[pt] O presente trabalho tem como objetivo a análise e projeto de cornetas cônicas com carregamento dielétrico. Estas cornetas representam uma alternativa mais econômica que as tradicionais cornetas corrugadas. São apresentados dois métodos de análise para a obtenção dos diagramas de radiação: o primeiro pe m método aproximado que admite que o campo na abertura da corneta pode ser simulado pelo campo de um guia cilíndrico, carregado com o mesmo dielétrico, multiplicado por um fator de erro de fase; o segundo método, mais rigoroso, divide a corneta em seções de guias circulares e aplica o método de casamento de modos no cálculo dos campos na abertura. Os limites de validade para aplicação dos métodos são discutidos. É também estudada a possibilidade de se alargar a faixa de freqüência de operação de tais cornetas pela introdução de descontinuidade na camada dielétrica. / [en] This present work aims to analyze and Project conical horns with dielectric load. These horns represent an economical alternative to the traditional corrugated horn. Two methods of analysis to obtain the radiation diagrams are here presented: the first one is an approximate method which admits that the of a cylindrical guide loaded with the same dielectric multiplied by a phase-error factor; the second one is a rigorous method that divides the horn in circular guide sections and applies the mode-matching methos in the calculation of the fields in the aperture. The validity limits of the application of the two methods are discussed. It is also studied the possibility of increasing the operation frequency band of these horns by the introduction of discontinuities in the dielectric layers.

[pt] Antenas refletoras para cobertura omnidirecional vêm sendo utilizadas em diversos estudos de micro-ondas e ondas milimétricas. A principal motivação para trabalhar nestas bandas, entre outras aplicações, é o desenvolvimento de sistemas de comunicação sem fio de banda larga. O presente trabalho utiliza uma lente dielétrica na abertura do alimentador da antena refletora para reduzir a largura do feixe e, simultaneamente, evitar a presença de lóbulos laterais na região de cobertura. Uma apropriada modelagem da lente reduz o tamanho da antena sem degradar as características de radiação. O trabalho é dividido em duas partes: a modelagem de lentes dielétricas; e a modelagem de reflertores. A modelagem de lentes dielétricas circularmente simétricas utilizando os princípios da Óptica Geométrica para controlar a largura de feixe do diagrama de radiação transmitido pela lente. O modelo é feito a partir do deslocamento do foco da geratriz da lente, o novo foco virtual é o ponto geométrico onde convergem os raios emergentes da lente. A rotação da geratriz da superfície refletora faz que este ponto se torne um anel cáustico virtual. As lentes modeladas têm como alimentador uma corneta coaxial que fornece um diagrama de radiação circularmente simétrico. O diagrama de radiação transmitido pela lente é calculado usando as aproximações da ótica geométrica e ótica física em campo distante e próximo. Os resultados são comparados com os resultados simulados em um software especializado de simulação eletromagnética. A modelagem de refletores baseada nas propriedades da Ótica Geométrica. O refletor é uma superfície de revolução obtida através da rotação de uma geratriz em torno ao eixo de simetria. Neste trabalho, a geratriz é descrita por uma sucessão de seções de cônicas concatenadas, esta metodologia utiliza o diagrama de radiação transmitido da lente para obter uma distribuição de campo no plano vertical previamente especificada, que nosso caso é uma distribuição constante. O diagrama de radiação em campo distante radiado pelo refletor é calculado usando as aproximações da física ótica, estes resultados são 6 comparados com os resultados simulados em um software especializado em simulação eletromagnética. / [en] Reflector antennas for omnidirectional coverage have been considered in several studies of microwave and millimeter wave. The main motivation to work in these bands, among other applications, is the development of wireless broadband communication systems. This work uses a dielectric lens in the aperture of the reflector antenna feeder to reduce the beamwidth and simultaneously avoid the presence of side lobes in the coverage area. An appropriate lens modeling reduces the antenna size without degrading the radiation characteristics. The work is divided into two parts: the modeling of lens and modeling of reflector.The modeling of lens using the principles of the Geometrical Optics to control the radiation pattern transmitted by the lens. The modeling depends on the lens focus displacement, which is the geometric point of convergence of the rays emerging from the lens. The rotation of the lens generatrix causes this point to become a virtual caustic ring. The lens has a coaxial feed horn that provides a circularly symmetrical radiation pattern. The radiation pattern transmitted by the lens is calculated using the approximation of Geometric Optics and Physical Optics in the near and far field; these results are compared with the simulated results in a specialized electromagnetic simulation software. The reflector modeling is based on the properties of Geometric Optics. The reflector is a revolution surface obtained by rotating a generatrix around the symmetry axis. In this work, the generatrix is described by a sequence of concatenated conical sections. This method uses the transmitted radiation pattern of the lens to obtain a previously specified field distribution in the vertical plane, which is a constant distribution in the present case. The far field radiation pattern of the reflector is calculated using the Physical Optics approximation. These results are compared with the simulated results in a specialized electromagnetic simulation software.