Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-03T14:15:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ChavesOpticasCompactas.pdf: 14902318 bytes, checksum: 61976802fa05c3cb71a63848b89f2859 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:03:15Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T14:19:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ChavesOpticasCompactas.pdf: 14902318 bytes, checksum: 61976802fa05c3cb71a63848b89f2859 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-13T15:58:01Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ChavesOpticasCompactas.pdf: 14902318 bytes, checksum: 61976802fa05c3cb71a63848b89f2859 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T15:58:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ChavesOpticasCompactas.pdf: 14902318 bytes, checksum: 61976802fa05c3cb71a63848b89f2859 (MD5) Previous issue date: 2014-08-08 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / No presente trabalho, investigou-se três possibilidades de chaves ópticas (switches), baseadas em cristal fotônico, sendo duas destas construídas a partir de um material magnetoóptico, projetadas para operar na faixa de frequência óptica e a última por cilindros dielétricos, projetada para operar na faixa de frequência de terahertz, ambas constituídas de dois guias de onda acoplados a cavidade ressonante. As chaves ópticas constituídas de material magneto-óptico têm suas cavidades formadas por furos cilíndricos dispostos de forma a montar anéis concêntricos ao redor de um furo central, sendo a primeira com acoplados frontal dos guias de onda formado um ângulo de 180o entre si e alinhadas com a cavidade ressonante. A segunda, com acoplados lateral dos guias de onda a cavidade ressonante. São inseridos no material magneto-óptico bidimensional defeitos (furos formando uma rede triangular). A chave óptica, construída por cilindros dielétricos dispostos de forma a montar uma rede quadrada, tem sua cavidade constituída de um cilindro de Níquel-Zinco-Ferrite, e seus guias de onda formam um ângulo de 90o. Os dispositivos possuem dois estados, um estado onde há transmissão de sinal (estado on) e um estado onde ocorre o bloqueio do sinal (estado off ), sendo a transição entre os mesmos controlada a partir da variação de um campo magnético DC externo H0. O funcionamento dos dispositivos é baseado na orientação de um modo de dipolo, excitado na cavidade ressonante por um sinal eletromagnético, que entra por uma das portas do dispositivo. Para as duas chaves construídas de material magneto óptico, o estado on é obtido sem magnetização. Nesta situação, os nós do dipolo alinham-se de modo perpendicular ao eixo dos guias de onda, ocorrendo assim a transmissão de sinal, com baixas perdas de inserção, enquanto que no estado off com campo magnético externo diferente de zero, para o dispositivo com acoplamento frontal o modo dipolo sofre uma rotação por 90º e para o dispositivo com acoplamento lateral o modo dipolo apresenta uma rotação no sentido anti-horário interrompendo a transmissão do sinal, com alta isolação. Para a chave construída de cilindros dielétricos, o estado on é obtido com magnetização e o modo dipolo apresenta uma rotação no sentido horário transmitindo o sinal, enquanto que no estado off, sem campo magnético externo, o modo dipolo é estacionário, com os nós do modo dipolo alinhados com os guias de onda interrompendo a transmissão do sinal. / In the present work, investigated three possibilities of optical key (switch) based on Photonic Crystal, two of these being constructed from a magneto-optic material, designed to operate in the optical frequency range and the last cylinder of dielectric, designed to operate in the terahertz frequency range, both consist of two coupled waveguides resonant cavity. The optical keys consist of material magneto optical, has a cavity formed by cylindrical holes disposed so as to mount concentric rings around a central hole, and the first, with front of coupled waveguides formed a angles of 180o aligned with each other and the resonant cavity. The second side coupled to the waveguide resonant cavity. Are inserted into the magneto-optical material in two- dimensional photonic crystal defects (holes forming a triangular lattice). The optical key constructed by dielectric cylinders arranged in order to mount a square lattice, has a hollow cylinder composed of a nickel-zinc-ferrite, and their wave guides are at an angle of 90o. The devices has two states, a state where there is transmission signal (state on) and a state