DATA AND POWER TRANSMISSION FOR UNDERWATER MONITORING SYSTEMS USING METAMATERIALS
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Institucional da PUC-RIO (Projeto Maxwell) |
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Resumo: | Muitos drones subaquáticos (DSs) modernos usados no monitoramento militar e ambiental operam no oceano e são concebidos como transceptores intermediários entre sua estação base (EB) e redes de sensores sem fio subaquáticas (RSSFSs). Devido a salinidade e consequentemente a condutividade da água do mar, DSs não podem usar transmissões de rádio frequência (RF) convencionais, tanto para alimentar quanto para se comunicar com os nós sensores (NSs). Tentando superar essas limitações, sistemas de transmissão indutiva de energia (TIE) têm sido apontados como uma alternativa para RSSFSs assistidas por DSs confiáveis. TIE apresenta perdas menores do que técnicas de campo distante em meios complexos, mas é extremamente limitada em termos de distância de operação. Baseado nisso, a presente tese visa uma solução mais integrada para sistemas de monitoramento assistidos por DSs baseado em sistemas de TIE usando lentes e refletores de metamaterial (MTM) dedicados a aprimorar ambas a eficiência na transmissão de energia e a razão sinal-ruído dos dados transmitidos. Um novo modelo do canal magnético, baseado no modelo de linhas de transmissão magnéticas virtuais, incorporando os ganhos dos MTMs e as perdas da água do mar, também é apresentado de modo a facilitar a futura sistematização das RSSFSs. |
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info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisDATA AND POWER TRANSMISSION FOR UNDERWATER MONITORING SYSTEMS USING METAMATERIALS TRANSMISSÃO DE DADOS E ENERGIA EM SISTEMAS DE MONITORAMENTO SUBAQUÁTICO USANDO METAMATERIAIS 2021-04-09EDUARDO COSTA DA SILVA10157357708lattes.cnpq.br/3248166666175748EDUARDO COSTA DA SILVA10157357708lattes.cnpq.br/3248166666175748CARLOS ANTONIO FRANCA SARTORICARLOS ANTONIO FRANCA SARTORIMARCO ANTONIO GRIVET MATTOSO MAIAEDUARDO COSTA DA SILVAEDUARDO COSTA DA SILVAEDUARDO COSTA DA SILVAEDUARDO COSTA DA SILVA12558706721lattes.cnpq.br/1817271465429050JORGE VIRGILIO DE ALMEIDAPONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIROPPG EM ENGENHARIA ELÉTRICAPUC-RioBRMuitos drones subaquáticos (DSs) modernos usados no monitoramento militar e ambiental operam no oceano e são concebidos como transceptores intermediários entre sua estação base (EB) e redes de sensores sem fio subaquáticas (RSSFSs). Devido a salinidade e consequentemente a condutividade da água do mar, DSs não podem usar transmissões de rádio frequência (RF) convencionais, tanto para alimentar quanto para se comunicar com os nós sensores (NSs). Tentando superar essas limitações, sistemas de transmissão indutiva de energia (TIE) têm sido apontados como uma alternativa para RSSFSs assistidas por DSs confiáveis. TIE apresenta perdas menores do que técnicas de campo distante em meios complexos, mas é extremamente limitada em termos de distância de operação. Baseado nisso, a presente tese visa uma solução mais integrada para sistemas de monitoramento assistidos por DSs baseado em sistemas de TIE usando lentes e refletores de metamaterial (MTM) dedicados a aprimorar ambas a eficiência na transmissão de energia e a razão sinal-ruído dos dados transmitidos. Um novo modelo do canal magnético, baseado no modelo de linhas de transmissão magnéticas virtuais, incorporando os ganhos dos MTMs e as perdas da água do mar, também é apresentado de modo a facilitar a futura sistematização das RSSFSs.Most modern underwater drones (UDs) employed in military and environmental monitoring operate in the ocean and are conceived as intermediary transceivers between their base station (BS) and underwater wireless sensor networks (UWSNs). Due to the salinity and consequently the conductivity of seawater, UDs cannot use conventional radiofrequency (RF) transmissions, either for powering or communicating with the sensor nodes (SNs). Trying to overcome these limitations, inductive power transmission (IPT) systems have been pointed out as an alternative for reliable UD-assisted UWSNs. IPT presents lower losses than far-field-based techniques in complex media but is extremely limited in terms of operating distance. Based on that, the present thesis aims an all-integrated solution for UD-assisted monitoring systems based on IPT systems using metamaterial (MTM) lenses and reflectors dedicated to improving both the power transfer efficiency and the signal-noise ratio of the transmitted data. A new model of the magnetic channel, based on the virtual magnetic transmission line model, incorporating the MTM gains and the seawater losses, is also presented in order to facilitate the future systematization of UWSNs.PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIROCOORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIORCONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICOPROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICAhttps://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53505@1https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53505@2engreponame:Repositório Institucional da PUC-RIO (Projeto Maxwell)instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RIO)instacron:PUC_RIOinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-11-01T14:00:32Zoai:MAXWELL.puc-rio.br:53505Repositório InstitucionalPRIhttps://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/ibict.phpopendoar:5342022-08-21T00:00Repositório Institucional da PUC-RIO (Projeto Maxwell) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RIO)false |
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