L'objectif de cette étude est de développer un modèle théorique du champ de pression acoustique réfléchi au-dessus d'un réseau constitué de N cavités rectangulaires. Pour cela, une adaptation de la méthode Kobayashi Potentiel (KP) a été effectuée au cas d'une cavité rectangulaire dans un écran rigide à épaisseur non négligeable. Ce modèle ainsi adapté a été généralisé au cas de réseaux contenant plusieurs cavités rectangulaires parallèles, puis étendu au cas de réseaux de cavités rectangulaires non parallèles. Une étude du couplage a été menée pour comprendre la variation de l'interaction acoustique existant entre les cavités en fonction de l'espacement et de la fréquence. Ce modèle a été comparé aux résultats théoriques, issus de la méthode des éléments finis (FEM), et aux résultats expérimentaux obtenus dans une chambre semi-anéchoïque pour une seule cavité, des réseaux de cavités rectangulaires parallèles et non parallèles. La validité du modèle théorique est soutenu par l'accord observé entre les résultats théoriques et expérimentaux / The purpose of this research project was to develop a theoretical model dealing with reflection of acoustic waves over a grating of N rectangular cavities. Thus, the diffracted acoustic fields were determined by adapting the Kobayashi Potential (KP) method to the case of a cavity. Then, this developed model was generalized to the case of parallel rectangular cavities gratings and then extended to the case of non parallel rectangular cavities ones. A study of the coupling was achieved in order to understand the variation in the acoustic interaction between cavities with spacings and frequency. This model was compared with theoretical results obtained from the finite element method (FEM) and experimental results obtained in a semi-anechoic chamber for a single cavity and gratings of parallel and non-parallel rectangular cavities. The validity of the theoretical model is supported by the agreement between the numerical and experimental results observed

Two compact planar crossed-dipole antennas loaded with near-field resonant parasitic (NFRP) elements are reported. The NFRP and crossed-dipole elements are designed for the desired circularly polarized (CP) radiation. By placing the NFRP element over the driven element at angles of 0 degrees and 45 degrees, respectively, dual-band and broadband CP antennas are realized. All radiating elements of antennas are 35 mm x 35 mm x 0.508 mm (0.187 lambda(0) x 0.187 lambda(0) x 0.0027 lambda(0) at 1.6 GHz) in size. The dual-band CP antenna has a measured vertical bar S-11 vertical bar < -10-dB bandwidth of 226 MHz (1.473-1.699 GHz) and measured 3-dB axial ratio (AR) bandwidths of 12 MHz (1.530-1.542 GHz) and 35 MHz (1.580-1.615 GHz) with minimum AR CP frequencies of 1.535 GHz (AR = 0.26 dB) and 1.595 GHz (AR = 2.08 dB), respectively. The broadband CP antenna has a measured vertical bar S-11 vertical bar< -10-dB bandwidth of 218 MHz (1.491-1.709 GHz) and a 3-dB AR bandwidth of 145 MHz (1.490-1.635 GHz). These compact antennas yield bidirectional electromagnetic fields with high radiation efficiency across their operational bandwidths.