where the lock signal occurs (state off ), being the transition between them controlled from the variation of an external DC magnetic field H0. The operation of the device is based on the orientation of a dipole mode, excited resonant cavity for electromagnetic signal. In state on no magnetisation dipole nodes align perpendicular to the axis of the waveguides, occurring so the signal transmission, with low insertion losses, While in the State off non-zero external magnetic field the dipole mode is rotated by 90o for coupling the front and to the device with lateral coupling the dipole mode shows a rotation in counterclockwise interrupting signal transmission, with high isolation. For the key cylinder constructed of dielectric, the condition on magnetization is obtained, the dipole mode shows a clockwise rotation transmitting the signal, whereas in state off without external magnetic field, the dipole mode is stationary, with the nodes of the dipole mode aligned with the waveguides stopping the signal transmission.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-03T18:29:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnalisePropagacaoOndas.pdf: 4371877 bytes, checksum: e90c375a58ae55c4e042b65cce1f0655 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:03:50Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T14:29:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnalisePropagacaoOndas.pdf: 4371877 bytes, checksum: e90c375a58ae55c4e042b65cce1f0655 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-13T16:35:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnalisePropagacaoOndas.pdf: 4371877 bytes, checksum: e90c375a58ae55c4e042b65cce1f0655 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T16:35:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnalisePropagacaoOndas.pdf: 4371877 bytes, checksum: e90c375a58ae55c4e042b65cce1f0655 (MD5) Previous issue date: 2012-03-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho propõe ferramentas de baixo custo computacional e de boa precisão que permitam a caracterização da propagação de microondas eletromagnéticas em ambientes interiores. Estudou-se a aplicação do método numérico das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) para modelagem da propagação de ondas nestes ambientes. Para isso, foi implementada uma nova abordagem deste método que aproxima os resultados obtidos na formulação do método em duas dimensões aos resultados obtidos em 3D. Apresenta-se um estudo comparativo entre a precisão, o desempenho e o requisito de recursos computacionais entre as duas formulações desse método. Para aplicar a formulação em 3D, um software em linguagem FORTRAN foi escrito com o método FDTD paralelizado pela biblioteca MPI. Posteriormente, um cluster de arquitetura Beowulf de quatro máquinas iguais foi construído para simular as rotinas geradas no trabalho. Após a validação do método FDTD modificado, apresenta-se a utilização do mesmo para a caracterização de um ambiente interior quanto suas perdas. A interpretação destes dados foi realizada para obter a distribuição estatística do parâmetro n de perdas por propagação para o ambiente. A relevância deste trabalho encontra-se no fato de não haver, na literatura pesquisada, trabalhos que apresentassem o método FDTD 2D modificado para propagação em ambientes interiores e que utilizassem dados simulados para análise estatística. / This work presents tools of low computing cost and good accuracy to characterize the electromagnetic microwave propagation in indoor environments. It was studied the Finite- Difference Time-Domain (FDTD) method applied to model the propagation in these environments. The study deals with the implementing of a new approach of this method which converses a 3D problem in a 2D one. It is presented a comparative study between the two formulation of the method regarding accuracy, speed and the requirement of computing resources. To apply the 3D formulation, a software was written in FORTRAN with the FDTD 3D parallelized by the MPI library. Then, a cluster with Beowulf architecture was set up run the routine. After the validation of the modified FDTD method, it is applied to characterize an indoor environment regarding its losses. This data was used to obtain the statistical distribution of the parameter n of propagation loss of the environment. The contribution of this work lays on the fact that the researched literature do not present the modified FDTD 2D method applied to indoor environments and the use of simulated data to statistical analysis.

