Estudo paramétrico sobre superfícies seletivas em frequência reconfiguráveis
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Digital da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (RDU) |
Texto Completo: | https://repositorio.ufersa.edu.br/handle/prefix/6725 |
Resumo: | The demand for solutions in communication technologies grows as new services and applications emerge. Like any circuit involving electromagnetic signals, telecommunication systems can use active and passive filters to better serve this expanding service. This work presents parametric and operation analyzes of frequency filters as a means of selecting electromagnetic signals, presenting a complete analysis of the design, execution and validation of a Frequency Selective Surfaces (FSS) project used as a filter in communication systems. Through these filtering elements, it is possible to achieve increased directivity of antennas, electromagnetic shielding, beam stirring and beam switching in the active selection of signals and applications in the detection and characterization of materials in any state. When placed under an incident wavefront, thin conducting planar elements that act as an obstacle to an incident wavefront and interact with certain frequencies determined by the designer, in order to reject them or not, so that a service is served. FSS are selective in propagation frequency, incidence angles or even propagation modes. Through the Equivalent Circuit Method, from its primordial elements to its active arrangements, three active band-reject solutions are designed using the short-circuit method; taking the double square loop and double ring model, both with two resonance frequencies, and Jerusalem Cross / Ring, with three resonance frequencies or Tri-band, with FR4 substrate aiming to apply them in Stealth and Beam Switching solutions . Parametric analysis was performed by varying the thickness for all elements of each geometry for the three designs, resulting in variations in the transmission coefficient that form a behavior pattern. The commercial Finite Element Method using the HFSS® (High Frequency Structural Simulator) was used to observe the project's operability in the S band, and later prototypes were built, in switched and non-switched mode, for the three projects, totaling six different prototypes that were measured to search for the transmission coefficient using the Free Space Method through the VNA (Vector Network Analyzer) R & S® 100 kHz / 8.5 GHz. The comparison of the measured and simulated results showed that the project is operational in the design ranges with classic parameters with a transmission coefficient of -17.53 dB, -30.03 dB, -19.06 dB at 1.8 GHz, 3.1 GHz and 5.8 GHz, for the Jerusalem Cross / External Ring project , respectively; -25.03 dB and -27.45 dB for the frequencies of 2.3 GHz and 5.8 GHz, for the double square loop design, respectively and -24.35 dB and -50.01 dB for 2.45 and 5.8 GHz for the 2.45 GHz and 5.8 GHz frequencies for the double circular loop design, respectively |
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Estudo paramétrico sobre superfícies seletivas em frequência reconfiguráveisSuperfície seletora de frequênciaMétodo do Circuito EquivalenteAnálise Paramétrica de SSFFrequency selective surfaceEquivalent Circuit MethodFSS Parametric AnalysisCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThe demand for solutions in communication technologies grows as new services and applications emerge. Like any circuit involving electromagnetic signals, telecommunication systems can use active and passive filters to better serve this expanding service. This work presents parametric and operation analyzes of frequency filters as a means of selecting electromagnetic signals, presenting a complete analysis of the design, execution and validation of a Frequency Selective Surfaces (FSS) project used as a filter in communication systems. Through these filtering elements, it is possible to achieve increased directivity of antennas, electromagnetic shielding, beam stirring and beam switching in the active selection of signals and applications in the detection and characterization of materials in any state. When placed under an incident wavefront, thin conducting planar elements that act as an obstacle to an incident wavefront and interact with certain frequencies determined by the designer, in order to reject them or not, so that a service is served. FSS are selective in propagation frequency, incidence angles or even propagation modes. Through the Equivalent Circuit Method, from its primordial elements to its active arrangements, three active band-reject solutions are designed using the short-circuit method; taking the double square loop and double ring model, both with two resonance frequencies, and Jerusalem Cross / Ring, with three resonance frequencies or Tri-band, with FR4 substrate aiming to apply them in Stealth and Beam Switching solutions . Parametric analysis was performed by varying the thickness for all elements of each geometry for the three designs, resulting in variations in the transmission coefficient that form a behavior pattern. The commercial Finite Element Method using the HFSS® (High Frequency Structural Simulator) was used to observe the project's operability in the S band, and later prototypes were built, in