Desenvolvimento de antenas multibanda com superfícies seletoras de frequência e células ressonadoras em anel dividido para testes de compatibilidade eletromagnética em veículos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mota, Thiago dos Santos, 1996-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/17262
Resumo: Orientador: Leandro Tiago Manêra
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spelling Desenvolvimento de antenas multibanda com superfícies seletoras de frequência e células ressonadoras em anel dividido para testes de compatibilidade eletromagnética em veículosDevelopment of multiband antennas with frequency selective surfaces and split-ring resonator cells for electromagnetic compatibility testing in vehiclesCompatibilidade eletromagnéticaSensoriamento remotoVeículos elétricosAntenas de microfitaElectromagnetic compatibilityRemote sensingElectric vehiclesMicrostrip antennasOrientador: Leandro Tiago ManêraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Com o avanço da tecnologia de comunicação sem fio e sua implementação veicular, surgem diversos desafios no estudo de sensoriamento para testes de Compatibilidade Eletromagnética, EMC veicular. Pode-se citar dentre os desafios, a interação e possível atenuação de sinais dessas novas tecnologias do ambiente, com a lataria do veículo; a possibilidade de equipamentos intraveiculares proporcionarem interferências radiadas em outros equipamentos intraveiculares. As novas soluções a serem desenvolvidas devidas as novas tecnologias a serem implementadas no veículo, demandam novos métodos de testes de EMC e exigem novos métodos de testes de segurança. As soluções para sensoreamento intraveicular, que operam nas faixas de Industrial, Scientific, and Medical (ISM), Vehicle to Vehicle Communications (V2V) e Quinta Geração de Telefonia Móvel (5G FR2), são apresentados nesta dissertação. A característica principal deste sistema, é utilização de antenas planares, com a utilização de apenas um dispositivos para a realização de testes de sensoriamento em todas as bandas de frequência de operação no veículo. As antenas projetadas neste trabalho, foram: Vivaldi, Arranjo Monopolo e Monopolo Elipsoide, todas essas topologias apresentam duas versões, uma com aplicação de estrutura Metamaterial Split - Ring Resonator (SRR) e outra sem essa aplicação. Com a utilização de um Vector Network Analizer (VNA), foram medidos os coeficientes de reflexão de todas as antenas. Os ganhos das antenas foram testados em câmara de testes Over - the - Air (OTA), obtidos os diagramas de radiação polares nos 3 eixos e os diagramas 3D. No arranjo monopolo com a implantação de SRR, foi proposta a utilização de duas Frequency Selector Surface (FSS), para a melhoria dos resultados de ganhos nas frequências na faixa de 5 GHz. Foi levantada a assinatura eletromagnética de um veículo, cedido à pesquisa, em câmara semi-anecoica, e então testados os níveis de sinais que se propagam a partir do acionamento do sistema multimídia do veículo, com todas as antenas fabricadas, distribuídas estrategicamente em pontos diferentes do interior do veículo e comparados seus resultados com uma antena de referência utilizada em testes de EMC. As antenas projetadas podem funcionar desde bandas de 2,2 GHz a 4,6 GHz a bandas de 4,5 GHz a 8 GHz para operar nas frequências de 2,45 GHz, 5,9 GHz, e 25 GHz, com ganhos de até 5,8 dBi que são utilizadas nas tecnologias de ISM, V2V e 5G FR2, respectivamente. Além disso, sua aplicação se encontrou eficaz em medições intraveiculares. Os resultados de ganho, coeficiente de reflexão e potência de sinal recebidos, obtidos nesta obra apresentaram vantagens com relação ao que se tem disponível no mercado e na literatura de EMC para testes intraveiculares, com soluções portáteis que contribuem para o desenvolvimento da tecnologia veicularAbstract: With the advancement of wireless communication technology and its implementation in vehicular contexts, various challenges arise in the field of Electromagnetic Compatibility, EMC sensing for testing purposes. Among the challenges, we can mention the interaction and potential signal attenuation of these new technologies within the vehicle’s environment, as well as the possibility of in-vehicle equipment causing radiated interference to other in-vehicle equipment. The new solutions to be developed for these emerging vehicle technologies require novel EMC testing methods and demand new safety testing procedures. In this document, we present solutions for in-vehicle sensing that operate within the Industrial, Scientific, and Medical (ISM), Vehicle to Vehicle Communications (V2V), and Fifth Generation Mobile Telephony (5G FR2) frequency bands. The primary feature of this system is the use of planar antennas, employing a single device for sensing tests across all operational frequency bands within the vehicle. The antennas designed in this work include the Vivaldi, Monopole Array, and Ellipsoidal Monopole topologies, each of which has two versions, one with the application of Split-Ring Resonator (SRR) Metamaterial structures and another without. Using a Vector Network Analyzer (VNA), we measured the reflection coefficients of all antennas. Antenna gains were tested in an Over-the-Air (OTA) test chamber, where we obtained polar radiation patterns in the three axes and 3D radiation patterns. In the monopole array with the implementation of SRR, we proposed the use of two Frequency Selective Surfaces (FSS) to enhance gain results within the 5 GHz frequency range. The electromagnetic signature of a research vehicle, made available for the study, was assessed in a semi-anechoic chamber. Subsequently, signal levels originating from the vehicle’s multimedia system activation were tested with all manufactured antennas strategically distributed within different interior points of the vehicle. These results were then compared to those obtained with a reference antenna commonly used in EMC testing. The designed antennas are capable of functioning in the frequency range of 2.2 GHz to 4.6 GHz and 4.5 GHz to 8 GHz, enabling operation at frequencies such as 2.45 GHz, 5.9 GHz, and 25 GHz with gains of up to 5.8 dBi, used in ISM, V2V, and 5G FR2 technologies, respectively. Furthermore, their application proved to be effective in in-vehicle measurements. The gain results, reflection coefficients, and received signal power presented in this work offer advantages compared to what is available in the market and in EMC literature for in-vehicle testing. These portable solutions contribute to the advancement of vehicular technologyAbertoMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestre em Engenharia ElétricaCAPES001Funcamp27192.02.01/2020.11-00[s.n.]Manêra, Leandro Tiago, 1977-Kretly, Luiz CarlosAraujo, Humberto Xavier deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMota, Thiago dos Santos, 1996-20232023-11-23T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (141 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/17262MOTA, Thiago dos Santos. Desenvolvimento de antenas multibanda com superfícies seletoras de frequência e células ressonadoras em anel dividido para testes de compatibilidade eletromagnética em veículos. 2023. 1 recurso online (141 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/17262. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1384078Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1384078Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-05-09T16:20:24Zoai::1384078Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2024-05-09T16:20:24Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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