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo sobre lentes dielétricas projetadas para corrigir a fase e amplitude de antenas do tipo corneta. Baseado nos princípios da Ótica Geométrica (GO), foi desenvolvido um programa computacional que sintetiza uma lente dielétrica que transforma os campos da abertura da corneta na distribuição de campo da abertura especificada. Além da síntese, o programa também realiza a análise aproximada baseada na GO para calcular o diagrama de radiação de antenas do tipo corneta, considerando as perdas devido à reflexão que não foram consideradas na síntese. Isto é realizado através do rastreamento de raios desde o alimentador até uma abertura virtual em frente à lente onde é, então, aplicado o Método da Abertura para calcular o diagrama de radiação. Os resultados obtidos são comparados com estudos disponíveis na literatura técnica e com a análise rigorosa realizada no Microwave Studio CST. A primeira parte do estudo apresenta exemplos de lentes para corrigir os campos da abertura de corneta corrugada que radia um diagrama de radiação aproximadamente circular, levando a lentes com simetria circular. Finalmente, na segunda parte, foi considerado o caso onde o alimentador é uma corneta cônica, que requere lentes assimétricas. / [en] The work presents a study about dielectric lenses designed to correct the aperture phase and amplitude of horn antennas. Based on Geometrical Optics (GO) principles, it has been developed a computational tool that synthesizes a dielectric lens that transforms the aperture fields of horn into a specified aperture distribution. Besides the synthesis, the tool also presents a GO approximated analysis of the horn antenna radiation pattern, by considering the losses due to the reflection not accounted in the synthesis. It is performed by applying the ray tracing from the feed to a virtual aperture in front the lens, and by applying the Aperture Method to calculate the radiation pattern. The design performances are compared with studies found in the technical literature and with a rigorous analysis performed in Microwave Studio CST. The first part of the study, presents design examples to correct the aperture fields of corrugated horns that radiates approximated circular radiation pattern, leading to circular symmetric lenses. Finally, in the second part, it has been considered the case where the feed is a conic horn, which requires asymmetric lenses.

[pt] Este trabalho tem como objetivo aplicar uma técnica de síntese ótica de lentes dielétricas circularmente simétricas, que são iluminadas por uma fonte pontual com diagrama circularmente simétrico. A interface da lente (interface do dielétrico-ar) será modelada utilizando as aproximações da Ótica Geométrica e da Física Ótica. Da Ótica Geométrica, o controle da densidade de potência em campo distante é obtido pela aplicação de conservação de energia no interior dos tubos de raios que emergem do centro de fase da fonte e a determinação da direção dos raios que emergem da superfície do dielétrico é obtida através da aplicação da Lei de Snell para os raios incidentes na interface. Da Física Ótica, é possível obter as correntes elétrica e magnética na superfície externa da lente para determinar o campo radiado na integração dessas correntes pela superfície a partir da suposição de que as dimensões da lente e da curvatura da interface sejam muito maiores que um comprimento de onda no espaço livre. Devido a simetria circular, simplificações na formulação e nos esquemas numéricos para a solução serão apresentadas, resultando em técnica de projeto mais eficientes. A descrição da superfície da interface da lente é obtida através de técnica numérica. / [en] This work aims to apply a technique of optical synthesis of symmetrically circular dielectric lenses, which are illuminated by a point source with a symmetrically circular diagram. The lens interface (dielectric-air interface) will be modeled using the approximations of Geometric Optics and Physical Optics. From Geometric Optics, control of the power density in the far field is obtained by applying energy conservation inside the ray tubes that emerge from the phase center of the source and the determination of the direction of the rays emerging from the dielectric surface is obtained through the application of Snell’s law for the incident rays at the interface. From Physical Optics, it is possible to obtain the electric and magnetic currents on the external surface of the lens to determine the radiated field in the integration of these currents along the surface assuming that the lens dimensions and interface curvature are much larger than a wavelength in free space. Due to circular symmetry, simplifications in formulation and numerical schemes for the solution will be presented, resulting in a more efficient design technique. The description of the lens interface surface is obtained through numerical technique.

