Projeto e análise de metasuperfícies condutoras magnéticas artificiais utilizando condições de contorno generalizadas

• Autor(a) principal: Guilherme Lopes de Figueiredo Brandão
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/51243
• topic: Condutores magnéticos artificiais; Condições de contorno generalizadas; Metasuperfícies; Susceptibilidades superficiais; Engenharia elétrica; Antenas (Eletrônica); Eletromagnetismo

Estruturas bidimensionais cujas características podem ser projetadas para alcançar propriedades eletromagnéticas vantajosas e não usuais são denominadas metasuperfícies. Estas estruturas possuem diversas aplicações no controle de ondas eletromagnéticas e, dentre elas, as metasuperfícies condutoras magnéticas artificiais (Artificial Magnetic Conductors - AMCs) têm sido bastante utilizadas, principalmente, no contexto de antenas. O projeto destas estruturas utiliza, comumente, métodos baseados em expressões analíticas ou aplicação de técnicas de otimização, levando a limitações em termos de flexibilidade de geometrias e custo computacional, respectivamente. Tais limitações também ocorrem na análise de desempenho da metasuperfície uma vez que o método convencional de cálculo dos parâmetros de caracterização depende da simulação computacional das diversas condições de incidência. Este trabalho apresenta a aplicação das condições de contorno generalizadas (Generalized Boundary Conditions - GBCs) no projeto e análise de metasuperfícies AMC, visando reduzir as limitações apresentadas pelos métodos convencionais, a partir da representação da superfície eletromagnética pelas susceptibilidades elétrica e magnética superficiais. Para isto são apresentados os principais conceitos relacionados aos condutores magnéticos artificiais e às GBCs, bem como a descrição dos passos e equações necessárias para aplicação do método no projeto e análise das estruturas. A funcionalidade do método de projeto proposto na obtenção de AMCs com quatro geometrias diferentes de espalhadores metálicos (quadrado, anel quadrado, cruz de Jerusalem e fractal Tapete de Sierpinski), é avaliada em dois estudos de caso com substratos dielétricos diferentes utilizando o software comercial High Frequency Structure Simulator - HFSS para simulação, apresentando custo computacional reduzido e comportamento AMC em todos os casos analisados. Adicionalmente, é avaliado o desempenho das AMCs projetadas quanto a largura de banda de operação, estabilidade angular e de polarização, e como refletores de antena impressa. Apresenta-se, também, o desenvolvimento das equações que relacionam os parâmetros de caracterização das AMCs com as susceptibilidades superficiais do modelo GBCs, possibilitando uma avaliação qualitativa e quantitativa da metasuperfície de maneira rápida.