Orientador: Naasson Pereira de Alcântara Junior / Banca: José Carlos Sartoti / Banca: José Alfredo Covolan Ulson / Resumo: Neste trabalho, apresenta-se o desenvolvimento de uma metodologia utilizando redes neurais artificiais, para auxiliar na determinação da freqüência de ressonância no projeto de antenas tipo microfita de equipamentos móveis, tanto para antenas retangulares como para antenas triangulares. Compararam-se modelos deterministas e modelos empíricos baseados em Redes Neurais Artificiais (RNA) da literatura pesquisada com os modelos apresentados neste trabalho. Apresentam-se modelos empíricos baseados em RNAs tipo Perceptron Multicamadas (PMC). Os modelos propostos também são capazes de serem integrados em um ambiente CAD (Computed Aided Design) para projetar antenas tipo microfita de equipamentos móveis. / Abstract: This work presents the development of models that can be used in the design of microstrip antennas for mobile communications. The antennas can be triangular or rectangular. The presented models are compared with deterministic and empirical models based on artificial neural networks (ANN) presented in the literature. The models are based on Perceptron Multilayer (PML). The models can be embedded in CAD systems, in order to design microstrip antennas for mobile communications. / Mestre

Espectros de foto-emissão são calculados com um modelo simples para a adsorção química em superfícies metálicas. Neste modelo já discutido por outros autores, o metal é representado por uma banda de condução semipreenchida e o íon adsorvido por dois níveis: um nível profundo, inicialmente ocupado pelo fotoelétron e o segundo, um nível ressonante, um orbital do átomo adsorvido o qual, atraído pelo potencial do buraco profundo, é deslocado para abaixo da energia de Fermi. O cálculo, baseado nas técnicas de grupo de renormalização desenvolvidas por Wilson para resolver o problema Kondo, considera pela primeira vez a interação eletrostática entre o buraco profundo e os estados de condução. Os resultados mostram que esta interação reduz efetivamente o acoplamento entre o nível ressonante e a banda de condução, e, portanto, modifica qualitativamente os espectros de foto-emissão. / X-Ray Photoemission spectra (XPS) are calculated for a simple model for chemisorptions on metallic surfaces. In the spineless model, already discussed by other authors, the metal is represented by a half-filled conduction band and the adsorbed ion by two levels, one representative of a deep core state initially occupied by the photoelectron and the second, a resonant level, of an initially empty adsorbate orbital which, attracted by the core hole potential, is dragged below the Fermi energy. The calculation based on the renormalization group techniques devised by Wilson to analyze the Rondo problem, accounts for the first time for the electrostatic interaction between the core hole and the conduction states. The results show that this interaction effectively narrows the coupling between the resonant level and the conduction band and hence changes qualitatively the photoemission spectra.

Neste trabalho investigamos o tunelamento ressonante em estruturas de dupla barreira GaAs/(AlGa)As que foram fabricadas em mesas quadradas de tamanho lateral mesoscópico e macroscópico (&#8764 10&#956m &#215 10&#956m). Uma camada tipo &#948 com diferentes concentrações de Silício foi incorporada no centro do poço quântico. As características I(V) mostram algumas estruturas em posição de voltagem abaixo do pico de ressonância principal que são atribuídas a estados relacionados a impurezas. Tais estados localizados estão presentes no poço quântico com energias de ligação bem maiores do que um doador de Silício isolado. Estes estados de maior energia de ligação são atribuídos a pares de doadores distribuídos aleatoriamente. Em alguns dispositivos onde estados relacionados a impurezas podem ser identificados isoladamente na característica I(V), um efeito destacável pode ser observado. Um pica na característica I(V) aparece nas mais baixas temperaturas medidas (abaixo de 1K) quando o nível de Fermi no emissor se alinha com o estado localizado relacionado a impureza. Tal pico e atribuído a interação Coulombiana entre o elétron no sitio localizado e os elétrons no gás bidimensional (emissor). / We have investigated resonant tunneling in GaAs/(AlGa)As double barrier structures which have been fabricated into square mesoscopic and macroscopic size mesas (&#8764 10&#956m &#215 10&#956m) A &#948 layer with different concentrations of Silicon donors was incorporated at the centre of the quantum well. The I(V) characteristics show some features below the threshold for the main resonance that are due to impurity related state. Such localized states are found to be related to the presence of donor impurities in the vicinity of the quantum well with binding energies much higher than the single isolated hydrogen donor. These higher binding energy states are identified as being due to random pairs of shallow donors. In some devices where an isolated impurity related state can be identified in the 1(V characteristics a remarkable effect is observed. A peak appears at low temperatures (below 1K) in the 1(V) characteristics when the emitter Fermi level matches the localized state. Such feature is attributed to the Coulomb interaction between the electron on the localized site and the electrons in the Fermi sea of the 2DEG.

