Mestrado em Engenharia Elétrica

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Navegando Mestrado em Engenharia Elétrica por Assunto "Antenas (Eletrônica)"

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    Aperfeiçoamento do modelo de fios finos curvos na malha FDTD através da correção das cargas nas bordas da geometria em escada
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Fonseca, Tarcísio Carlos; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; Sandro Trindade Mordente Gonçalves
    Com a evolução tecnológica, dispositivos eletromagnéticos ou algumas de suas partes tais como gap de antenas, cabo coaxial, sondas para alimentar antenas impressas, antenas com ressonadores dielétricos, dentre outros, estão cada vez menores. Modelar computacionalmente estruturas muito pequenas é um desafio devido a limitação dos recursos computacionais. Um método numérico que possibilita a modelagem de estruturas com grande complexidade do ponto de vista eletromagnético ou geométrico é o PDTD (Finite Diference in Time Domain). Este possui características interessantes tais como a facilidade de obter respostas impulsivas permitindo a análise em uma grande faixa de frequências por meio de uma única simulação em que o espaço computacional é descrito por meio de uma malha formada por células que discretizam a geometria em estudo. Entretanto, em regiões com dimensões reduzidas, a malha requerida pode impossibilitar a modelagem devido à quantidade excessiva de memória e tempo de simulação requerido. Os modelos sub-celulares podem ser utilizados para tratar estruturas pequenas no FDTD. Porém, estes não apresentam uma resposta satisfatória para modelar fios curvos, visto que são descritos na malha retangular por meio de uma "escada" que alinha a curva à malha. Portanto, modelos sub-celulares não preveem cargas que se acumulam nas quinas geradas pela transformação do fio curvo em escada equivalente, causando erros na determinação dos parametros e fenômenos eletromagnéticos associados às estruturas. Assim, este trabalho apresenta um modelo que adiciona o acúmulo de carga nas bordas dos fios inclinados na malha do FDTD. Este modelo apresenta outras contribuições como as projeções dos campos eletromagnéticos na célula do referido método. O campo magnético que envolve o fio filamentar varia com o inverso do raio efetivo especificado e essa variação faz com que o campo se localize na posição incorreta na célula. Assim, esses são projetados nas bordas da célula para uma melhor representação do modelo do fio fino. Ontra contribuição adicional é a modelagem da carga que acumula no fim do fio na qual não é prevista nos modelos sub-celulares. Para excitação das antenas de fio, realizada no gap da mesma, foi utilizada uma fonte RVS (Resistive Voltagem Source) que tem por característica absorver os campos eletromagnéticos que retornam para o gap. Essa particularidade não é encontrada em outras fontes que tem como carcterística uma distorção no cálculo da impedância. A última etapa do trabalho foi a análise de algumas antenas de fios curvos na malha do FDTD com o modelo proposto e com o modelo sub-celular convencional em comparação com o MoM (Métodos dos Momentos). Assim, foi possível validar do modelo proposto.
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    Estudo de diferentes tipos de excitação de antenas de microfita utilizando o método das diferenças finitas no domínio do tempo
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Soares, Wagner Cardoso; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; Sandro Trindade Mordente Gonçalves; Márcio Matias Afonso; Dalmy Freitas de Carvalho Júnior
    Antenas de microfita, no geral, são usadas em aplicações automotivas, aeronáuticas, aeroespaciais, em que se é exigido tamanho, peso e custo reduzidos, alto desempenho, facilidade de instalação e perfil aerodinâmico. Para o projeto destas antenas, programas computacionais são necessários para se verificar o funcionamento das mesmas em determinadas bandas de frequências. Estes programas permitem a simulação de diferentes geometrias da antena, com variações de material sem a necessidade de construção de protótipos, o que possibilita redução de tempo e custo de projeto. Há diversos métodos numéricos para simulação de antenas de microfita, destacando-se MoM, FEM e FDTD. Neste trabalho foi escolhido o FDTD dentre estes, uma vez que a antena projetada possui geometria complexa para operar em banda ultra larga e dielétrico de fibra de vidro FR-4, o qual é um material com perdas e este método obtém bom desempenho para a simulação de antenas com esta configuração. Para validar o código FDTD, primeiramente foi simulada uma antena de geometria mais simples. Uma vez que o código foi validado, o mesmo foi submetido a testes para verificação das influências de configurações gerais do programa no resultado da antena, como passo de tempo, geometria da antena, definição de pontos de excitação e medição e passo de tempo para liberação do pulso de excitação. Como a antena escolhida no projeto possui geometria complexa e material dielétrico com perdas, foi necessária a investigação da fonte de excitação mais apropriada para o problema, dentre estas: fonte resistiva de tensão, parede magnética e subtração da onda incidente da onda total. Para comparação dos resultados simulados, foi feita a simulação da mesma geometria de antena em software comercial. Os resultados das simulações de cada uma das fontes de excitação investigadas demonstram que todas geraram boa correspondência quando comparadas com a curva gerada pelo software comercial, sendo destacado o resultado da parede magnética. A antena desenvolvida foi construída após a validação da simulação. Foi usada uma placa de fibra de vidro de dupla face com dielétrico em FR-4 para construção da antena com as dimensões utilizadas para a simulação. Para evitar ruídos na medição da perda de retorno, a antena foi inserida em uma câmara anecoica. Houve uma boa correspondência entre as simulações realizadas no software FDTD desenvolvido no trabalho, a simulação no programa comercial e a medição da antena construída.