O trabalho proposto tem por objetivo avaliar a viabilidade de localização de falhas elétricas, por meio da análise de assinaturas magnéticas resultantes do sistema elétrico. Assim, diversos algoritmos - descritos na literatura científica atual e aplicáveis ao processamento de sinais conduzidos - foram analisados com o objetivo de verificar a possibilidade de complementar as metodologias já desenvolvidas para a detecção e classificação de falhas, de uma maneira não invasiva e via análise de assinaturas magnéticas resultantes. Diferentemente do processo de monitoração tradicional, cujos sensores precisam estar fisicamente conectados aos circuitos analisados, propõe-se estudar a viabilidade da análise dos sinais provenientes da assinatura magnética dos distúrbios para localizar falhas. Ressalta-se, assim, a característica não invasiva desse processo. A avaliação da metodologia proposta foi realizada através da escolha de casos de sensibilidade, cujos resultados teóricos e provenientes de simulações foram utilizados na análise de sua viabilidade. / The proposed study aims to evaluate the feasibility of determinig the fault location in electrical systems, by analyzing the resulting magnetic signatures. Thus, several algorithms - described in the current scientific literature and for the processing of conducted signals - will be analyzed in order to verify the possibility of complementing the methodologies already developed for fault detection and classification, a non-invasive way and by analysis magnetic signatures resulting. Differently from traditional monitoring process, in which the sensors need to be physically connected to the analyzed circuits. It should be noted, the characteristic of this methodology as a non-invasive procedure. The evaluation of the proposed methodology will be carried out through the choice of sensitivity cases, which theoretical results obtained from simulations will be used to analyze its viability.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2016-12-13T13:56:14Z No. of bitstreams: 1 Tese_ModelamentoSistemasMoveis.pdf: 3153844 bytes, checksum: d5a23c80fe8216c898a00081c300d6b4 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2016-12-15T12:12:30Z (GMT) / Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2016-12-15T14:00:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModelamentoSistemasMoveis.pdf: 3153844 bytes, checksum: d5a23c80fe8216c898a00081c300d6b4 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2016-12-15T14:41:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModelamentoSistemasMoveis.pdf: 3153844 bytes, checksum: d5a23c80fe8216c898a00081c300d6b4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-15T14:41:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModelamentoSistemasMoveis.pdf: 3153844 bytes, checksum: d5a23c80fe8216c898a00081c300d6b4 (MD5) Previous issue date: 2009-05-07 / Nos últimos anos, o avanço do sistema de comunicação digital sem fio foi notável. A comunicação sem fio em recinto fechado (indoor) é, hoje, um dos campos com mais rápido desenvolvimento. Há uma procura crescente em modelos de propagação que proporcionem eficiência e precisão. O estudo da radiopropagação nestes ambientes é muito importante para a determinação das perdas que ocorrem em ambientes indoor, pois qualquer objeto com dimensões na ordem de grandeza do comprimento de onda na faixa de comunicação móvel, pode atuar como uma fonte de interferência para as ondas eletromagnéticas. Dois tipos de modelos de propagação são muito usados para ambientes indoor, os empíricos e os determinísticos. Os primeiros estão baseados em fórmulas muito simples e diretas, fáceis de aplicar, porém proporcionam precisão local-específica. Os modelos determinísticos seguem princípios físicos de propagação de ondas eletromagnéticas - os mais populares são o ray tracing e a solução numérica das equações de Maxwell (equações elípticas e por aproximação, equações parabólicas). Nesta tese é proposto um modelo baseado no método de equações parabólicas, considerando-se pequenos ângulos (até 15°) e grandes ângulos (até 90°) de propagação. Para a solução da equação parabólica para pequenos ângulos de propagação, foi utilizado o esquema implícito de diferenças finitas do tipo Crank Nicolson; já para a solução da equação que considera grandes ângulos de propagação, foi utilizada a transformada de Fourier mista. Para validação do modelo proposto foram feitas campanhas de medições para frequências de 900 MHz e 2,4 GHz e os dados obtidos nestas campanhas foram comparados ao modelo proposto na tese. Além disto, o modelo em questão foi também comparado a alguns modelos existentes na literatura. Os resultados encontrados neste trabalho validam o modelo proposto como uma importante ferramenta para o cálculo da perda de propagação em ambientes indoor, com