Além da transferência de energia elétrica por meio de condutores sólidos que interligam carga e fonte elétrica, existem formas alternativas que, por não necessitarem de conexão mecânica, permitem maior mobilidade espacial para a carga e trazem inúmeras novas possibilidades de aplicação. Dentre estas formas alternativas está a Transferência Indutiva de Potência, que possui desafios claros no que diz respeito ao projeto do sistema magnético formado pelos indutores emissor e receptor, quando entre eles existe acoplamento magnético muito reduzido. A retirada do núcleo magnético sólido entre emissor e receptor confere a possibilidade de o receptor se mover em relação ao emissor, o que permite a transferência de potência a uma carga móvel. Contudo, o baixo coeficiente de acoplamento magnético torna o sistema fracamente acoplado sensível a variações tanto no circuito ressonante que o alimenta quanto na própria geometria magnética, onde pequenas modificações dimensionais resultam em significativos ganhos de potência no receptor. Esta tese apresenta inicialmente um conjunto de rotinas computacionais que agilizam o projeto de sistemas fracamente acoplados contendo emissores e receptores circulares ou espirais. Estas rotinas agem como pré e pós-processadores do Método dos Elementos Finitos, que por sua vez é solucionado por um aplicativo bidimensional gratuito. Com esta abordagem, é possível desenvolver rapidamente acopladores magnéticos com parâmetros realísticos, cuja montagem experimental demonstra excelente conformidade com os resultados teóricos. Um grupo de onze acopladores magnéticos diferentes é avaliado nesta tese como demonstração de que a otimização de parâmetros geométricos é relevante para a maximização de potência no receptor. Compara-se também o desempenho de acopladores Bipolar, Duplo D e Duplo D Quadratura. Após evidenciar relações geométricas e magnéticas para os diversos acopladores, verifica-se por meio de estudos de sensibilidade paramétrica, que não apenas a geometria do sistema fracamente acoplado influencia em seu desempenho, mas também a escolha dos parâmetros das malhas ressonantes conectadas ao emissor e ao receptor. Disto se conclui sobre a importância da Análise de Sensibilidade em Transferência Indutiva de Potência, pois, como demonstrado, certas malhas ressonantes são naturalmente mais tolerantes a variações do coeficiente de acoplamento magnético do que outras, por exemplo, aquelas em que há compensação do tipo paralelo no emissor. Por fim, o trabalho dedica-se ao estabelecimento de critérios para a ocorrência do fenômeno de bifurcação, segundo o qual múltiplas frequências de ressonância podem ocorrem em um conversor em frequência variável, a depender da carga conectada ao receptor e dos fatores de qualidade dos indutores. O equacionamento, obtido numericamente e que foi generalizado para casos em que existem múltiplos receptores, permite boa previsibilidade a respeito do comportamento dinâmico de sistemas variáveis em frequência. / In addition to the transfer of electrical energy by means of solid conductors that interconnect electrical source and load, there are alternative ways that does not require mechanical connection and allow spatial mobility to the load bringing numerous new application possibilities. Among these alternative forms is Inductive Power Transfer, which has clear challenges with respect to the magnetic system design formed by emitter and receiver inductors, since there is very little magnetic coupling between them. The removal of the solid magnetic core between emitter and receiver introduces the possibility of moving receivers. However, the low magnetic coupling coefficient makes the loosely coupled system sensitive to variations in both the resonant circuit parameters and the magnetic geometry, where small dimensional changes result in significant power gains in the receiver. This thesis initially presents a set of computing routines that allows the design of loosely coupled systems containing circular or spiral inductors. These routines act as pre- and post-processors for Finite Element Method, which in turn is solved by a free two-dimensional application. With this approach one can quickly develop magnetic couplers with realistic parameters, which is demonstrated by comparison between experimental and theoretical results. A group of eleven different magnetic couplers is evaluated as a proof that the optimization of geometric parameters is relevant to maximizing the power of the receiver. Moreover, the performance of Bipolar, Double D and Double D Quadrature couplers are studied. Later, it is verified by means of parametric sensitivity analysis that not only the geometry of the loosely coupled system influences its performance, but also the choice of the parameters of the resonant converters connected to emitter and receiver. The sensitivity analysis of Inductive Power Transfer converters was found to be of great importance because, as shown by a numerical example, certain resonant topologies can be naturally more tolerant to variations in the magnetic coupling coefficient than others. Finally, the work is dedicated to the establishment of precise criteria for the occurrence of bifurcation phenomenon whereby multiple resonant frequencies can occur in a converter under variable frequency excitation, depending on the load connected to the receiver and the quality factors of inductors. The equations obtained numerically were generalized for cases where there are multiple receivers and allow good predictability about the dynamic behavior of variable frequency systems.

