\' deste vidro obtida por análise térmica diferencial (DTA). Outro método também foi desenvolvido para monitorar o resfriamento do vidro em função do tempo a partir do estado liquido até a solidificação, registrando o sinal de microondas refletido sobre o material vertido no interior de um guia de ondas. Pudemos observar, também, mudanças no espectro de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) do vidro fosfato contendo níquel após ter sido irradiado com diferentes níveis de potência das microondas, por cerca de duas horas. Este efeito pode estar relacionado com mecanismos de acoplamento de spins paramagnéticos. Os espectros de transmissão de microondas das amostras de vidros fosfatos contendo diferentes concentrações de cobalto, bário, ferro e manganês, obtidos por meio de uma varredura de freqüências desde 7 até 13 GHz, mostraram a presença de uma intensa atenuação do sinal próximo de 9,7 GHz. Essa atenuação diminuiu conforme aumenta a concentração dos modificadores. / The dispersion and absorption of electromagnetic waves that propagate through a dielectric material can be measured along a wide spectral region ranging from extremely low frequency to the optical region, including microwaves one, which is the subject of interest of the present study. Among dielectrics, there are crystalline and amorphous materials that can be either insulators or semiconductors. Glasses of compositions (1-x)(60\'P IND. 2\'\'O IND.5\'.\'40\'BA\'\'O).x(\'M\'\'O\'), (1-X)(25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\').x(\'M\'\'O\') and 60\'B IND. 2\'\'O IND. 3\'.30\'BA\'\'O\'.\'10\'AL IND. 2\'\'O IND. 3\', where x is the concentration (mol %) of the \'FE\' or \'CO\' (\'M\'\'O\') transition metal oxide, were selected to investigate the behavior of the dielectric properties of oxide glasses in the lower frequency range (0 - 100 MHz) and in the microwave region (2- 30 GHz). When transition metal ions occupy interstitial positions in the glass matrix, as it happens with the regular alkaline and alkaline-earth modifier ions, they compensate the electrically charged tetrahedral structural units. As a consequence, local permanent dipoles are formed, contributing to the dielectric constant of the glass. The polarization of these dipoles, when submitted to an oscillating electromagnetic field, is higher at lower frequencies and decreases gradual1y as the frequency approaches the microwave region. An alternative new method was developed to measure the glass transition temperature (\'T IND. g\') using microwave techniques. It was shown that the inflexion position of the dielectric constant of the glass 25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\' measured at 9 GHz, in the temperature range about \'(270 \'+ OU -\' 10) GRAUS\' C, coincided with the \'T IND. g\' value obtained by differential thermal analysis (DTA). Another method was also developed for monitoring the melt cooling as a function of time from the liquid to the solid state, by recording the reflected microwave signal crossing the material poured inside the wave guide. We observed, also, changes in the electronic paramagnetic resonance (EPR) spectrum of phosphate glass containing nickel after being irradiated for two hours with several microwave power levels. This effect may be related with coupling and decoupling mechanisms among the spin clusters developed in the sample. The microwave transmission spectra of the phosphate glass samples containing different concentrations of iron, cobalt, barium, manganese and barium, obtained by a frequency sweep from 7 to 13 GHz, presented an intense attenuation of the signal near to 9,7 GHz. This attenuation was found to decrease with the increase of modifier content.

Nesta dissertação, os principais conceitos de MEMS, suas aplicações, processos de fabricação, componentes e sistemas são abordados. O objetivo desta dissertação é o estudo detalhado de chaves MEMS para aplicações em RF, que apresentam bom comportamento em altas freqüências e com potencial de melhoria em sua banda de operação. Em particular, aprofundou-se o estudo para o caso de uma chave MEMS de membrana capacitiva paralela sobre um guia de onda coplanar ou CPW - Coplanar Waveguide. O objetivo foi o de ampliar sua banda de operação, mantendo-se outras especificações inalteradas. Partindo-se de uma chave com banda de operação nula para critérios de perda de retorno e isolação mínimas iguais a 20 dB, com alteração na geometria da chave foi possível obter-se uma banda de 28 GHz e posteriormente ampliá-la para 31 GHz, praticamente sem alteração nas demais características elétricas. / In this thesis, the main concepts of MEMS, their application, fabrication processes, components and systems are addressed. The objective of the thesis is a detailed study of MEMS switches for RF applications, that present good performance at high frequencies and with a potential for bandwidth improvement. More specifically, the study was deeply conducted for shunt capacitive membrane MEMS switches over CPW - Coplanar Waveguide. In this case, the objective was to enlarge the operation bandwidth, keeping the other specifications unchanged. Starting with a switch with null operational bandwidth for criteria of minimum return loss and isolation of 20 dB, after a modification in the switch geometry, it was possible to obtain an operational bandwidth of 28 GHz and then to enlarge it to 31 GHz, keeping almost unchanged the other electric characteristics.

Nesta dissertação, os principais conceitos de MEMS, suas aplicações, processos de fabricação, componentes e sistemas são abordados. O objetivo desta dissertação é o estudo detalhado de chaves MEMS para aplicações em RF, que apresentam bom comportamento em altas freqüências e com potencial de melhoria em sua banda de operação. Em particular, aprofundou-se o estudo para o caso de uma chave MEMS de membrana capacitiva paralela sobre um guia de onda coplanar ou CPW - Coplanar Waveguide. O objetivo foi o de ampliar sua banda de operação, mantendo-se outras especificações inalteradas. Partindo-se de uma chave com banda de operação nula para critérios de perda de retorno e isolação mínimas iguais a 20 dB, com alteração na geometria da chave foi possível obter-se uma banda de 28 GHz e posteriormente ampliá-la para 31 GHz, praticamente sem alteração nas demais características elétricas. / In this thesis, the main concepts of MEMS, their application, fabrication processes, components and systems are addressed. The objective of the thesis is a detailed study of MEMS switches for RF applications, that present good performance at high frequencies and with a potential for bandwidth improvement. More specifically, the study was deeply conducted for shunt capacitive membrane MEMS switches over CPW - Coplanar Waveguide. In this case, the objective was to enlarge the operation bandwidth, keeping the other specifications unchanged. Starting with a switch with null operational bandwidth for criteria of minimum return loss and isolation of 20 dB, after a modification in the switch geometry, it was possible to obtain an operational bandwidth of 28 GHz and then to enlarge it to 31 GHz, keeping almost unchanged the other electric characteristics.