grande redução do esforço computacional e quantidade de memória necessária, quando comparado a outros métodos e ainda foi observado um melhor desempenho para grandes ângulos de propagação. / The progress of the wireless digital communication system during the last years has been remarkable, and today is one of the fields with faster development. There is a growing search in propagation models that provide efficiency and accuracy. The study of the radio propagation in these environments is very important for the determination of the propagation losses in indoor environment, because any object with dimensions in the order of greatness inside of the range of mobile communication wavelength can act as an interference source for the electromagnetic waves. Two types of propagation models are very used for indoor environment: the empirics and the deterministic. The first ones are based on very simple and direct formulas, easy to apply, however they provide local-specific precision. The deterministic models follow propagation of electromagnetic waves physical principles - the most popular are the ray tracing and the numeric solution of the equations of Maxwell (elliptic equations and for approach, parabolic equations). In this work is proposed a model based on the method of parabolic equations, being considered narrow angles (up to 15°) and wide angles (up to 90°) of propagation. For the solution of the parabolic equation for small propagation angles, the implicit finite difference scheme of the Crank-Nicholson type was used; and for the solution of the equation that considers wide propagation angles the mixed Fourier Transforms was used. In order to validate the model proposed, measurement campaigns were carried out in frequencies of 900 MHz and 2.4 GHz and the data obtained from these campaigns were compared to the model proposed in this work. Besides, the model in subject was also compared with some existent models in the literature. The results found in this work validate the method of parabolic equations as an important tool for the calculation of the propagation loss in indoor environment, once a great reduction of computational effort and quantity of necessary memory, when compared the other methods and a better result was observed for wide propagation angles.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2016-12-13T14:10:50Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModelamentoSistemasMoveis.pdf: 4415969 bytes, checksum: 61cf2d5be13b4aafa7bb11c39f28f6f6 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2016-12-15T12:15:11Z (GMT) / Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2016-12-15T14:10:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModelamentoSistemasMoveis.pdf: 4415969 bytes, checksum: 61cf2d5be13b4aafa7bb11c39f28f6f6 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2016-12-15T16:15:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModelamentoSistemasMoveis.pdf: 4415969 bytes, checksum: 61cf2d5be13b4aafa7bb11c39f28f6f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-15T16:15:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModelamentoSistemasMoveis.pdf: 4415969 bytes, checksum: 61cf2d5be13b4aafa7bb11c39f28f6f6 (MD5) Previous issue date: 2009-05-08 / Nas últimas décadas, o uso da telefonia móvel tem se tornado de grande importância devido ao crescente aumento em seu uso, o que torna o seu estudo de grande relevância para resolver os problemas vindos deste aumento de demanda. Nesta Tese, é desenvolvido um modelo para o estudo da perda de propagação das ondas eletromagnéticas, usando o formalismo das equações parabólicas com aplicação em comunicação móvel em um ambiente semi-confinado e misto. O esquema de diferenças finitas de Crank-Nicolson é aplicado para resolver numericamente a equação parabólica. Foram consideradas, respectivamente, a propagação na direção paraxial de 15° e o índice de refração complexo. Para validar o método, foram feitas campanhas de medições na Avenida Braz de Aguiar, na cidade de Belém e nos municípios de Benfica e Marituba, na freqüência de 900 MHz, e em Barcarena e Abaetetuba na freqüência de 1,8 GHz. Os resultados foram validados com a comparação entre as simulações via Equações Parabólicas e as medidas obtidas nestes ambientes. Além do mais o modelo proposto foi comparado com outros da literatura e apresentou um bom desempenho. Uma extensão ao modelo foi a consideração para ângulos na direção paraxial até 90°. Neste caso foi usado a transformada de Fourier para a solução da Equação Parabólica (EP). Os resultados obtidos apresentaram um bom desempenho com melhoria nos resultados para grandes ângulos até 90°. O tempo de processamento computacional usando o formalismo da EP é bastante reduzido. / In the last decades, the use of mobile telephone have become of great importance because