Neste trabalho determinamos a estrutura dos níveis dos estados quase-ligados e virtuais em sistemas de poços quânticos acoplados de AlGaAs-GaAs na presença de um campo elétrico externo (Voltagem) perpendicular às camadas semicondutoras. As heteroestruturas de AlGaAs-GaAs são modeladas por um conjunto de poços quânticos de potencial unidimensionais. Utilizamos a aproximação de função envelope que reduz o problema à solução usual da Equação de Schroedinger de massa efetiva. Os níveis eletrônicos são então determinados utilizando a solução exata da Eq. de Schroedinger em termos das funções de Airy nos poços e barreiras e um formalismo de Matriz de Iteração com Análise de \"Phase-shift\". Nossos resultados estão em boa concordância com resultados experimentais de transições ópticas. Motivados pelas propriedades singulares dos sistemas de dupla barreira, investigamos o tunelamento ressonante de elétrons através de multi-barreiras e a formação de regiões de resistência negativa na curva característica de corrente X voltagem. Para os processos de tunelamento em multi-barreiras determinamos o Coeficiente de Transmissão, como função da energia do elétron incidente, usando o formalismo de Matriz de Iteração. Este método pode ser bastante útil na interpretação de resultados experimentais nestes dispositivos. Calculamos também a densidade de corrente de tunelamento versus a voltagem aplicada no caso de dupla barreira de modo a interpretar recentes resultados experimentais. / In this work the quasi-bound and virtual levels of both electrons and holes are determined in the case of coupled AlxGa1-xAs-GaAs quantum wells in the presence of an external electric (Voltage) perpendicular to the layers. The heterostructures field of AlxGa1-xAs-GaAs are mimicked by a set of unidimensional quantum well potentials. We employ the envelope function approximation and solve the usual effective mass Schrödinger Equation. The electronic levels are then determined by using the exact solution of Schrödinger Eq. in terms of Airy functions into the wells and barriers and an Iteraction Matrix formalism with the Phase-shift method. Our results are in a good agreement with the experimental results of optical measurements. Motivated by the unusual properties of double-barriers devices we investigated the resonant tunneling of electrons through multi-barriers. The transmission Coefficient as a function of energy of the incident electron is determined by using an Interaction Matrix formalism. This method can be very useful in the interpretation of experimental results in semiconductor devices. We also calculate the tunneling current density as a function of applied voltage in the case of a double-barrier in order to interpret recent experimental results.

Nesse trabalho é apresentada uma estratégia de controle para manter a potência entregue a carga do link indutivo de um sistema de transferência de potência sem fios maximizada continuamente. Inicialmente, foi desenvolvido o modelo do link indutivo do sistema, de forma a encontrar uma expressão para a potência na carga. Em seguida, essa expressão foi analisada, buscando os pontos de potência máxima correspondentes às frequências ressonantes quando o fator de acoplamento magnético do link indutivo era variado. Assim, foi estabelecido um método para estimar esse fator de acoplamento k e consequentemente da indutância mútua M a partir do monitoramento direto da fase e do módulo da corrente de entrada do link e indireto da impedância de entrada. Portanto, a estratégia de controle proposta consiste em monitorar a corrente da fonte de entrada do link para estimar o fator de acoplamento magnético k e finalmente, sintonizar a fonte na frequência de ressonância associada ao coeficiente de acoplamento magnético pela função obtida fres(k). Os resultados experimentais mostraram que a estratégia proposta aumenta significativamente a potência entregue a carga em comparação a uma fonte de alimentação sintonizada em uma frequência fixa. / A control strategy is presented in this work to maintain the power delivered to a load continuously maximized at the output of a wireless power transfer system. Initially, the inductive link model of the system was developed in order to find an expression for the power delivered to the load. Thus, the maximum power delivered to the load points were obtained experimentally while the magnetic coupling factor of the inductive link was varied and associated with the frequency of the source. The frequency and magnetic coupling variables were related to the maximum power on the load by a simple analytic function. Thus, a method has been established to estimate the coupling factor k and consequently the mutual inductance M by direct monitoring of the phase and the module of the input current of the link and indirect monitoring of the input impedance. Therefore, the proposed control strategy is to monitor the current of the input source of the link to estimate the magnetic coupling factor k and finally to tune the source at the resonance frequencies associated to the magnetic coupling coefficient by the obtained function fres(k). The experimental results showed that the proposed strategy increases significantly the power delivered to the load compared to a power source tuned at a fixed frequency.

