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Previous issue date: 2013-04-09 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this thesis, a frequency selective surface (FSS) consists of a two-dimensional
periodic structure mounted on a dielectric substrate, which is capable of selecting signals in
one or more frequency bands of interest. In search of better performance, more compact
dimensions, low cost manufacturing, among other characteristics, these periodic structures
have been continually optimized over time. Due to its spectral characteristics, which are
similar to band-stop or band-pass filters, the FSSs have been studied and used in several
applications for more than four decades. The design of an FSS with a periodic structure
composed by pre-fractal elements facilitates the tuning of these spatial filters and the
adjustment of its electromagnetic parameters, enabling a compact design which generally has
a stable frequency response and superior performance relative to its euclidean counterpart.
The unique properties of geometric fractals have shown to be useful, mainly in the production
of antennas and frequency selective surfaces, enabling innovative solutions and commercial
applications in microwave range. In recent applications, the FSSs modify the indoor
propagation environments (emerging concept called wireless building ). In this context, the
use of pre-fractal elements has also shown promising results, allowing a more effective
filtering of more than one frequency band with a single-layer structure. This thesis approaches
the design of FSSs using pre-fractal elements based on Vicsek, Peano and teragons
geometries, which act as band-stop spatial filters. The transmission properties of the periodic
surfaces are analyzed to design compact and efficient devices with stable frequency
responses, applicable to microwave frequency range and suitable for use in indoor
communications. The results are discussed in terms of the electromagnetic effect resulting
from the variation of parameters such as: fractal iteration number (or fractal level), scale
factor, fractal dimension and periodicity of FSS, according the pre-fractal element applied on
the surface. The analysis of the fractal dimension s influence on the resonant properties of a
FSS is a new contribution in relation to researches about microwave devices that use fractal
geometry. Due to its own characteristics and the geometric shape of the Peano pre-fractal
elements, the reconfiguration possibility of these structures is also investigated and discussed. This thesis also approaches, the construction of efficient selective filters with new
configurations of teragons pre-fractal patches, proposed to control the WLAN coverage in
indoor environments by rejecting the signals in the bands of 2.4~2.5 GHz (IEEE 802.11 b)
and 5.0~6.0 GHz (IEEE 802.11a). The FSSs are initially analyzed through simulations
performed by commercial software s: Ansoft DesignerTM and HFSSTM. The fractal design
methodology is validated by experimental characterization of the built prototypes, using
alternatively, different measurement setups, with commercial horn antennas and microstrip
monopoles fabricated for low cost measurements / Nesta tese, uma superf?cie seletiva de frequ?ncia (FSS) consiste de uma estrutura
peri?dica bidimensional montada sobre um substrato diel?trico, que ? capaz de selecionar
sinais em uma ou mais faixas de frequ?ncias de interesse. Em busca da obten??o de um
melhor desempenho, dimens?es mais compactas, baixo custo de fabrica??o, entre outras
caracter?sticas, estas estruturas peri?dicas t?m sido continuamente otimizadas ao longo do
tempo. Devido ?s suas caracter?sticas espectrais, que s?o similares as de filtros rejeita-faixa ou
passa-faixa, as FSSs t?m sido estudadas e usadas em aplica??es diversas por mais de quatro
d?cadas. O projeto de uma FSS com uma estrutura peri?dica composta de elementos pr?fractais
facilita a sintonia destes filtros espaciais e o ajuste de seus par?metros
eletromagn?ticos, possibilitando uma constru??o compacta, que, em geral, apresenta uma
resposta est?vel em frequ?ncia e desempenho superior em rela??o ? sua contrapartida
euclidiana. As propriedades ?nicas dos fractais geom?tricos t?m-se mostrado bastante ?teis,
principalmente para a constru??o de antenas e superf?cies seletivas de frequ?ncia, permitindo
solu??es inovadoras e aplica??es comerciais na faixa de micro-ondas. Em aplica??es mais
recentes, as FSSs modificam os ambientes de propaga??o indoor (conceito emergente
chamado de wireless building ). Neste contexto, o uso de elementos pr?-fractais tamb?m tem
apresentado resultados promissores, tornando mais efetiva a filtragem de mais de uma faixa
de frequ?ncias com uma estrutura de camada simples. Esta tese aborda o projeto de FSSs com
elementos pr?-fractais baseados nas geometrias de Vicsek, Peano e dos ter?gonos, que
funcionam como filtros espaciais do tipo rejeita-faixa. As propriedades de transmiss?o das
superf?cies peri?dicas s?o analisadas para a concep??o de dispositivos eficientes, compactos e
com respostas est?veis em frequ?ncia, aplic?veis na faixa de micro-ondas e adequados para
utiliza??es em comunica??es indoor. Os resultados s?o discutidos em termos do efeito
eletromagn?tico decorrente da varia??o de par?metros como, n?mero de itera??es fractais (ou
n?vel do fractal), fator de escala, dimens?o fractal e periodicidade da FSS, de acordo com o
elemento pr?-fractal utilizado. A an?lise da influ?ncia da dimens?o fractal sobre as
propriedades de resson?ncia de uma FSS ? uma contribui??o nova no que diz respeito ?s pesquisas com dispositivos de micro-ondas que utilizam geometrias fractais. Devido ?s
caracter?sticas pr?prias e a forma geom?trica dos elementos pr?-fractais de Peano, a
possibilidade de reconfigura??o destas estruturas tamb?m ? investigada e discutida. Esta tese
aborda ainda, a constru??o de filtros seletivos eficientes com novas configura??es de patches
pr?-fractais do tipo ter?gonos, propostos para controle de cobertura WLAN em ambientes
indoor, rejeitando os sinais nas faixas de 2,4~2,5 GHz (IEEE 802.11b) e 5,0~6,0 GHz (IEEE
802.11a). As FSSs s?o analisadas inicialmente por meio de simula??es executadas pelos
programas comerciais Ansoft DesignerTM e HFSSTM. A metodologia de projeto ? validada
atrav?s da caracteriza??o experimental dos prot?tipos constru?dos utilizando,
alternativamente, diferentes setups de medi??o, com antenas corneta comerciais e monopolos
de microfita de fabrica??o pr?pria para medi??es de baixo custo
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/15218 |
| Date | 09 April 2013 |
| Creators | N?brega, Clarissa de Lucena |
| Contributors | CPF:04401565487, Mendon?a, La?rcio Martins de, CPF:09064087415, http://lattes.cnpq.br/1853488415531363, Siqueira, Glaucio Lima, CPF:16326504600, http://lattes.cnpq.br/3820441792646415, Melo, Marcos Tavares de, CPF:23162767415, http://lattes.cnpq.br/4933635747860906, Silva, Paulo Henrique da Fonseca, CPF:98196294700, http://lattes.cnpq.br/0656625630248917, Oliveira, Jos? de Ribamar Silva, CPF:12559520320, http://lattes.cnpq.br/4002176927695547, D'assun??o, Adaildo Gomes |
| Publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia El?trica, UFRN, BR, Automa??o e Sistemas; Engenharia de Computa??o; Telecomunica??es |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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