of the growing on the use, this become its study very relevant to solve the problems brought from the increase of demand. In this Thesis, it is developed a model for the study of electromagnetic waves propagation loss, using the formalism of parabolic equation applied to mobile communication in an semi-confined and mixed environment. Crank-Nicolson’s finite differences schema is applied to calculate the parabolic equation (PE) solution. The fifteen degrees in the direction paraxial propagation and the complex refractive index were considered respectively. In other to validate the method a campaign of measurement was carried out in different cities in Para state. In Belém,at Braz de Aguiar Avenue, and in Benfica and Marituba, the frequency used was 900 MHz, and in Barcarena and Abaetetuba the frequency was 1,8 GHz. The results were validated by comparison between the simulations via Parabolic Equations and the measurements obtained at those environments. Besides that, the proposed model was compared with others models in the literature, and presented a good performance. An extension to the model was the consideration for angles in the paraxial direction up to 90º. In this case, was used the Fourier transform to solve the parabolic equation. The obtained results presented a good performance with improvement in the results for big angles up to 90°. The computational processing time using the formalism of EP is rather small.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-01-09T18:01:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseSensorBaseado.pdf: 9355617 bytes, checksum: 3c041272519d05def781872933c270d1 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-11T12:46:19Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseSensorBaseado.pdf: 9355617 bytes, checksum: 3c041272519d05def781872933c270d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-11T12:46:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseSensorBaseado.pdf: 9355617 bytes, checksum: 3c041272519d05def781872933c270d1 (MD5) Previous issue date: 2016-07-05 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sensores SPR são dispositivos fotônicos baseados na ressonância de superfície de plasma (SPR), que consiste na oscilação longitudinal coletiva do gás de elétrons livres na interface entre um metal e um dielétrico. Devido sua sensível resposta a estímulos superficiais, o uso de sensores SPR tem sido relatado para diversas aplicações. Neste trabalho, avalia-se um sensor SPR acoplado a um arranjo periódico de nanopartículas metálicas, o que pode representar a imobilização superficial de nanopoluentes metálicos gerados, por exemplo, a partir do processo de fabricação de nanocomponentes. A estrutura multicamada do sensor SPR é composta por um prisma, um filme fino de ouro e uma camada de SiO2. Analisa-se teoricamente a resposta do sensor a variações no arranjo de nanopartículas por um modelo analítico, baseado na permissividade efetiva de Maxwell Garnett e no coeficiente de reflexão generalizado para estrutura multicamadas planares. O modelo analítico é validado pela comparação com resultados experimentais e numéricos, mostrando grande precisão para determinada faixa de valores dos parâmetros do arranjo periódico. Avaliar os modos de onda permitidos na estrutura do sensor e otimizar a estrutura multicamada para detecção e caracterização de parâmetros estáticos das nanopartículas metálicas, constituem os principais objetivos das análises teóricas desenvolvidas neste trabalho. / SPR sensors are photonic devices based on surface plasma resonance (SPR), which consists of longitudinal collective oscillation of free electron gas at the interface between a metal and a dielectric. Due to its surface stimuli sensitive response, the use of SPR sensors has been reported for various applications. In this paper, we evaluate an SPR sensor coupled to the periodic array of metal (gold) nanoparticles, which can represent the surface immobilization of metal nanopollutants generated, for example, from the nanocomposites manufacturing process. The the SPR sensor multilayer structure is compounded by a prism, a gold thin film and a SiO2 layer. The sensor response to variations in the nanoparticles array is theoretically analyzed by an analytical model based on the effective permittivity of Maxwell Garnett and the generalized reflection coefficient for planar multilayer structure. The analytical model is validated by comparison with experimental and numerical results, showing great accuracy for a given range of values of the periodic array parameters. The evaluation the allowed wave modes of the sensor structure and the multi-layer structure optimization, for the detection and characterization of static parameters of metal nanoparticles, are the main objectives of the analysis developed in this work.