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    Sistema rectenna para carregamento de uma bateria Li-Ion
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2018-05-07) Bicalho, Fabiano Silveira; Resende, Úrsula do Carmo; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; http://lattes.cnpq.br/2792357895049279; Úrsula do Carmo Resende; Sandro Trindade Mordente Gonçalves; Gláucio Lopes Ramos; Fernando José da Silva Moreira; Gláucio Lima Siqueira
    Nos últimos anos, a tecnologia de rectennas vem recebendo uma atenção crescente de pesquisadores devido à ampliação das possibilidades de sua aplicação no suprimento de energia para as atuais cargas com baixíssimo nível de consumo energético. Dentro desse contexto, este trabalho apresenta uma investigação teórica e experimental acerca da utilização da tecnologia de rectenna com o objetivo de carregar eletricamente um modelo de bateria amplamente utilizado em aparelhos eletrônicos, a bateria de Íons de Lítio (Li-Ion). Inicialmente é realizada uma ampla revisão bibliográfica sobre o tema para subsidiar as investigações conduzidas ao longo deste trabalho. O processo de modelagem da rectenna foi iniciado pela otimização do conjunto retificador mais carga utilizando o software ADS® (Advanced Design Software). Foram manufaturados diferentes protótipos de circuito retificador operando nas frequências de 1,80 e 2,45 GHz e um circuito capaz de operar em ambas as frequências simultaneamente. Um circuito conversor CC-CC booster também foi investigado de forma a possibilitar a operação da rectenna a partir de níveis baixos de potência de entrada. Neste trabalho, foram empregadas antenas tipo retangulares impressas, simuladas no software CST® (Computer Simulation Technology) e conectadas ao retificador. As dimensões das antenas foram otimizadas de forma a se obter valores do parâmetro S11 abaixo de -10 dB e a maior diretividade possível de forma a possibilitar uma maior coleta da energia eletromagnética. Foram também projetadas e manufaturadas duas lentes eletromagnéticas para compor a rectenna, baseadas na tecnologia de metamaterial, de forma a promover uma coleta superior de energia. Por fim, as rectennas foram submetidas a testes operacionais de carregamento da bateria de Íons de Lítio. As rectennas foram conectadas em paralelo no bloco de corrente contínua dos circuitos com objetivo de se obter o máximo fornecimento de corrente para a bateria.
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    Transmissão de energia sem fio e colheita de energia eletromagnética: modelagem e construção de rectennas e conversores DC-DC autoalimentados
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2020) Mendes, Rakelane Aparecida; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; Sandro Trindade Mordente Gonçalves
    Este trabalho apresenta um sistema de reaproveitamento de energia sem fio, chamado Rectenna que é a junção de um circuito retificador e uma antena. Também é apresentado a caracterização do conector SMA 3011, o qual é utilizado nos protótipos desenvolvidos. Os protótipos foram confeccionados no substrato FR4, também é apresentado um método para determinar a tangente de perdas e a permissividade elétrica deste substrato. Escolheu-se um circuito retificador de topologia de série, pois este apresenta melhor desempenho quando a potência de entrada é ultrabaixa. A antena escolhida é ressonante nas bandas de frequência Instrumentation, Scientific and Medical (ISM), Global System for Mobile Communication (GSM), Long Term Evolution (LTE). São apresentadas três diferentes configurações de rectennas: a primeira rectenna é ressonante nas frequências de 2,45 GHz e 1,8 GHz e a tensão fornecida a carga é igual a 240 mV, quando a potência de entrada é igual a -15 dBm; a segunda rectenna é ressonante na frequência de 2,45 GHz, esta não utiliza conectores SMA e a tensão fornecida a carga é igual a 340 mV, quando a potência de entrada é igual a -15 dBm; a terceira rectenna é idêntica a segunda rectenna, porém, utiliza conectores SMA. Levando em consideração que muitos dispositivos necessitam de uma tensão de alimentação maior que a tensão fornecida pela rectenna, esta foi acoplada a um conversor DC-DC comercial. Para automatizar o sistema de reaproveitamento de energia, foi projetado um circuito chamado Under Voltage Lock-out (UVLO).