This work focuses on characterising the chiral and topological nature of magnetic skyrmions in noncentrosymmetric helimagnets. In these materials, the skyrmion lattice phase appears as a long-range-ordered, close-packed lattice of nearly millimetre-level correlation length, while the size of a single skyrmion is 3-100 nm. This is a very challenging range of lengthscales (spanning 5 orders of magnitude from tens of nm to mm) for magnetic characterisation techniques. As a result, only three methods have been proven to be applicable for characterising certain aspects of the magnetic information: neutron diffraction, electron microscopy, and magnetic force microscopy. Nevertheless, none of them reveals the complete information about this fascinating magnetically ordered state. On the largest scale, the skyrmions form a three-dimensional lattice. The lateral structure and the depth profile are of importance for understanding the system. On the mesoscopic scale, the rigid skyrmion lattice can break up into domains, with the domain size about tens to hundreds of micrometers. The information of the domain shape, distribution, and the domain boundary is of great importance for a magnetic system. On the smallest scale, a single skyrmion has an extremely fine structure that is described by the topological winding number, helicity angle, and polarity. These pieces of information reveal the underlying physics of the system, and are currently the focus of spintronics applications. However, so far, there is no experimental technique that allows one to quantitatively study these fine structures. It has to be emphasised that the word 'quantitative' here means that no speculations have to be made and no theoretical modelling is required to assist the data interpretation -- what has been measured must be straightforward, and give a unique and unambiguous answer. Motivated by these questions, we developed soft x-ray scattering techniques that allow us to acquire much deeper microscopic information of the magnetic skyrmions -- reaching far beyond what has been possible so far. We will show that by using only one technique, all the information about the magnetic structure (spanning 5 orders of magnitude in length) can be accurately measured. The thesis is structured as follows: The key development is the Dichroism Extinction Rule, which is summarised in Chapter 6, and quintessentially summarises the thesis. In Chapter 1, the well-established theory for skyrmions is introduced, reconstructing the picture from single skyrmions to the skyrmion crystal. A few comments about the current characterisation techniques will be given. In Chapter 2, we will start with the largest lengthscale, the long-range-ordered skyrmion lattice phase. This is an intensely studied phase, mostly using neutron diffraction, and we will show that this piece of information can be equivalently (or actually even better) obtained using resonant x-ray diffraction. The theoretical foundation of this technique is also given. In Chapter 3, we will demonstrate imaging technique with which we were able to effectively map the skyrmion domains. The measurements also suggest a way to control the formation of skyrmion domains, which might be the key for enabling skyrmion-based device applications. Chapters 4 and 5 present the highlights of this work, in which we will show that using the dichroism extinction rule, the topological winding number and the skyrmion helicity angle can be unambiguously determined. In this sense, this technique is capable of accurately measuring the internal structure of single skyrmions.