São crescentes as pesquisas e os projetos envolvendo o eletromagnetismo. Tanto para as pesquisas quanto para os projetos, tem-se o recurso de realizar simulações computacionais dos problemas envolvidos, a fim de investigar o comportamento dos fenômenos eletromagnéticos diante da situação na qual encontram-se. Há casos, contudo, em que o problema pode ficar computacionalmente grande, requisitando maior quantidade de memória e maior tempo de processamento, devido às geometrias envolvidas ou à acuracidade desejada. Com o objetivo de contornar estas questões, tem-se o desenvolvimento da computação paralela. Uma das implementações possíveis de sistema paralelizado é por meio de uma rede de computadores e, empregando-se programas gratuitos, tem-se sua realização a custo praticamente nulo. O presente trabalho, utilizando o método FDTD, visa a implementação de tal sistema paralelizado. Entretanto, na etapa de desenvolvimento, uma especial atenção foi dada às boas práticas de programação, com o objetivo de garantir ao programa flexibilidade, modularidade e expansibilidade. Adicionalmente, desenvolveu-se uma ferramenta matemática para estimar o tempo de processamento total de uma simulação paralelizada, além de fornecer indicativos de ajustes de parâmetros para que este tempo seja o menor possível. Validam-se o código, o sistema paralelizado e a ferramenta matemática com alguns exemplos. Finalmente, realiza-se um estudo para uma aplicação prática de interesse com a ferramenta desenvolvida. / Researches and projects involving electromagnetic problems are continuously increasing. As much for researches as for projects, there is a resource of achieving computer simulations for the involved problems aiming to investigate the electromagnetic phenomenons behavior, in the situation they are. There are cases, however, the problem results in high computational size, requesting more memories sizes and high processing times, because of the given geometries or high accuracy wanted. With the intent of solving these questions, the parallel computation developing becomes interesting. One of the possible implementations of this parallel system is the use of a computer network. Besides, using free programms, the implementation has almost any costs. The present work, using the FDTD method, aims at the implementation of this parallel system. However, during the development stage, a special attention was given to the programming practices, with the intent of guaranteeing the flexibility, modularity and expansibility of the program. In addition, a mathematic tool was developed to estimate the total processing time of the parallel simulation and to predict indications for adjustments of parameters to reach the minimum time possible. The code, the parallel system and the mathematic tool are validated with some examples. Finally, a study for a practical aplication of interest is done with the developed tool.

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseLS_DISSERT.pdf: 2812015 bytes, checksum: 51363b9d128a3b11dbf78cdd5bf2f136 (MD5) Previous issue date: 2015-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims to characterize microstrip antennas operating on microwave bands, specifically on their behavior between 6 GHz and 16 GHz with metamaterial substrate. These microstrip antennas allow the miniaturization of their structures, which is important to devices that use this antenna, considering their features such: low cost, accommodation facility and structure lightness. In addition to the metamaterials, which are made by geometrical, structures from common materials, such conductors, dielectrics, magnetics or even their combination. The main characteristic of the metamaterials is based on presenting special features of permissiveness and permeability, which are not found in natural materials, whose main effect is the negative refraction rate. By having those features, it is possible to use them in many optical and electromagnetism ways. The metamaterial theory is described and applied on this work as a way of microstrip antenna substrate in order to work the permissiveness and permeability related to the scope of propagation of electromagnetic waves. Some analysis parameters are observed such: resonance and distant field frequency, formulating the characterization and behavior of the observed microstrip antennas / Este trabalho tem como objetivo caracterizar antenas de microfita operando na faixa de micro-ondas, especificamente o seu comportamento na faixa de frequência de 6 GHz a 16 GHz com substrato metamaterial. Essas antenas de microfita por sua vez, possibilitam a miniaturização de sua estrutura, o que tem sido importante para os dispositivos que fazem uso dessas antenas, pois possuem como propriedade: baixo custo, facilidade de acomodação e leveza em sua estrutura. Além dos metamateriais que são estruturas geométricas fabricadas a partir de materiais comuns, ou seja, materiais condutores, dielétricos, magnéticos ou através da combinação entre eles. A principal característica dos metamateriais baseia-se por apresentarem propriedades especiais de permissividade e permeabilidade não encontradas nos materiais em estado natural, cujo principal efeito é o índice negativo de refração. Por intermédio dessas características, permite sua aplicação em diversos meios em eletromagnetismo e óptica. A teoria do metamaterial é descrita e aplicada neste trabalho como forma de substrato de antenas de microfita visando trabalhar a permissividade e permeabilidade relativas no âmbito da propagação de ondas eletromagnéticas. São observados alguns parâmetros de análise, tais como: a frequência de ressonância e campos distantes, formulando a caracterização e comportamento das antenas de microfita estudadas