switched and non-switched mode, for the three projects, totaling six different prototypes that were measured to search for the transmission coefficient using the Free Space Method through the VNA (Vector Network Analyzer) R & S® 100 kHz / 8.5 GHz. The comparison of the measured and simulated results showed that the project is operational in the design ranges with classic parameters with a transmission coefficient of -17.53 dB, -30.03 dB, -19.06 dB at 1.8 GHz, 3.1 GHz and 5.8 GHz, for the Jerusalem Cross / External Ring project , respectively; -25.03 dB and -27.45 dB for the frequencies of 2.3 GHz and 5.8 GHz, for the double square loop design, respectively and -24.35 dB and -50.01 dB for 2.45 and 5.8 GHz for the 2.45 GHz and 5.8 GHz frequencies for the double circular loop design, respectivelyA demanda por soluções em tecnologias de comunicação cresce conforme surgem novos serviços e aplicações. Como qualquer circuito que envolve sinais eletromagnéticos, os sistemas de telecomunicação podem utilizar filtros ativos e passivos para melhor atender a este serviço em expansão; este trabalho apresenta análises paramétricas e de viabilidade de filtros em frequência como meio de seleção de sinais eletromagnéticos apresentando uma análise completa da parametrização, execução e validação de um projeto de Superfícies Seletivas em Frequência (SSF) utilizadas como filtro em sistemas de comunicação. Através destes elementos filtradores, é possível alcançar o aumento da diretividade de antenas, blindagem eletromagnética, beam stirring e beam switching na seleção ativa de sinais e aplicações em detecção e caracterização de materiais em qualquer estado. Quando colocados sob uma frente de onda incidente, elementos planares condutores finos que atuam como obstáculo para uma frente de onda incidente e interage com certas frequências determinadas pelo projetista, a fim de rejeitá-las ou não, para que um serviço seja atendido. As SSF são seletivas em frequência de propagação, ângulos de incidência ou até modos de propagação. Através do Método do Circuito Equivalente, desde seus elementos primordiais até seus arranjos ativos, são projetadas três soluções rejeita-faixa ativas utilizando o método do curto-circuito; tomando o modelo espira quadrada dupla e anel duplo, ambos com duas frequências de ressonância, e Cruz de Jerusalém/Anel, com três frequências de ressonância ou Tri-band, com substrato de FR4 tendo objetivo de aplica-los em soluções Stealth e Beam Switching. A análise paramétrica foi feita pela variação de espessura para todos os elementos de cada geometria para os três projetos, resultando em variações no coeficiente de transmissão que formam um padrão de comportamento. O Método dos Elementos Finitos comercial através do HFSS® (High Frequency Structural Simulator) foi utilizado para observar a operacionalidade do projeto na banda S e, posteriormente protótipos foram construídos, em modo chaveado e modo não chaveado , para os três projetos, totalizando seis diferentes protótipos que foram medidos para busca do coeficiente de transmissão utilizando o Método do Espaço Livre através do VNA (Vector Network Analyzer) R&S® 100 kHz/ 8,5 GHz. A comparação dos resultados medidos e simulados mostrou que o projeto é operacional nas faixas de projeto com parâmetros clássicos com coeficiente de transmissão em -17,53 dB, -30,03 dB, -19,06 dB em 1,8 GHz, 3,1 GHz e 5,8 GHz, para o projeto em Cruz de Jerusalém/Anel Externo, respectivamente; -25,03 dB e -27,45 dB para as frequências de 2,3 GHz e 5,8 GHz, para o projeto em espira quadrada dupla, respectivamente e -24,35 dB e -50,01 dB para 2,45 e 5,8 GHz para as frequências de 2,45 GHz e 5,8 GHz, para o projeto em espira circular dupla, respectivamenteCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUniversidade Federal Rural do Semi-ÁridoBrasilCentro de Engenharias - CEUFERSAPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaQueiroz Júnior, Idalmir de Souza63510731468http://lattes.cnpq.br/8047604543096116Andrade, Humberto Dionísio de91620040425http://lattes.cnpq.br/1253785596446469Santos, Eliel Poggi dos08652081409http://lattes.cnpq.br/4302120497092258Silva, Isaac Barros Tavares da09660918410http://lattes.cnpq.br/7304355962395872Souto, Gabriel Amaral2021-12-06T15:07:57Z2020-02-012021-12-06T15:07:57Z2020-12-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://repositorio.ufersa.edu.br/handle/prefix/6725porSouto (2020) (SOUTO, 2020)SOUTO, Gabriel Amaral. Estudo paramétrico sobre superfícies seletivas em frequência reconfiguráveis. 2020. 180 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica), Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Mossoró, 2020.CC-BY-SAhttps://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Digital da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (RDU)instname:Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA)instacron:UFERSA2023-10-30T20:28:52Zoai:repositorio.ufersa.edu.br:prefix/6725Repositório Institucionalhttps://repositorio.ufersa.edu.br/PUBhttps://repositorio.ufersa.edu.br/server/oai/requestrepositorio@ufersa.edu.br || admrepositorio@ufersa.edu.bropendoar:2023-10-30T20:28:52Repositório Digital da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (RDU) - Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA)false |
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