Além da transferência de energia elétrica por meio de condutores sólidos que interligam carga e fonte elétrica, existem formas alternativas que, por não necessitarem de conexão mecânica, permitem maior mobilidade espacial para a carga e trazem inúmeras novas possibilidades de aplicação. Dentre estas formas alternativas está a Transferência Indutiva de Potência, que possui desafios claros no que diz respeito ao projeto do sistema magnético formado pelos indutores emissor e receptor, quando entre eles existe acoplamento magnético muito reduzido. A retirada do núcleo magnético sólido entre emissor e receptor confere a possibilidade de o receptor se mover em relação ao emissor, o que permite a transferência de potência a uma carga móvel. Contudo, o baixo coeficiente de acoplamento magnético torna o sistema fracamente acoplado sensível a variações tanto no circuito ressonante que o alimenta quanto na própria geometria magnética, onde pequenas modificações dimensionais resultam em significativos ganhos de potência no receptor. Esta tese apresenta inicialmente um conjunto de rotinas computacionais que agilizam o projeto de sistemas fracamente acoplados contendo emissores e receptores circulares ou espirais. Estas rotinas agem como pré e pós-processadores do Método dos Elementos Finitos, que por sua vez é solucionado por um aplicativo bidimensional gratuito. Com esta abordagem, é possível desenvolver rapidamente acopladores magnéticos com parâmetros realísticos, cuja montagem experimental demonstra excelente conformidade com os resultados teóricos. Um grupo de onze acopladores magnéticos diferentes é avaliado nesta tese como demonstração de que a otimização de parâmetros geométricos é relevante para a maximização de potência no receptor. Compara-se também o desempenho de acopladores Bipolar, Duplo D e Duplo D Quadratura. Após evidenciar relações geométricas e magnéticas para os diversos acopladores, verifica-se por meio de estudos de sensibilidade paramétrica, que não apenas a geometria do sistema fracamente acoplado influencia em seu desempenho, mas também a escolha dos parâmetros das malhas ressonantes conectadas ao emissor e ao receptor. Disto se conclui sobre a importância da Análise de Sensibilidade em Transferência Indutiva de Potência, pois, como demonstrado, certas malhas ressonantes são naturalmente mais tolerantes a variações do coeficiente de acoplamento magnético do que outras, por exemplo, aquelas em que há compensação do tipo paralelo no emissor. Por fim, o trabalho dedica-se ao estabelecimento de critérios para a ocorrência do fenômeno de bifurcação, segundo o qual múltiplas frequências de ressonância podem ocorrem em um conversor em frequência variável, a depender da carga conectada ao receptor e dos fatores de qualidade dos indutores. O equacionamento, obtido numericamente e que foi generalizado para casos em que existem múltiplos receptores, permite boa previsibilidade a respeito do comportamento dinâmico de sistemas variáveis em frequência. / In addition to the transfer of electrical energy by means of solid conductors that interconnect electrical source and load, there are alternative ways that does not require mechanical connection and allow spatial mobility to the load bringing numerous new application possibilities. Among these alternative forms is Inductive Power Transfer, which has clear challenges with respect to the magnetic system design formed by emitter and receiver inductors, since there is very little magnetic coupling between them. The removal of the solid magnetic core between emitter and receiver introduces the possibility of moving receivers. However, the low magnetic coupling coefficient makes the loosely coupled system sensitive to variations in both the resonant circuit parameters and the magnetic geometry, where small dimensional changes result in significant power gains in the receiver. This thesis initially presents a set of computing routines that allows the design of loosely coupled systems containing circular or spiral inductors. These routines act as pre- and post-processors for Finite Element Method, which in turn is solved by a free two-dimensional application. With this approach one can quickly develop magnetic couplers with realistic parameters, which is demonstrated by comparison between experimental and theoretical results. A group of eleven different magnetic couplers is evaluated as a proof that the optimization of geometric parameters is relevant to maximizing the power of the receiver. Moreover, the performance of Bipolar, Double D and Double D Quadrature couplers are studied. Later, it is verified by means of parametric sensitivity analysis that not only the geometry of the loosely coupled system influences its performance, but also the choice of the parameters of the resonant converters connected to emitter and receiver. The sensitivity analysis of Inductive Power Transfer converters was found to be of great importance because, as shown by a numerical example, certain resonant topologies can be naturally more tolerant to variations in the magnetic coupling coefficient than others. Finally, the work is dedicated to the establishment of precise criteria for the occurrence of bifurcation phenomenon whereby multiple resonant frequencies can occur in a converter under variable frequency excitation, depending on the load connected to the receiver and the quality factors of inductors. The equations obtained numerically were generalized for cases where there are multiple receivers and allow good predictability about the dynamic behavior of variable frequency systems.