In this thesis, we study some aspects of the transmission of a monochromatic electromagnectic plane wave inciding into some configurations of multilayered films. Using a transfer matrix formalism, we firstly investigate the case of a binary sequence of N dielectric layers distributed in a random way, where the layer parameters follow the Bragg condition (nAdA = nBdB). We could observe that the mode for which the optical thickness of the layers corresponds to half-wavelength is insensitive to disorder and fully transparent. The average transmission in a frequency range around this resonance decays as 1/N1/2, and the localization length diverges quadratically as this resonance mode is approached. In the vicinity of the quarter-wavelength, the localization length diverges logarithmically and the frequency averaged transmission exhibits an stretched exponential dependence on the total thickness. At the quarter-wavelength resonance, the Lyapunov exponent for different realizations of disorder has a Gaussian distribution leading to distinct scaling laws for the geometric and arithmetic averages of the transmission. The scaling laws for the half-and quarter-wavelength modes are analogous to those found in electronic onedimensional Anderson models with random dimers and pure off-diagonal disorder, respectively, which are known to display similar violations of the usual exponential Anderson localization. These scale behavior were compared with the case of a disordered structure where one kind of constituint material is a metamaterial. We observe that the spectrally averaged transmission in a frequency range around the fully transparent resonant mode is shown to decay faster as the number of layer increases (1/N). The interplay of strong localization and the emergence of resonant modes within the gap leads to a non-monotonous disorder dependence of the transmission that reaches a minimum at an intermediate disorder strength. Using the same layer parameters of the first case, we investigate the influence of a binary aperiodic incommensurated sequence of layers. The aperiodicity is introduced by considering the sequence of refractive indices to follow a sinusoidal function whose phase ϕ varies as a power-law of the layer index (ϕ ∝ jν). For ν > 1 the resulting sequence is effectivelly uncorrelated leading to the usual Anderson localization of light. The crossover from a uniform structure at ν = 0 to a quasi-periodic structure at ν = 1 is signaled by a minimum at the spectrally averaged transmission. We perform a spectral analysis of the refractive index sequence to show its close connection to the main features exhibited by the averaged optical transmittance. The last case studied is about the inclusion of a cholesteric liquid crystal (ChLC) in the film composition. We considered a single-pitched ChLC multilayered system with quasiperiodic Fibonaccian phase defects as well as an alternate sequence of single-pitched ChLC and isotropic dielectric layers. Using the Berreman 4 × 4 matrix formalism, we numerically obtain the reflection spectrum and the chromaticity diagram of these structures. The associated chromaticity is shown to depend on the incidence angle. However, for the ChLC Fibonaccian phase defect system, the color shift can be controlled by the defect angle α. For the F4 generation and α = π/3, the chromaticity of the reflected light remains close to the white color region for a wide range of incidence angles, followed by a blue-shift at intermediate incidence angles. This is the setup that produces the nearest omnidirectional red-green-blue condition for the reflection spectrum. On the other hand, the structure with alternate ChLC and isotropic layers exhibits a complex sequence of color shifts when the incidence angle is increased. