Análise e construção de um circuito gerador de pulsos UWB para aplicações de radar de penetração de solo
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B4RJQH |
Resumo: | Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um circuito gerador de pulsos UWB (Ultra Wideband) de baixa complexidade e baixo custo para aplicações de Radar de Penetração de Solo (GPR). O problema da escolha do pulso UWB apropriado para aplicações GPR em meios estraticados é abordado, sendo analisados diferentes tipos de pulsos bem como diferentes circuitos geradores de pulsos UWB presentes na literatura. Posteriormente, são propostas e avaliadas duas topologias de circuitos geradores mediante simulações. As topologias empregadas na geração de pulsos consistem em quatro estágios: gerador de onda quadrada, estágio de atrasos, um gerador de pulso triangular e um ltro modulador do pulso. A primeira topologia usa um circuito gerador de pulso triangular baseado no uso de uma porta NAND e a segunda topologia usa um circuito gerador de pulso triangular baseado no uso de uma porta lógica NOR. Como resultado é obtido um pulso gaussiano de curta duração, esse pulso é convertido em um pulso de segunda ordem de derivação usando um ltro modulador do pulso. As arquiteturas dos circuitos propostos no presente trabalho são adaptadas para projetar e construir um circuito eletrônico capaz de gerar pulsos UWB utilizando transistores TBJ com elevada frequência de transição, operando como chave em circuitos lógicos, alcançando tempos de subida e descida da ordem de nanosegundos. A placa de circuito eletrônico foi construída usando substrato FR-4 e componentes discretos. O projeto baseado na porta NAND apresenta um pulso medido sobre uma carga de 50 com duração de 79 ns. O segundo projeto baseado no uso da porta NOR mostra um pulso de segunda ordem de derivação do pulso gaussiano, com largura de 1,47 ns e frequência de repetição do pulso de 2 MHz. Finalmente, o pulso é avaliado de acordo com os requisitos do problema GPR multicamadas. |
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Ricardo Luiz da Silva AdrianoLuciana Pedrosa SallesSandro Trindade Mordente GonçalvesHilton de Oliveira MotaJose Olger Vargas Garay2019-08-14T05:57:12Z2019-08-14T05:57:12Z2018-07-12http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B4RJQHEste trabalho apresenta o desenvolvimento de um circuito gerador de pulsos UWB (Ultra Wideband) de baixa complexidade e baixo custo para aplicações de Radar de Penetração de Solo (GPR). O problema da escolha do pulso UWB apropriado para aplicações GPR em meios estraticados é abordado, sendo analisados diferentes tipos de pulsos bem como diferentes circuitos geradores de pulsos UWB presentes na literatura. Posteriormente, são propostas e avaliadas duas topologias de circuitos geradores mediante simulações. As topologias empregadas na geração de pulsos consistem em quatro estágios: gerador de onda quadrada, estágio de atrasos, um gerador de pulso triangular e um ltro modulador do pulso. A primeira topologia usa um circuito gerador de pulso triangular baseado no uso de uma porta NAND e a segunda topologia usa um circuito gerador de pulso triangular baseado no uso de uma porta lógica NOR. Como resultado é obtido um pulso gaussiano de curta duração, esse pulso é convertido em um pulso de segunda ordem de derivação usando um ltro modulador do pulso. As arquiteturas dos circuitos propostos no presente trabalho são adaptadas para projetar e construir um circuito eletrônico capaz de gerar pulsos UWB utilizando transistores TBJ com elevada frequência de transição, operando como chave em circuitos lógicos, alcançando tempos de subida e descida da ordem de nanosegundos. A placa de circuito eletrônico foi construída usando substrato FR-4 e componentes discretos. O projeto baseado na porta NAND apresenta um pulso medido sobre uma carga de 50 com duração de 79 ns. O segundo projeto baseado no uso da porta NOR mostra um pulso de segunda ordem de derivação do pulso gaussiano, com largura de 1,47 ns e frequência de repetição do pulso de 2 MHz. Finalmente, o pulso é avaliado de acordo com os requisitos do problema GPR multicamadas.This work presents the development of a low complexity and low cost UWB pulse generator circuit for GPR applications. The rst objective of the dissertation is to choose an UWB pulse suitable for GPR applications, therefore, dierent types of pulses are analyzed and dierent UWB pulse generator circuits are reviewed from the literature. Hence, two generator circuit topologies are proposed and evaluated through simulations. The topologies used in UWB pulse generators consist of four stages: square wave generator, delay stage, a triangular pulse generator and a pulse modulator lter. The rst topology uses a triangular pulse generator circuit based on the NAND gate and the second topology uses a triangular pulse generator circuit based on the NOR logic gate. As a result, a short gaussian pulse is generated, which is converted into a second order derivation pulse using a pulse modulator lter circuit. The architectures of the circuits proposed in the this work are adapted to design and implement an electronic circuit capable of generating UWB pulses using BJT transistors with high frequency of transition, operating as a switch circuit, achieving rise and fall times in the nanosecond-order. The electronic circuit board was built using FR-4 substrate and discrete components. The design based on the NAND gate presents a pulse measured on 50 load with duration of 79 ns. The second project based on the NOR gate shows a second derivative Gaussian pulse, with width of 1.47 ns and pulse repetition frequency of 2 MHz. Finally, the pulse is evaluated according to the requirements of the GPR multilayer problem.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGGeradores de pulsoEngenharia elétricaTransistores bipolaresTransistor de junção bipolarGerador de pulso UWBPulso de RickerRadar de penetração de soloAnálise e construção de um circuito gerador de pulsos UWB para aplicações de radar de penetração de soloinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINAL1558m.pdfapplication/pdf3517531https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS-B4RJQH/1/1558m.pdf22fce3c2f5d4b230a407e024ea49033cMD51TEXT1558m.pdf.txt1558m.pdf.txtExtracted texttext/plain127707https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS-B4RJQH/2/1558m.pdf.txt9eb0067a12f347fd7d6d5ace1e97d42cMD521843/BUOS-B4RJQH2019-11-14 12:25:53.764oai:repositorio.ufmg.br:1843/BUOS-B4RJQHRepositório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T15:25:53Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
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