[pt] A presente tese descreve e analisa a utilização de substratos e superstratos dielétricos para a otimização do desempenho de antenas impressas configuradas através de microlinhas. São avaliadas as características de casamento de impedância, geração de ondas de superfície, ganho, diretividade, facilidade de montagem, facilidade de medição, diagrama de radiação e possibilidade de miniaturização. São avaliadas também as antenas configuradas através de guias dielétricos para aplicações na banda milimétrica e no domínio do Terahertz. Um procedimento inicial para seleção do substrato, do superstrato e do modelo de antena é sugerido. Várias antenas utilizando microlinhas são simuladas, realizadas e caracterizadas. / [en] This work presents the research, design and optimization of the fundamental effects of dielectric substrate and superstrate over printed antennas performance. Impedance matching, surface waves generation, gain, directivity, assembling, pattern diagram and miniaturization are investigated. A new dielectric waveguide antenna is also investigated for millimetric and Terahertz applications. A initial criteria for choosing a more efficient substrate, superstrate for a specific antenna model is suggested. Several antennas models are simulated, realized and measured.

[pt] A geometria quântica na física da matéria condensada nos permite entender várias propriedades geométricas dos estados da zona de Brillouin, como a curvatura de Berry e a métrica quântica. Especialmente em relação a esta última, foram observados estudos que mostram sua relação com a supercondutividade. Motivados por estas investigações, esta dissertação visa investigar as propriedades geométricas quânticas de supercondutores singletos, como os tipos s-wave e d-wave, e identificar sua relação com várias respostas eletromagnéticas. Começamos mostrando a descrição desses supercondutores através da teoria do campo médio, posteriormente analisando sua métrica quântica, que é definida pela sobreposição de dois estados de quasihole em momentos ligeiramente diferentes. Subsequentemente, estudamos o número de fidelidade, que é definido como a integração de momento da métrica quântica e representa a distância média entre estados de quasihole vizinhos. Além disso, expressamos esse número de fidelidade como um marcador de fidelidade definido localmente em cada sítio da rede, o que nos permite observar o efeito de impurezas não magnéticas nesse marcador. Para supercondutores de tipo s-wave, mostramos que respostas eletromagnéticas como a absorção no infravermelho estão relacionadas à métrica quântica, enquanto, por outro lado, a corrente paramagnética e a função dielétrica estão relacionadas ao número de fidelidade, que por sua vez é determinado pelo comprimento de coerência. Por outro lado, para supercondutores de tipo d-wave, observamos que sua métrica quântica mostra um comportamento singular e que seu número de fidelidade diverge. O resultado mais relevante desta dissertação é que descobrimos que supercondutores singletos, descritos pela teoria do campo médio BCS, exibem uma métrica quântica não trivial, e que para supercondutores de tipo s-wave as respostas eletromagnéticas mencionadas estão diretamente relacionadas à geometria quântica, o que não havia sido encontrado anteriormente. / [en] Quantum geometry in condensed matter physics allows us to understand various geometric properties of the Brillouin zone states, such as the Berry curvature and the quantum metric. Especially in relation to the latter, studies have been observed that show its relationship with superconductivity. Motivated by these investigations, this dissertation aims to investigate the quantum geometric properties of singlet superconductors, such as s-wave and d-wave types, and identify their relation to various electromagnetic responses. We begin by showing the description of these superconductors through mean field theory, subsequently analyzing their quantum metric, which is defined by the overlap of two quasihole states at slightly different momenta. Subsequently, we study the fidelity number, which is defined as the momentum integration of the quantum metric and represents the average distance between neighboring quasihole states. Furthermore, we express this fidelity number as a fidelity marker defined locally at each lattice site, which allows us to observe the effect of non-magnetic impurities on this marker. For s-wave superconductors, we show that electromagnetic responses such as infrared absorption are related to the quantum metric, while on the other hand, the paramagnetic current and the dielectric function are related to the fidelity number, which in turn is determined by the coherence length. On the other hand, for d-wave super-conductors, we observe that their quantum metric shows a singular behavior and that their fidelity number diverges. The most relevant result of this dissertation is that we have discovered that singlet superconductors, described by the BCS mean field theory, exhibit a nontrivial quantum metric, and that for s-wave superconductors the aforementioned electromagnetic responses are directly related to the quantum geometry, which has not been found previous.