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta tese, estudamos vários aspectos da transmissividade de uma onda eletromagn ética plana monocromática incidindo sobre algumas configurações de filmes de multicamadas. Aplicando o formalismo de matriz de transferência, inicialmente tratamos o caso de uma sequencia binária de N camadas dielétricas distribuidas aleatoriamente, cujas características das camadas obedecem à condição de Bragg (nAdA = nBdB). Vemos que o modo para o qual o caminho óptico das camadas corresponde a meio comprimento de onda da luz incidente é insensível à desordem e completamente transparente. A média da transmissão na região de frequência ao redor desta ressonância cai com 1/N1/2 e o comprimento de localização diverge quadraticamente à medida que a frequência da luz se aproxima desta ressonância. Na vizinhança dos modos de quarto de onda, o comprimento de localização diverge logaritmicamente e a média espectral da transmissão apresenta uma dependência com N do tipo exponencial alongada. Ainda neste modo, o expoente de Lyapunov para diferentes realizações de desordem apresenta uma distribuição Gaussiana, levando a leis de escala distintas para as médias geométrica e aritmética da transmissão. As leis de escala para os modos de meio e quarto de onda apresentam-se análogas às obtidas no modelo eletrônico 1D de Anderson com dímeros aleatórios e com desordem nos termos de hopping do hamiltoniano respectivamente. Estes sistemas são conhecidos por apresentarem uma violação similar para a localização exponencial de Anderson usual. Estes comportamentos de escala foram comparados ao caso de uma estrutura desordenada onde uma das camadas é constituida por metamaterial. Vimos que a média espectral da transmissão ao redor do modo completamente transmissível decai de maneira mais rápida com o aumento do número de camadas (1/N). A ação conjunta da forte localização e do surgimento de modos ressonantes dentro da banda proibida leva a uma dependência não-monotônica da transmissão com o grau de desordem, que atinge um mínimo para um grau de desordem intermediário. Utilizando os mesmos parâmetros de construção do primeiro caso, investigamos a influência de uma distribuição binária de camadas aperiódica incomensurável. A aperiodicidade é introduzida baseando-se em uma lei senoidal cuja fase ϕ varia como uma lei de potência do índice das camadas (ϕ ∝ jν). Para ν > 1, a sequência resultante é efetivamente descorrelacionada, levando à localização de Anderson usual da luz. A transição de uma estrutura uniforme em ν = 0 para uma estrutura quasi-periódica em ν = 1 é assinalada por um mínino na média espectral da transmissão. Realizamos uma análise espectral do sequência de índices de refração para mostrar sua íntima relação com o comportamento encontrado para a média da transmissão. O último caso de multicamada estudado trata-se da utilização de cristal líquido colestérico (ChLC) na composição do filme. Consideramos uma estrutura de ChLC com ângulos de defeito que obedecem uma sequência quasi-periódica de Fibonacci assim como uma estrutura formada por camadas alternadas de ChLC e dielétrico isotrópico. Utilizando o formalismo matricial de Berreman, obtivemos o espectro de reflexão e o diagrama cromático destas estruturas. A cromaticidade associada apresentou dependência com o ângulo de incidência. No entanto, para o caso com ângulo de defeito Fibonnaciano, o deslocamento cromático pode ser controlado pelo ângulo de defeito α. Para a geração F4 com α = π/3, a cromaticidade da luz refletida se mantém próxima à região do branco para um largo intervalo de ângulos de incidência, seguido por um deslocamento para o azul em incidências intermediários. Esta configuração se aproxima de um refletor RGB omnidirecional. Por outro lado, a estrutura com camadas alternadas exibe uma sequência complexa de deslocamentos cromáticos com o aumento do ângulo e incidência.

Neste trabalho, é apresentada uma formulação apropriada à análise de guias de ondas eletromagnéticos, cobrindo do espectro de microondas até o da óptica. Nas regiões a partir do ultravioleta, os comprimentos de onda são equivalentes às dimensões atômicas e a formulação necessita de uma abordagem quântica, que não é considerada neste estudo. A formulação é fundamentada nos métodos vetorial magnético e dos elementos finitos (MEF), em meios não homogêneos, anisotrópicos e não dissipativos, embora a dissipação possa ser facilmente introduzida na análise. Deu-se preferência à formulação com o campo magnético em vez do elétrico, pelo fato do campo magnético ignorar descontinuidades elétricas. Ele é contínuo em regiões de permeabilidade homogênea, propriedade dos meios dielétricos em geral ( = 0), independente da permissividade dos respectivos meios, conquanto os campos elétricos sejam descontínuos entre regiões de permissividades diferentes. / This work presents a suitable formulation to the analysis of electromagnetic waveguide, covering the spectrum of the microwave to optics. In regions from the ultraviolet, the wavelengths are equivalent to atomic dimensions and the design needs a quantum approach, which is not considered in this study. The formulation is based on the magnetic vector and the finite element methods (FEM), in non-homogeneous, anisotropic and non-dissipative dielectric materials, while the dissipation can be easily introduced in the analysis. Preference was given to the formulation with the magnetic field, because the magnetic field ignores electrical discontinuities. It is continuous in regions of homogeneous permeability, property of all dielectric materials (=0), independent of the permissiveness of respective regions, while electric fields are discontinuous between regions of different permittivities.